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作者：小墨同學(xué) 剛剛做完了高頻實驗，說實話真是做的一頭霧水。還是那種感覺，真是沒什么用，所有人拿著早已經(jīng)復(fù)制好的電路圖，打開軟件運行一下，再跟助教說一聲做完了，隨便打個分就可以走人，而且還要寫一些無聊的實驗報告。算了，不吐槽了，我們來說說今天的教學(xué)內(nèi)容吧。 上一篇文章我介紹了一下一片簡易CPU的設(shè)計，今天的課程我講仿真，也即前仿真。這次課程，小墨同學(xué)將和大家從建立工程開始，一步步梳理testbench的書寫過程，幫助大家對仿真有一個深刻的概念。以后在做項目時，不要動不動就把程序下到板子里調(diào)試，看問題不對再去改程序，再下到板子里調(diào)試，如此往返，會浪費大量的時間，簡單的項目還好，但是到了大型項目的話，是不可能有這么多時間讓我們這樣調(diào)的。因此，小墨同學(xué)在這里說，testbench很重要，做好了仿真，可以為我們節(jié)約大量的開發(fā)時間。 下面我們開始吧~ 一、什么是testbench？ 從字面意思上來理解，testbench就是一個測試平臺，我們之前已經(jīng)設(shè)計好了我們需要的cpu模塊，我們怎么知道我們設(shè)計的對于不對呢？我們可以給其施加一個測試激勵，例如，給他送時鐘和復(fù)位信號，由于時鐘和復(fù)位信號是我們自定義的，因此我們可以產(chǎn)生任意頻率的時鐘信號和在任意時間給系統(tǒng)復(fù)位。 當(dāng)然我們還可以觀察我們cpu的輸出，將我們想要觀察的輸出信號引出來甚至是反饋到cpu內(nèi)部，都可以，testbench沒有像RTL代碼設(shè)計那樣嚴謹，我們可以在符合語法規(guī)則的前提下，隨意編寫我們的測試文件，有些在RTL代碼中不可綜合的語句，我們可以在testbench中實現(xiàn)。 
二、testbench的結(jié)構(gòu) 小墨同學(xué)認為testbench的結(jié)構(gòu)可以分為這幾個方面： 1.要先對接口進行例化，即模塊之間的鏈接關(guān)系 2.對我們的設(shè)計添加激勵 3.觀察設(shè)計輸出是否符合要求 三、測試模塊設(shè)計 要測試我們的cpu需要ROM和RAM模塊，這就需要我們先做好這兩個模塊
這里定義了一個 1024 x 8 的RAM
再定義一個8192 x 8 的ROM ROM和RAM都還沒有裝入數(shù)據(jù)，等會我們會調(diào)用函數(shù)給他們裝數(shù)據(jù) 接下來是地址譯碼器，來控制ROM和RAM的打開與關(guān)閉
各模塊建立好之后我們就開始仿真了 四、仿真 這次教學(xué)我們用的是modelsim SE 10.0 版本進行教學(xué)，以下是小墨同學(xué)習(xí)慣的仿真過程，因個人習(xí)慣不同，各位朋友可以按照你們 的方法來做 我習(xí)慣直接先在quartus II中建一個.v文件將其保存在原來的工程文件目錄中，并命名為cpu_top.v，直接在這里寫測試代碼
下面大家可以跟著小墨的步驟一起做，來完成cpu 的仿真過程了 1. 首先，我們需要將我們剛寫好的那幾個模塊包含進去，即CPU模塊，ROM模塊，RAM模塊，地址譯碼器模塊，并寫好時間測量度，見下圖
2.定義頂層模塊 由于我們的設(shè)計只有兩個輸入，即時鐘模塊和復(fù)位模塊，凡是輸入信號在testbench中通一定義成reg型變量，凡是輸出或者雙向輸入輸出信號通一定義成wire型變量，我們的設(shè)計只有輸入沒有輸出，故只定義輸入和連線即可
下圖便是我們要組成的測試頂層模塊圖，我們定義的wire型變量，實際就是我們頂層模塊中，模塊模塊與模塊間的連線。而這些連線就是我們cpu的輸出，這樣我們就可以用我們的測試模塊來測試我們的cpu是否能正確工作
3. 元件例化 就是將各個模塊連接起來即可，這里就不做太多的說明了，因為以前都寫過很多次了
4.測試激勵的書寫 小墨同學(xué)習(xí)慣上上來先寫好時鐘產(chǎn)生模塊和復(fù)位模塊.并將復(fù)位模塊用task任務(wù)封裝,這樣我們在測試過程中就可以隨時調(diào)用復(fù)位任務(wù)進行復(fù)位 時鐘為50Mhz,復(fù)位時間為20ns
然后，我們再用task封裝我們需要的模塊，我們來想一下，上電后，CPU會從ROM中讀兩個時鐘周期的數(shù)據(jù)是吧，但是我們的ROM現(xiàn)在還是空的，所以我們需要一個任務(wù)是往ROM中裝入程序，給ROM中裝數(shù)據(jù)我們可以用系統(tǒng)函數(shù)$readmemb，即打開一個文件，并將其中的數(shù)據(jù)送到我們之前定義的ROM中去
而test1.pro文件時需要我們自己定義的，我們可以在quartusII中再新建一個.v文件，在里面寫上我們自己定義的程序，并將其保存為.pro文件即可，至于寫什么程序，是我們隨便定義的，大家可以參考我之前在上一篇文章中上傳的程序中，有一個test1.pro文件，打開之后可以看到是一些16位的數(shù)字碼，這些碼就是我們ROM的地址，從第一行開始，每8位數(shù)據(jù)位一個地址，注意我們每個地址的高三位是用下劃線隔開的，這表明前三位是指令碼，這三位會被狀態(tài)機進行譯碼，控制CPU執(zhí)行相應(yīng)的操作
裝完ROM和RAM的數(shù)據(jù)之后，按說就可以了進行波形仿真了,因為cpu是自動讀取數(shù)據(jù)的，下面我們先來做第一步仿真，我先把之后的代碼注釋掉，大家先看沒有被注釋掉的代碼
里面都是我們之前封裝好的函數(shù)，剛開始進行復(fù)位，然后進行第一步測試，之后停止 將其保存之后，小墨同學(xué)習(xí)慣將cpu_top.v文件用modelsim打開，并默認為用其打開，打開后見下圖
然后，file——new——library——ok即建好一個庫
點擊左上角的編譯按鈕，將我們之前寫好的所有.v文件全部都編譯進去
看到transcript一欄顯示編譯成功后即可，若沒有transcript一欄，可以選擇菜單中的view——transcript即可，若顯示有紅色錯誤，那就請讀者按照它的要求進行修改代碼，這說明你的代碼有問題，一般是連接問題
編譯成功后，雙擊cpu_top就可以開始波形仿真了
進入仿真頁面后，我們右擊cpu模塊將其加入至波形
由于只能上傳20張照片，請大家看下一篇文章，小墨同學(xué)會給大家繼續(xù)講解 以后小墨同學(xué)的文章將北京至芯科技官方技術(shù)論壇更新，至芯科技的官方技術(shù)論壇也有很多的資料供大家下載，里面也有小墨的專題板塊，希望廣大網(wǎng)友和愛好者的大力支持~ http://www.fpgaw.com/ 小墨同學(xué)專版網(wǎng)址 http://www.fpgaw.com/thread-78527-1-1.html 下面是至芯科技官方網(wǎng)站，夏宇聞教授和那里的老師都超好的~有意愿接受FPGA培訓(xùn)的可以找工作人員咨詢 http://www.zxopen.com/ 以后小墨同學(xué)的教程會跟這款開發(fā)板配套，想跟小墨同學(xué)一起學(xué)習(xí)，一起進步的的可以考慮一下購買一塊開發(fā)板，畢竟學(xué)習(xí)要舍得投資嘛，下面是開發(fā)板淘寶鏈接 http://item.taobao.com/item.htm? ... ;abbucket=13#detail |
