第11章仿真教材

第11章仿真◆系統(tǒng)任務與系統(tǒng)函數(shù)◆用戶自定義元件◆延時模型的表示◆數(shù)字電路的仿真內(nèi)容第11章仿真11.1系統(tǒng)任務與系統(tǒng)函數(shù)

概述1）系統(tǒng)任務和系統(tǒng)函數(shù)主要是用于仿真的；2）系統(tǒng)任務和系統(tǒng)函數(shù)一般以符號“$”開頭。例如：

$monitor，$readmemh等。3）使用不同的Verilog仿真工具（如：VCS、Verilog-XL、

ModelSim等）進行仿真時，這些系統(tǒng)任務和系統(tǒng)函數(shù)在使用方法上可能存在差異，應根據(jù)使用手冊來使用。4）一般在intial或always過程塊中，調(diào)用系統(tǒng)任務和系統(tǒng)函數(shù)。5）用戶可以通過編程語言接口（PLI）將自己定義的系統(tǒng)任務和系統(tǒng)函數(shù)加到語言中，以進行仿真和調(diào)試。$display和$write是兩個系統(tǒng)任務，兩者的功能相同，都用于顯示仿真結(jié)果，其區(qū)別是$display在輸出結(jié)束后能自動換行，而$write不能。$display和$write的使用格式為：$display（“格式控制符”，輸出變量名列表）；$write（“格式控制符”，輸出變量名列表）；格式控制符：控制顯示信號的格式輸出變量名列表：要顯示的信號的名稱。1．$display與$write格式控制符說明%h或%H以16進制形式顯示%d或%D以10進制形式顯示%o或%O以8進制形式顯示%b或%B以2進制形式顯示%c或%C以ASCII字符形式顯示%v或%V顯示net型數(shù)據(jù)的驅(qū)動強度%m或%M顯示層次名%s或%S以字符串形式輸出%t或%T以當前的時間格式顯示轉(zhuǎn)義字符說明\n換行\(zhòng)tTAB鍵\\符號\\“符號“\ddd

八進制數(shù)ddd對應的ASCII字符%%符號%格式控制符轉(zhuǎn)義字符1．$display與$write1）用于仿真結(jié)果的輸出`timescale1ns/1nsmodulewytest;reg

a,b,c;initialbegina=0;b=1;c=0;#100c=1;

$display($time,,,"a=%db=%dc=%d",a,b,c);b=0;

$display($time,,,"a=%db=%dc=%d",a,b,c);#100a=1;b=1;endendmodule100a=0b=1c=1100a=0b=0c=1

$write($time,,,"a=%db=%dc=%d",a,b,c);

$write($time,,,"a=%db=%dc=%d",a,b,c);

100a=0b=1c=1100a=0b=0c=1賦值方式都改為非阻塞型賦值`timescale1ns/1nsmodulewytest;reg

a,b,c;initialbegina<=0;b<=1;c<=0;#100c<=1;

$display($time,,,"a=%db=%dc=%d",a,b,c);b<=0;

$display($time,,,"a=%db=%dc=%d",a,b,c);#100a<=1;b<=1;endendmodule100a=0b=1c=0100a=0b=1c=0

2）用display可以顯示字符串

$display（“itisaexamplefordisplay!\n”）轉(zhuǎn)義字符的顯示：moduledisp；initialbegin

$display（“\\\t\\\n\”\123”）；end顯示結(jié)果：\\“s//八進制數(shù)123對應的ASCII的字符為S$monitor、$strobe與$display、$write一樣也是屬于輸出控制類的系統(tǒng)任務，$monitor與$strobe都提供了監(jiān)控和輸出參數(shù)列表中字符或變量的值的功能.使用格式為：$monitor(“格式控制符”，輸出變量名列表);$strobe(“格式控制符”，輸出變量名列表);

這里的格式控制符、輸出變量名列表與$display和$write中定義的完全相同。運行機制：$monitor：相當于一個實時監(jiān)控器，只要輸出變量列表中的任何變量發(fā)生了變化，則系統(tǒng)按$monitor中指定的格式將結(jié)果輸出一次。$strobe：只有當仿真模擬時間發(fā)生變化時，并且在該時刻的所有事件都處理完成了，才輸出結(jié)果2．$monitor與$strobe0a=0b=1c=0100a=1b=1c=1200a=1b=0c=1300a=0b=1c=0400a=1b=0c=1`timescale1ns/1nsmodulewytest;reg

a,b,c;initialbegina<=0;b<=1;c<=0;#100a<=1;b<=1;c<=1;#100a<=1;b<=0;c<=1;#100a<=0;b<=1;c<=0;#100a<=1;b<=0;c<=1;endinitialbegin$monitor($time,,,"a=%db=%dc=%d",a,b,c);endendmodule`timescale1ns/1nsmodulewytest;reg

a,b,c;initialbegina=0;b=1;c=0;#100a=1;

$strobe($time,,,"a=%db=%dc=%d",a,b,c);b=1;c=1;#100a=1;b=0;

$strobe($time,,,"a=%db=%dc=%d",a,b,c);c=1;endendmodule100a=1b=1c=1200a=1b=0c=1100a=1b=1c=0200a=1b=0c=1

$display($time,,,"a=%db=%dc=%d",a,b,c);

$display($time,,,"a=%db=%dc=%d",a,b,c);

`timescale1ns/1nsmodulewytest;reg

a,b,c;initialbegina<=0;b<=1;c<=0;#100a<=1;b<=1;c<=1;

$strobe($time,,,"a=%db=%dc=%d",a,b,c);

#100a<=1;b<=0;c<=1;

$strobe($time,,,"a=%db=%dc=%d",a,b,c);

endendmodule#100a=1b=1c=1#200a=1b=0c=1

$display($time,,,"a=%db=%dc=%d",a,b,c);

$display($time,,,"a=%db=%dc=%d",a,b,c);

#100a=0b=1c=0#200a=1b=1c=1$time、$realtime是屬于顯示仿真時間標度的系統(tǒng)函數(shù)。這兩個函數(shù)被調(diào)用時，都返回當前時刻距離仿真開始時刻的時間量值，$time函數(shù)以64位整數(shù)值的形式返回模擬時間（基本仿真時間的個數(shù)，而不是絕對的時間值）；$realtime

函數(shù)則以實數(shù)型數(shù)據(jù)返回模擬時間（基本仿真時間的個數(shù)，而不是絕對的時間值）。

3．$time與$realtime`timescale10ns/1nsmodulewytest;reg

ts;parameterdelay=2.6;initialbegin#delayts=1;#delayts=0;#delayts=1;#delayts=0;endinitial$monitor($time,,,"ts=%b",ts);endmodule3．$time與$realtime#0ts=x#3ts=1#5ts=0#8ts=1#10ts=0($realtime,,,"ts=%b",ts);#0ts=x#2.6ts=1#5.2ts=0#7.8ts=1#10.4ts=0系統(tǒng)任務$finish與$stop用于對仿真過程進行控制，分別表示結(jié)束仿真和中斷仿真。$finish與$stop的使用格式如下：$stop;$stop(n);$finish;$finish(n);n是$finish和$stop的參數(shù)，n可以是0、1、2等值，分別表示如下含義。0：不輸出任何信息；1：給出仿真時間和位置；2：給出仿真時間和位置，還有其他一些運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)。$stop、$finish不帶參數(shù)，則默認參數(shù)值為1.4．$finish與$stop4．$finish與$stop`timescale10ns/1nsmodulewytest;reg

ts;parameterdelay=2.6;initialbegin#delayts=1;#delayts=0;#delayts=1;#delayts=0;#delay$stop(2);endinitial$monitor($realtime,,,"ts=%b",ts);endmodule#$stop:C:/modeltech_6.5/examples/wytest.v(11)#Time:130nsIteration:0Instance:/wytest#BreakinModulewytestatC:/modeltech_6.5/examples/wytest.vline11vsim28>quit作用：$readmemh與$readmemb是屬于文件讀寫控制的系統(tǒng)任務，其都是從外部文件中讀取數(shù)據(jù)并

放入存儲器中。區(qū)別：讀取數(shù)據(jù)的格式不同，$readmemh為讀取十六進制數(shù)據(jù)，而$readmemb為讀取二進制數(shù)據(jù)。使用格式：$readmemh（"數(shù)據(jù)文件名"，存儲器名，起始地址，結(jié)束地址）；$readmemb（"數(shù)據(jù)文件名"，存儲器名，起始地址，結(jié)束地址）；其中，起始地址和結(jié)束地址均可以缺省，如果缺省起始地址，表示從存儲器的首地址開始存儲；如果缺省結(jié)束地址，表示一直存儲到存儲器的結(jié)束地址。5．$readmemh與$readmembreg[7:0]my_mem[0:255];//定義一個256個地址的存儲器initialbegin$readmemh(“mem.hex”,my_mem);end//將mem.hex的數(shù)據(jù)裝載到存儲器my_mem，從起始地址0

一直裝到存儲器結(jié)束地址。initialbegin$readmemh(“mem.hex”,my_mem,80);end//將mem.hex的數(shù)據(jù)裝載到存儲器my_mem，從起始地址80

一直裝到存儲器結(jié)束地址。5．$readmemh與$readmemb$random是產(chǎn)生隨機數(shù)的系統(tǒng)函數(shù)，每次調(diào)用該函數(shù)將返回一個32位的隨機數(shù)，該隨機數(shù)是一個帶符號的整數(shù)。6．$random#10data=00010010000101010011010100100100#20data=11000000100010010101111010000001#30data=10000100100001001101011000001001#40data=10110001111100000101011001100011#50data=00000110101110010111101100001101#60data=01000110110111111001100110001101`timescale10ns/1nsmodulewytest;integerdata;integeri;parameterdelay=10;initialbegin$monitor($time,,,"data=%b",data);endinitialbegin

for(i=0;i<=5;i=i+1)#delaydata=$random;endendmodule與c語言類似，Verilog也提供了很多文件輸出類的系統(tǒng)任務，可將結(jié)果輸出到文件中。這類任務有：$fdisplay、$fwrite、$fmonitor、$fstrobe、$fopen和$fclose等。$fopen用于打開某個文件并準備寫操作，$fclose用于關(guān)閉文件，$fdisplay、$fwrite、$fmonitor等系統(tǒng)任務則用于把文本寫入文件。7．文件輸出11.3延時模型的表示

延時：包括門延時、assign賦值延時和連線延時等。門延時：門輸入端發(fā)生變化到輸出端發(fā)生變化的延遲時間；assign賦值延時：等號右端某個值發(fā)生變化到等號左端發(fā)生相應變化的延遲時間；連線延時：信號在連線上的傳輸延時。如果沒有定義時延值，缺省時延為0。11.3.1時間標尺定義’timescale

`timescale語句用途：用于定義模塊的時間單位和時間精度。使用格式：

`timescale<時間單位>/<時間精度>

其中用來表示時間度量的符號有：

smsusnsps

fs

秒10-3秒10-6秒10-9秒10-12秒10-15秒例如：`timescale1ns/100ps

表示延時單位為1ns，時延精度為100ps（即精確到0.1ns）。

`timescale編譯器指令在模塊說明外部出現(xiàn)，并且影響后面所有的時延值。11.3.1時間標尺定義’timescale

例：`timescale1ns/1nsmodulewytest;reg

a,b,c;initialbegina<=0;b<=1;c<=0;#50.8a<=1;b<=1;c<=1;#100.4a<=1;b<=0;c<=1;endendmodule#50.851ns#100.4100ns1ns/100ps#50.850.8ns#100.4100.4ns11.3.2延時的表示與延時說明塊

1．延時的表示方法延時的表示方法有下面幾種：

#delaytime#(d1,d2)#(d1,d2,d3)

#delaytime表示延遲時間為delaytime,，為一個常數(shù)。

d1表示上升延遲，d2表示下降延遲，d3則表示轉(zhuǎn)換到高阻態(tài)z的延遲，這些延遲的具體時間由時間定義語句‘timescale規(guī)定的時間刻度所決定。

如果沒有定義時延值，缺省時延為0。例：

not#4gate1(out,in);//延時時間為4的非門

and#(5,7)gate2(out,a,b)//與門的上升延時為5，下降延時為7or#5gate3(out,a,b)//或門的上升、下降延時都為5

bufif0#（3,4,6）gate（out,in，enable）

//三態(tài)門的上升時延為3，下降時延為4，高阻時延為6

assign#(50)out=a+b;//a或b發(fā)生變化，到out發(fā)生變化的時間為5011.3.2延時的表示與延時說明塊

Verilog可對程序模塊中某一指定的路徑進行延遲定義。

這一路徑連接模塊的輸入端口（或inout端口）與輸出端口（或inout端口）。在延遲定義塊中要描述模塊中的不同路徑并給這些路徑賦值。延遲定義塊的內(nèi)容應放在關(guān)鍵字specify與endspecify之間，且必須放在一個模塊中。2．延時說明塊（specify塊）例：moduledelay（out,a,b,c）;inputa,b,c;outputout;anda1(n1,a,b);oro1(out,c,n1);

specify(a=>out)=2;(b=>out)=3;(c=>out)=1;

endspecify

endmodule

2．延時說明塊（specify塊）cabout11.4數(shù)字電路的仿真

11.4.1測試平臺（TestBanch）1.概念

為測試或仿真一個verilog程序而搭建的一個平臺。平臺的核心是一個用于產(chǎn)生仿真激勵信號給被測程序模塊，同時調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)顯示仿真結(jié)果的verilog仿真測試程序。配合仿真軟件提供的環(huán)境和其他工具，構(gòu)成一個仿真測試的平臺。11.4.1測試平臺（TestBanch）測試平臺仿真程序被測模塊激勵信號（reg）激勵向量輸入端口輸出端口顯示信號（wire）輸出顯示波形或打印顯示2.仿真測試程序的特點及要求◆測試模塊只有模塊名字，沒有端口列表；◆輸入信號（激勵信號）必須定義為reg型，以保持信號值；輸出信號（顯示信號）必須定義為wire型；◆在測試模塊中調(diào)用被測試模塊，在調(diào)用時，應注意端口排列的順序與模塊定義時一致；◆一般用initial、always過程塊來定義激勵信號波形;使用系統(tǒng)任務和系統(tǒng)函數(shù)來定義輸出顯示格式；◆在激勵信號的定義中，可使用如下一些控制語句：

if-else，for，forever，case，while，repeat，

wait，disable，force，release，begin-end，

fork-join等，這些控制語句一般只用在always、

initial、function、task等過程塊中。

11.4.1測試平臺（TestBanch）11.4.1測試平臺（TestBench）測試程序的一般結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)類型說明//激勵信號reg型//輸出顯示信號wire型intergerparameter調(diào)用被測試模塊激勵信號定義（always、initial等）顯示格式定義（$monitor等）module仿真模塊名//無端口列表激勵波形的產(chǎn)生例11.13用initial語句產(chǎn)生激勵波形`timescale1ns/1nsmodulewytest;reg

a,b,c;initialbegina=0;b=1;c=0;#100c=1;#100a=1;b=0;#100a=0;#100c=0;#100$finish;endinitial$monitor($time,,,"a=%db=%dc=%d",a,b,c);endmodule例11.14用always語句產(chǎn)生時鐘波形激勵波形的產(chǎn)生`timescale1ns/1nsmodulewytest;reg

clk;parameterCYCLE=100;always#(CYCLE/2)clk=~clk;initialclk=1;endmodule11.4.2組合電路的仿真

`timescale10ns/1nsmodulemult_tp;//測試模塊的名字reg[7:0]a,b; //測試輸入信號定義為reg型wire[15:0]out; //測試輸出信號定義為wire型integeri,j;mult8m1(out,a,b); //調(diào)用測試對象initial //激勵波形設(shè)定begin a=0;b=0;for(i=1;i<255;i=i+1)#10a=i;end