(Testbench用法总结)1. Testbench中文本数据的存储读取操作对比

万物皆可卷积

木秀于林，风必摧之

写时一时爽，调试火葬场；多么深刻的说明了在整体设计过程中，调试所占据的重要性，而仿真调试也是调试里面重要的一环。

为了巩固自己的Testbench编写技术，为了与大家交流调试经验，写出这篇文章与大家共同交流。

本文主要讲述Testbench中如何读取和存储文本文件的数据，涉及到基础的Verilog语法。

对一些数据处理的模块进行调试仿真，模块需要特定的数据输入，比如单一频率的正弦波；为了解决这个问题，我们可以用matlab，python等工具生成文本数据，然后使用Verilog将数据读取进来；Testbench可以使用2种方法进行文本数据操作

readmemb, readmemh, writememb, writememh操作
fscanf, fwrite等操作

readmemb, readmemh, writememb, writememh操作

从字面意思理解，readmem是读取数据到memory，后缀的b, h代表了数据的进制；同理，writemem是将memory的数据写入到文件中；

所以，在使用这一类系统自带函数时，首先要有一个memory类型的变量。定义方法如下：

reg	[M-1:0]	mem	[N:1];

mem”变量“（应该叫寄存器组）有N个”一维“变量，每个”一维“变量的bit宽度为M；你可以将mem理解为C语言中的二维数组，里面包含了N个一维数组，每个一维数组有M个元素，元素为bit。

事实上，我们称M为mem的数据宽度，N为mem的数据深度。

以readmemb为例，进行数据读取操作

initial
begin
	$readmemb("data.txt", mem);

readmemb的第一个参数为文件名，第二个参数为memory变量名；至此，data.txt内部的N行数据存入了mem里。readmemh操作类似，不同的是data.txt的数据要求为16进制。那么可能有人会有疑问了，假如有以下问题，mem存入的数据会是啥样：

data.txt每行的数据位宽小于M或者大于M

经过试验，M大于数据位宽，数据可以正常读取，高位补0；小于数据位宽，数据无法正常读取。

data.txt的数据不是二进制，或者不是纯数字

与M小于数据位宽的情况一致，无法正常读取数据。

如果data.txt的行数小于N或大于N

经过试验，行数大于N，仿真器会出警告，但数据可以正常读取。小于N时，多余的部分memory的值为不定状态。

数据存入mem但还没有进入到模块的输入，接下来的操作可以参考下列代码：

reg	[M-1:0]	data_in;
integer index = 1;
initial
begin
	forever
	begin
		@(posegde clk);
		data_in = mem[index];
		index = (index >= N) ? 1 : index + 1;

代码里面，等待clk的上升沿，然后将mem的index元素赋值给data_in，然后index完成加1操作；整个过程不断循环；这里设置了index计数到N返回1的计数保护，防止出现无效数据。再将data_in与被测模块的数据输入端口相连，数据就送入进去了。

writememb的操作与readmemb反过来，将mem的数据存储为文本操作如下：

initial
begin
    $writememb("new_data_b.txt", mem);
    $writememh("new_data_h.txt", mem);

存储之后的

fscanf, fwrite等操作

Verilog本身的语法与C类似，其自身也有文本操作的函数，也与C类似。使用Verilog对文本操作，首先需要进行如下操作：

integer fid;
initial
begin
	fid = $fopen("data.txt", "r");
    //fid = $fopen("data.txt", "w"); //write
    if (!fid)
        $display("file open error");

如同C语言中的fopen一样，第一个参数为文件名，第二个参数为操作模式，包括读（r, rb），写(w, wb)等操作；根据返回值判断文件操作是否有错误。

然后，根据文本文件的数据格式，进行数据读取操作。

reg [M-1:0] data_in;
always @ (posedge clk)
    $fscanf(fid, "%d %d %d", data_in, mem[0], mem[1]);

fscanf用法与C语言类似，文件句柄为第一个参数，第二个参数为格式参数，第三个为数据保存变量，但不需要加&了。 读取文件的时候第二个参数与第三个参数需要对应，否则数据读取可能会出错。（亲身经历）

数据存储操作如下，在前面fopen使用w模式下：

always @ (posegde clk)
    $fwrite(fid, "%d, %d, %d\n", $signed(data_in), $signed(data_in)+1, $signed(data_in)+2);

数据可以按照第二个参数的格式存储进文本文件。还有一系列如fdisplay, 相对于fwrite, 它的文件写入数据之后会自动到下一行，所以第二个参数不需要加入“\n”；ftell等函数。 注意，想要存储十进制的负数，除了第二个参数用%d，第三个参数的寄存器变量还要使用$signed转换为有符号数形式

注意，当存储的寄存器位宽小于数据位宽时，数据会被自动截去高位保留低位。

之前使用文件操作存储被测模块的输出时，每次文件的数据量（行数）都与理想中的数目对不上，找各种原因，最后才发现自己犯了一个低级错误，没有使用fclose关闭文件句柄。

initial