HDL第十一章仿真与验证
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initial begin $readmemh(“mem.hex”,my_mem) ; end ; /* 将文件mem_hex中的数据装载到存储器my_men 中，起始地址为0 */ initial begin $readmemh(“mem.hex”,my_mem,80) ; end ; /* 将文件mem_hex中的数据装载到存储器my_men 中，起始地址为80。 */
$write(“格式控制符”，输出变量名列表） ；
格式控制符
%h或%H %d或%D %o或%O %b或%B %c或%C
说
以十六进制形式显示 以十进制形式显示 以八进制形式显示 以二进制形式显示 以ASCII码形式显示
明
%v或%V %m或%M
%s或%S %t或%T
显示net型数据的驱动强度 显示层次名
返回当前时刻距离仿真开始时刻的时间值。两者的区别是间的区别是：
$time函数以64位整数值的形式返回模拟时间值，而在显示结束结果 后自动换行，而 $realtime函数以实数型数据返回模拟时间。。
例如： „timescale 10ns/1ns
module time_dif ; reg ts ; parameter DELAY=2.6 ; initial begin # DELAY ts=1 ; # DELAY ts=0 ; # DELAY ts=1 ;
end
endmodule
用仿真器仿真，其输出为：
# # # # # # 0 10 20 30 40 50 data=xxxxxxxxxxdxxxxx data=00010010000101010011010100100100 data=11000000100010010101111010000001 data=10000100100001001101011000001001 data=10110001111100000101011001100011 data=00000110101110010111101100001101
过编程语言接口（PLI）将自己定义的系统任务和函数加到语言中，以
进行仿真。 1、$display与$write $display和$write是两个系统任务，功能都是用于显示模拟结果，
之间的区别是：$display在显示结束结果后自动换行，而 $write不能。
调用格式相同，都为： $display(“格式控制符”，输出变量名列表） ；
# DELAY ts=0 ;
end initial $monitor($time,,, “ts=%b”,ts) ; endmodule 仿真器仿真时， 0 ts=x
其输出为：
3 ts=1
5 ts=0 8 ts=1 10 ts=0
若改为： „timescale 10ns/1ns
module time_dif ; reg ta ; parameter DELAY=2.6 ; initial begin # DELAY ts=1 ; # DELAY ts=0 ; # DELAY ts=1 ;
data=00000110110101111100110100001101
7、文件操作 文件打开：$ropen 用于打开某文件并准备对该文件进行写操作。 文件关闭：$fclose 用于文件关闭。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
11.2 用户自定义元件
利用用户自定义原语（UDP），用户可以自定义各种逻 辑元件。用户可以像调用Verilog系统提供的基本门元件一 样调用自己定义的元件。但是UDPD元件不能用于综合的 设计描述中，只能用于仿真程序中。UDP与一般模块相似， 但块首与块尾用关键字：primitive和endprimitive。
$readmemh(“数据文件名”，存储器名，起始地址，结束地址）；
$readmemb(“数据文件名”，存储器名，起始地址，结束地址）； 其中，起始地址和结束地址都可以默认，默认起始地址为存储器的 首地址，默认的结束地址为存储器的末地址。
例如： reg [7：0 ] my_mem [ 0:255 ] ; //定义存储器;my_mem
table
// clk ? 0 0 1 reset 1 0 0 0 d ? 0 1 : : : : state ？ ？ ？ ？ : : : q 0 ; // 清0，高电平有效 0 ; // 触发输出 ; // clk=1，触发器输出保持 // 不变，用符号-表示
： 1 ; // 触发输出 ： -
？ :
例如：
$monitor ($time,“a=%b,b=%h”,a,b)； 每当a、b信号的值发生变化，则系统都会激活上面的语句，显示 当前仿真时间、二进制格式的a信号和十六进制格式的b信号。 3、$time与$realtime $time与$realtime是两个显示仿真时间标度的系统函数。调用它们时，
0
0 1 1 1 1 endtable
1
1 0 0 1 1
0 : 0 ;
1 : 1 ; 0 : 0 ; 1 : 1 1 : 1 ; ; 0 : 1 ;
endprimitive
若考虑输入有可能为随意项x，则UDP为：：
primitive carry_udp（cout,cin,a,b）;
input cin,a,b ；output cout ; table // cin 0 0 ？ a 0 ？ 0 b : cout 0 : 0 //真值表 ？ : 0 ; //用通配符？代替x ; //只要有两个输入为0， 0 : 0 ; // 进位输出必为0
器进行交互控制。而当仿真程序执行$finish语句时，则结束仿真，返
回到主操作系统。
5、$readmemh与$readmemb $readmemh与$readmemb是文件读/写控制的系统任务，其作用是从 外部文件中读取数据放入存储器中。两者的区别是$readmemh是读取 十六进制数据，而$readmemb是读取二进制数据。 调用格式相同：
6、$random $random是产生随机数的系统任务，每次调用该函数将返回一个32位 的随机整数。
例如：
„timescale 10ns/1ns module random_tp ; integer data,i ; parameter DELAY=10 ; initial $monitor ( $time,,,”data=%b”,data ) ; initial begin for( i=0 ; i<+100 ; i=i+1 ) # DELAY data=$random ;
第11章 Verilog 仿真与验证
本章介绍了如何编写测试验证程序(test bench)。测
试验证程序用于测试和验证设计的正确性。Verilog HDL
提供强有力的结构来说明测试验证程序。
11.1 系统任务与系统函数
系统任务和系统函数以$开头，例如：$display、$monitor等。其 作用要用于仿真，一般在initial或always过程块中调用。用户可以通
11.2.2 时序电路UDP元件
时序电路元件的输出不但取决于当前的输入，还与电路的当前的内部状态有关。 对应的upd元件描述中需要考虑其内部状态。
primitive latch_udp（q,clk,reset,d ;//电平触发的一位数据UDP锁存器
input clk,reset,d ；output q ; reg q ; //clk低电平触发， initial q=1‟b1 ; //初始化
列中字符或变量的值的功能显示模拟结果。
调用格式相同，都为：
$monitor(“格式控制符”，输出变量名列表） ； $strobe(“格式控制符”，输出变量名列表） ；
$monitor与$strobe是之间的区别是： $monitor相当于一个持续的实
时监控器，如果输出变量列表中的任何变量发生变化，则系统将按语 句中规定的格式将结果都输出一次；而$strobe相当于选通监控器， 只有在模拟时间发生改变时，并且所有的时间都处理完毕后，才将结 果输出。
定义UDP的语法如下： primitive 元件名（输出端口，输入端口1，输入端口2，…）; output 输出端口名 ； input reg 输入端口1，输入端口2，…； 输出端口名 ； 输出端口或内部寄存器赋初值（0、1、或 x） ; end table // 输入1 真值列表 endtable 输入2 。。。：输出
UDP具有以下特点： 1）UDP的输出口只能有一个，且必须位于端口列表的第 一项，只有输出端口能被定义为reg类型。 2）UDP的输入端口可以有多个。一般时序电路UDP的输 入端口可以多至9个，组合电路UDP的输入端口可多至 10个。 3）所有端口的变量必须是一位标量。 4）在table 表项中，只能出现0、1、x三种状态，不允许出 现z状态。
endtable
endprimitive
primitive dff_udp（q,d,clk）; //上升沿触发的D触发器 UDP
input d,clk ；output q ; reg q ;
table // clk (01) (01) (0x) (0x) d 0 1 1 0 : : : : : state ？ ？ 1 0 : : : : : q 0 ; // clk上升沿触发，q=d 1 ; 0 ; // clk=0时，q不变，clk上升沿，q=d 0 ;
仿真它们。 调用格式： n是调用时给出的参数，可以取0、1、2。 分别表示： 0：不输出任何参数； 1：给出仿真的时间和位置。 2：给出仿真的时间和位置以及其它一些运
$stop；
$stop(n) ; $finish ;
$finish(n) ;
行统计数据。
若不带参数，默认为1.
当仿真程序执行到$stop语句时，将暂停仿真，以便设计者与仿真
# DELAY ts=0 ;
end initial $reltime($time,,, “ts=%b”,ts) ; endmodule 0 仿真器仿真时， 其输出为： ts=x
2.6
5.2 7.8
ts=1
ts=0 ts=1
11.4 ts=0
4、$finish与$stop
$finish与$stop用于对仿真过程进行控制，分别表示结束仿真和中断
#
# #
60
70 80
data=01000110110111111001100110001101
data=10110010110000101000010001100101 data=10001001001101110101001000010010
#
#
90
100
data=00000000111100111110001100000001
initial begin
endprimitive
11.2.1 组合电路UDP元件
primitive carry_udp（cout,cin,a,b）;//一位全加器进位输出UDP input cin,a,b ；output cout ; table // cin 0 0 a 0 0 b : cout 0 : 0 ; 1 : 0 ;
？
1 1
1
？ 1
1 : 1 ;
1 : ？ : 1 1 ;
//只要有两位输入为1，
; //进位输出必为1
endtable endprimitive
primitive mux3_1（y,in0,in1,in2,s2,s1）; //3选1多路选择器 input in0,in1,in2 ；output y ; table // in0 in1 in2 s2 s1 : y 0 ？ ？ 0 0 : 0 ; //s2s1=00，y=in0 1 ？ ？ 0 0 : 1 ; ？ 0 ？ 0 1 : 0 ; // s2s1=01，y=in1 ？ 1 ？ 0 1 : 1 ; ？ ？ 0 1 ？ : 0 ； ？ ？ 1 1 ？ : 1 ; //s2s1=1x，y=in2 0 0 ? 0 ? : 0 ; 1 1 ? 0 ? : 1 ; 0 ? 0 ? 0 : 0 ; 1 ? 1 ? 0 : 1 ; ? 0 0 ? 1 : 1 ; ? 1 1 ? 1 : 1 ; endtable endprimitive
以字符串形式显示 以当前的时间格式显示
例如：设 a=32,b=18,c=9。则执行语句 $display(“a=%h,b=%d,c=%b”,a,b,c)；后显示
a=20,b=18,c=1001
2、$monitor与$strbo
$monitor与$strbo是两个输出控制类系统任务，提供监控和输出参数
$write(“格式控制符”，输出变量名列表） ；
格式控制符
%h或%H %d或%D %o或%O %b或%B %c或%C
说
以十六进制形式显示 以十进制形式显示 以八进制形式显示 以二进制形式显示 以ASCII码形式显示
明
%v或%V %m或%M
%s或%S %t或%T
显示net型数据的驱动强度 显示层次名
返回当前时刻距离仿真开始时刻的时间值。两者的区别是间的区别是：
$time函数以64位整数值的形式返回模拟时间值，而在显示结束结果 后自动换行，而 $realtime函数以实数型数据返回模拟时间。。
例如： „timescale 10ns/1ns
module time_dif ; reg ts ; parameter DELAY=2.6 ; initial begin # DELAY ts=1 ; # DELAY ts=0 ; # DELAY ts=1 ;
end
endmodule
用仿真器仿真，其输出为：
# # # # # # 0 10 20 30 40 50 data=xxxxxxxxxxdxxxxx data=00010010000101010011010100100100 data=11000000100010010101111010000001 data=10000100100001001101011000001001 data=10110001111100000101011001100011 data=00000110101110010111101100001101
过编程语言接口（PLI）将自己定义的系统任务和函数加到语言中，以
进行仿真。 1、$display与$write $display和$write是两个系统任务，功能都是用于显示模拟结果，
之间的区别是：$display在显示结束结果后自动换行，而 $write不能。
调用格式相同，都为： $display(“格式控制符”，输出变量名列表） ；
# DELAY ts=0 ;
end initial $monitor($time,,, “ts=%b”,ts) ; endmodule 仿真器仿真时， 0 ts=x
其输出为：
3 ts=1
5 ts=0 8 ts=1 10 ts=0
若改为： „timescale 10ns/1ns
module time_dif ; reg ta ; parameter DELAY=2.6 ; initial begin # DELAY ts=1 ; # DELAY ts=0 ; # DELAY ts=1 ;
data=00000110110101111100110100001101
7、文件操作 文件打开：$ropen 用于打开某文件并准备对该文件进行写操作。 文件关闭：$fclose 用于文件关闭。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
11.2 用户自定义元件
利用用户自定义原语（UDP），用户可以自定义各种逻 辑元件。用户可以像调用Verilog系统提供的基本门元件一 样调用自己定义的元件。但是UDPD元件不能用于综合的 设计描述中，只能用于仿真程序中。UDP与一般模块相似， 但块首与块尾用关键字：primitive和endprimitive。
$readmemh(“数据文件名”，存储器名，起始地址，结束地址）；
$readmemb(“数据文件名”，存储器名，起始地址，结束地址）； 其中，起始地址和结束地址都可以默认，默认起始地址为存储器的 首地址，默认的结束地址为存储器的末地址。
例如： reg [7：0 ] my_mem [ 0:255 ] ; //定义存储器;my_mem
table
// clk ? 0 0 1 reset 1 0 0 0 d ? 0 1 : : : : state ？ ？ ？ ？ : : : q 0 ; // 清0，高电平有效 0 ; // 触发输出 ; // clk=1，触发器输出保持 // 不变，用符号-表示
： 1 ; // 触发输出 ： -
？ :
例如：
$monitor ($time,“a=%b,b=%h”,a,b)； 每当a、b信号的值发生变化，则系统都会激活上面的语句，显示 当前仿真时间、二进制格式的a信号和十六进制格式的b信号。 3、$time与$realtime $time与$realtime是两个显示仿真时间标度的系统函数。调用它们时，
0
0 1 1 1 1 endtable
1
1 0 0 1 1
0 : 0 ;
1 : 1 ; 0 : 0 ; 1 : 1 1 : 1 ; ; 0 : 1 ;
endprimitive
若考虑输入有可能为随意项x，则UDP为：：
primitive carry_udp（cout,cin,a,b）;
input cin,a,b ；output cout ; table // cin 0 0 ？ a 0 ？ 0 b : cout 0 : 0 //真值表 ？ : 0 ; //用通配符？代替x ; //只要有两个输入为0， 0 : 0 ; // 进位输出必为0
器进行交互控制。而当仿真程序执行$finish语句时，则结束仿真，返
回到主操作系统。
5、$readmemh与$readmemb $readmemh与$readmemb是文件读/写控制的系统任务，其作用是从 外部文件中读取数据放入存储器中。两者的区别是$readmemh是读取 十六进制数据，而$readmemb是读取二进制数据。 调用格式相同：
6、$random $random是产生随机数的系统任务，每次调用该函数将返回一个32位 的随机整数。
例如：
„timescale 10ns/1ns module random_tp ; integer data,i ; parameter DELAY=10 ; initial $monitor ( $time,,,”data=%b”,data ) ; initial begin for( i=0 ; i<+100 ; i=i+1 ) # DELAY data=$random ;
第11章 Verilog 仿真与验证
本章介绍了如何编写测试验证程序(test bench)。测
试验证程序用于测试和验证设计的正确性。Verilog HDL
提供强有力的结构来说明测试验证程序。
11.1 系统任务与系统函数
系统任务和系统函数以$开头，例如：$display、$monitor等。其 作用要用于仿真，一般在initial或always过程块中调用。用户可以通
11.2.2 时序电路UDP元件
时序电路元件的输出不但取决于当前的输入，还与电路的当前的内部状态有关。 对应的upd元件描述中需要考虑其内部状态。
primitive latch_udp（q,clk,reset,d ;//电平触发的一位数据UDP锁存器
input clk,reset,d ；output q ; reg q ; //clk低电平触发， initial q=1‟b1 ; //初始化
列中字符或变量的值的功能显示模拟结果。
调用格式相同，都为：
$monitor(“格式控制符”，输出变量名列表） ； $strobe(“格式控制符”，输出变量名列表） ；
$monitor与$strobe是之间的区别是： $monitor相当于一个持续的实
时监控器，如果输出变量列表中的任何变量发生变化，则系统将按语 句中规定的格式将结果都输出一次；而$strobe相当于选通监控器， 只有在模拟时间发生改变时，并且所有的时间都处理完毕后，才将结 果输出。
定义UDP的语法如下： primitive 元件名（输出端口，输入端口1，输入端口2，…）; output 输出端口名 ； input reg 输入端口1，输入端口2，…； 输出端口名 ； 输出端口或内部寄存器赋初值（0、1、或 x） ; end table // 输入1 真值列表 endtable 输入2 。。。：输出
UDP具有以下特点： 1）UDP的输出口只能有一个，且必须位于端口列表的第 一项，只有输出端口能被定义为reg类型。 2）UDP的输入端口可以有多个。一般时序电路UDP的输 入端口可以多至9个，组合电路UDP的输入端口可多至 10个。 3）所有端口的变量必须是一位标量。 4）在table 表项中，只能出现0、1、x三种状态，不允许出 现z状态。
endtable
endprimitive
primitive dff_udp（q,d,clk）; //上升沿触发的D触发器 UDP
input d,clk ；output q ; reg q ;
table // clk (01) (01) (0x) (0x) d 0 1 1 0 : : : : : state ？ ？ 1 0 : : : : : q 0 ; // clk上升沿触发，q=d 1 ; 0 ; // clk=0时，q不变，clk上升沿，q=d 0 ;
仿真它们。 调用格式： n是调用时给出的参数，可以取0、1、2。 分别表示： 0：不输出任何参数； 1：给出仿真的时间和位置。 2：给出仿真的时间和位置以及其它一些运
$stop；
$stop(n) ; $finish ;
$finish(n) ;
行统计数据。
若不带参数，默认为1.
当仿真程序执行到$stop语句时，将暂停仿真，以便设计者与仿真
# DELAY ts=0 ;
end initial $reltime($time,,, “ts=%b”,ts) ; endmodule 0 仿真器仿真时， 其输出为： ts=x
2.6
5.2 7.8
ts=1
ts=0 ts=1
11.4 ts=0
4、$finish与$stop
$finish与$stop用于对仿真过程进行控制，分别表示结束仿真和中断
#
# #
60
70 80
data=01000110110111111001100110001101
data=10110010110000101000010001100101 data=10001001001101110101001000010010
#
#
90
100
data=00000000111100111110001100000001
initial begin
endprimitive
11.2.1 组合电路UDP元件
primitive carry_udp（cout,cin,a,b）;//一位全加器进位输出UDP input cin,a,b ；output cout ; table // cin 0 0 a 0 0 b : cout 0 : 0 ; 1 : 0 ;
？
1 1
1
？ 1
1 : 1 ;
1 : ？ : 1 1 ;
//只要有两位输入为1，
; //进位输出必为1
endtable endprimitive
primitive mux3_1（y,in0,in1,in2,s2,s1）; //3选1多路选择器 input in0,in1,in2 ；output y ; table // in0 in1 in2 s2 s1 : y 0 ？ ？ 0 0 : 0 ; //s2s1=00，y=in0 1 ？ ？ 0 0 : 1 ; ？ 0 ？ 0 1 : 0 ; // s2s1=01，y=in1 ？ 1 ？ 0 1 : 1 ; ？ ？ 0 1 ？ : 0 ； ？ ？ 1 1 ？ : 1 ; //s2s1=1x，y=in2 0 0 ? 0 ? : 0 ; 1 1 ? 0 ? : 1 ; 0 ? 0 ? 0 : 0 ; 1 ? 1 ? 0 : 1 ; ? 0 0 ? 1 : 1 ; ? 1 1 ? 1 : 1 ; endtable endprimitive
以字符串形式显示 以当前的时间格式显示
例如：设 a=32,b=18,c=9。则执行语句 $display(“a=%h,b=%d,c=%b”,a,b,c)；后显示
a=20,b=18,c=1001
2、$monitor与$strbo
$monitor与$strbo是两个输出控制类系统任务，提供监控和输出参数