Verilog仿真验证
verilog教程
verilog教程Verilog是一种硬件描述语言（HDL），用于描述数字系统的行为和结构。
它是一种流行的HDL，广泛用于硬件设计和验证领域。
本教程将介绍Verilog的基本概念和语法，以帮助初学者入门。
一、Verilog的基本概念1.1 什么是VerilogVerilog是一种描述数字系统的语言，它可以用来描述硬件电路、验证设计的正确性以及进行电路仿真。
1.2 Verilog的应用领域Verilog广泛应用于硬件设计和验证领域，包括用于开发ASIC（应用特定集成电路）、FPGA（现场可编程门阵列）以及其他数字系统的设计。
1.3 Verilog的版本Verilog有多个版本，包括Verilog-1995、Verilog-2001以及最新的Verilog-2005、这些版本之间有一些语法和功能上的差异。
二、Verilog的语法结构2.1模块和端口在Verilog中，所有的电路描述都是由模块（module）组成的。
模块是电路的基本组成单元，可以看作是一个黑盒子，它接受一些输入，产生一些输出。
2.2信号声明在Verilog中，我们需要声明所有的输入和输出信号。
可以使用`input`和`output`关键字来声明这些信号。
2.3电路实现Verilog允许使用多种语句和结构来描述电路的行为和结构。
这些语句包括顺序语句、条件语句、循环语句以及层次结构。
2.4实例化模块在一个模块中，我们可以实例化其他的模块。
这样可以将一个大的电路拆分成多个小的模块，方便编写和测试。
三、Verilog的仿真和验证3.1静态验证Verilog语言本身提供了很多语法和语义层面的验证功能，对于语法和类型错误会有相应的提示。
3.2激励设计在进行电路验证时，我们需要为输入信号提供激励。
Verilog提供了一种称为`testbench`的特殊模块，用于生成输入信号并将其应用到待验证的电路中。
3.3波形仿真在Verilog中，我们可以使用仿真器来模拟电路的行为，并生成波形图来验证电路是否按预期工作。
Verilog的用途
Verilog的用途1. 数字系统设计：Verilog最常见的用途之一是设计数字电路和系统。
它提供了一种描述硬件功能和结构的方式，使工程师能够将问题抽象成代码，并在硬件中实现。
因此，Verilog在各种应用中都发挥作用，包括处理器、存储器、通信系统、图像处理、音频处理等。
2. 硬件建模：Verilog可以用于建模和验证硬件系统的功能。
它允许工程师在早期设计阶段使用软件来仿真硬件行为，以验证设计的正确性。
通过建立准确的模型，工程师能够更好地理解和评估硬件系统。
3. 硬件验证：Verilog提供了一种验证硬件系统的方法。
验证是确保硬件系统工作正常的过程，通过提供大量的测试用例来检查系统的正确性。
工程师可以使用Verilog编写测试用例，并使用仿真器来验证硬件的行为。
4. 电路综合：Verilog还可以用于电路综合，将高级级代码转换为逻辑门级网表。
这是将设计从概念级到实施级的重要步骤。
通过电路综合，工程师可以根据特定的目标（如时延、功耗等）生成一个优化的电路设计。
5. FPGA和ASIC设计：Verilog是在FPGA（可编程逻辑器件）和ASIC（应用特定集成电路）上实现硬件设计的主要语言之一、由于FPGA和ASIC的实现目标不同，Verilog提供了灵活的设计风格和优化技术，以满足不同的需求。
6. 混合信号系统设计：除了数字设计外，Verilog还可以与模拟和混合信号系统集成。
这使得工程师能够在一个环境中同时处理数字和模拟信号，从而提高系统的整体性能和可靠性。
7. 硬件仿真：Verilog除了用于描述硬件行为外，还可以用于进行硬件仿真。
工程师可以在仿真器中加载Verilog代码，并模拟硬件的行为。
这样，他们可以在实际硬件实现之前评估系统的性能、功能和正确性。
8. 硬件调试：Verilog在硬件调试中也是非常有用的。
由于硬件设计的复杂性，出现错误时找到问题可能会很困难。
Verilog提供了调试功能，如信号波形查看、断点设置、单步执行等，可以帮助工程师定位和修复问题。
第11章 Verilog仿真验证
11.07.2020
.
13
11.2 使用ModelSim进行仿真
5. 执行仿真
11.07.2020
.
14
11.3 系统任务、系统函数和预编译语句
1. 函数$display
11.07.2020
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15
11.3 系统任务、系统函数和预编译语句
1. 函数$display
11.07.2020
3. 编译仿真文件
11.07.2020
.
9
11.2 使用ModelSim进行仿真
3. 编译仿真文件
11.07.2020
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10
11.2 使用ModelSim进行仿真
4. 装载仿真模块和仿真库
11.07.2020
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11
5. 执 行 仿 真
11.07.2020
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12
11.2 使用ModelSim进行仿真
11.4.1 基本元件及其用法 5. tranif0、rtranif0、tranif1和rtranif1
11.07.2020
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30
11.4 基本元件与用户自定义元件（UDP）
11.4.1 基本元件及其用法
11.07.2020
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31
11.4 基本元件与用户自定义元件（UDP）
11.4.1 基本元件及其用法
11.6.2 fork-join块语句
11.07.2020
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46
11.6 Verilog其他仿真语句
11.6.2 fork-join块语句
11.07.2020
.
47
11.6 Verilog其他仿真语句
11.6.2 fork-join块语句
第11章 Verilog仿真验证
36
36
11.4 基本元件与用户自定义元件（UDP）
11.4.2 用户自定义元件（UDP）
37
37
11.4 基本元件与用户自定义元件（UDP）
11.4.2 用户自定义元件（UDP）
38
38
11.4.2 用户自定义元件 （UDP）
39
39
11.4 基本元件与用户自定义元件（UDP）
11.6.1 initial语句
45
45
11.6 Verilog其他仿真语句
11.6.2 fork-join块语句
46
46
11.6 Verilog其他仿真语句
11.6.2 fork-join块语句
47
47
11.6 Verilog其他仿真语句
11.6.2 fork-join块语句
48
48
11.6.2 fork-join块语句
59
11.9 Verilog数字系统仿真
60
60
习题
11-1 简述Verilog仿真流程。 11-2 试举例说明$display、$monitor、$strobe之间的差别。$time与 $stime有什么差别？ 11-3 试用UDP构建3选1多路选择器。 11-4 如何生成时钟激励信号？什么是TestBench？ 11-5 如何使用Verilog语句生成异步复位激励信号和同步复位激励信号？ 11-6 试使用基本元件构成一位全加器。 11-7 试说明fork-begin与begin-end的区别。 11-8 编写一个Verilog仿真用程序，产生一个reset复位激励信号，要求 reset信号在仿真开始保持低电平，过10个时间单位后变高电平，再过100 个时间单位，恢复成低电平。 11-9 编写一个用于仿真的时钟发生Verilog程序，要求输出时钟激励信 号clk，周期为50ns。 11-10 试探索用多种方式在仿真时实现如同习题11-8所描述的时钟激励信 号。
第11章-Verilog仿真与验证
6. $random
$random是产生随机数的系统函数，每次调用该函数将返 回一个32位的随机数，该随机数是一个带符号的整数。
7. 文件输出
与C语言类似，Verilog也提供了很多文件输出类的系统任 务，可将结果输出到文件中。这类任务有：$fdisplay、 $fwrite、$fmonitor、$fstrobe、$fopen和$fclose等。 $fopen用于打开某个文件并准备写操作，$fclose用于关 闭文件，而$fdisplay、$fwrite、$fmonitor等系统任务则 用于把文本写入文件。
$display ($time,,,”a=%h b=%h c=%h”,a,b,c);
1. $display与$write
格式控制符
格式控制符
说明
%h或%H 以16进制形式显示 %d或%D 以10进制形式显示 %o或%O 以8进制形式显示 %b或%B 以2进制形式显示 %c或%C 以ASCII字符形式显示 %v或%V 显示net型数据的驱动强度 %m或%M 显示层次名 %s或%S 以字符串形式输出 %t或%T 以当前的时间格式显示
Verification consumes about:
70% of the design effort 80% of the total code volume Verification engineers twice as RTL designers
The methodologies to reduce the verification time
0 1 1 : 1;
1 0 0 : 0;
1 0 1 : 1;
1 1 0 : 1;
systemverilog验证方法
systemverilog验证方法SystemVerilog验证方法引言在现代芯片设计中，验证是一个非常重要的环节。
SystemVerilog 是一种常用的硬件描述语言，有许多验证方法可以帮助设计人员有效验证设计的正确性。
本文将详细介绍一些常用的SystemVerilog验证方法。
1.仿真验证方法•使用仿真工具进行功能验证–利用Simulator工具来模拟设计行为以进行功能验证。
验证工程师可以编写testbench来生成输入数据，驱动设计的输出，并进行断言验证。
–通过创建各种激励来测试设计中的不同情况，包括边界情况、异常情况和极端情况等。
•波形分析验证–利用仿真工具生成波形，并分析波形来验证设计的正确性。
可以检查信号的时序关系、逻辑等，并比较期望结果和实际结果。
波形分析验证可以在不同抽象级别进行，包括电平验证、逻辑状态验证和功能验证等。
2.形式验证方法形式验证是一种使用形式工具来验证设计是否满足规范的方法。
形式工具基于设计的数学模型进行验证，可以全面而快速地验证设计的正确性。
•模型检查方法–使用形式工具对设计进行形式化建模，并使用模型检查器来验证设计是否满足特定的属性。
设计人员需要编写属性规范来描述设计的期望行为，并利用模型检查器来自动验证属性是否满足。
•定理证明方法–使用形式工具来进行数学定理的证明来验证设计的正确性。
设计人员需要将设计抽象为一个形式化的数学模型，并利用定理证明器来验证设计是否满足特定的性质。
3.边界扫描方法边界扫描方法是一种将设计周围的接口边界进行扫描以验证设计的方法。
•验证接口协议–针对设计中使用的接口协议，可以编写验证环境来验证接口协议是否正确地被设计所遵循。
验证环境可以利用随机算法生成各种接口交互情况，并验证设计的响应是否满足接口协议规定的规范。
•验证接口互连–针对设计中的各个接口之间的互连，可以编写验证环境来验证互连是否满足设计的要求。
验证环境可以生成接口交互的各种情况，并验证互连的正确性和稳定性。
第七讲 仿真验证
强制激励 字符串
#20 deassign top.dut.fsml.state_reg; end force 和 release 用于寄存器类型和网络连接类型（例如：门级扫 描寄存器的输出）的强制赋值，强制改写其它地方的赋值。 initial begin # 10 force top.dut.counter.scan_reg.q=0; # 20 release top.dut.counter.scan_reg.q; end 在以上两个例子中，在10到20 这个时间段内，网络或寄存器类 型的信号被强制赋值，而别处对该变量的赋值均无效。 force的赋值优先级高于assign。
2011-12-9
6
模块的测试 模块的
测试模块中常用的过程块： 测试模块中常用的过程块：
initial always
所有的过程块都 在0时刻同时启 动；它们是并行 的，在模块中不 分前后。 分前后。 initial块 initial块 只 执行一次。 执行一次。 always块 always块 只 要符合触发条件 可以循环执行。 可以循环执行。
module inline_tb; reg [7:0] data_bus; initial fork data_bus= 8’b00; ’ #10 data_bus = 8’h45; ’ #20 repeat (10) #10 data_bus = data_bus +1; #25 repeat (5) # 20 data_bus = data_bus <<1; #140 data_bua = 8’h0f; ’ join endmodule
注：在有些仿真器中，如果设计所用的时钟是由与其相同抽象级别的时钟 模型产生的，则仿真器的性能就能得到提高。
verilog仿真验证流程
verilog仿真验证流程Verilog simulation verification flow is a crucial step in the development process of digital designs. It ensures that the design functions as expected before moving on to the implementation stage. The process involves writing testbenches to stimulate the design and check its outputs against the expected results. This iterative process helps uncover bugs and issues early on, saving time and effort in the long run.Verilog仿真验证流程在数字设计开发过程中是一个至关重要的步骤。
它确保设计在进入实现阶段之前能如预期地工作。
该过程涉及编写测试平台来激励设计并检查其输出与预期结果是否一致。
这个迭代过程有助于及早发现错误和问题，从而节省时间和精力。
When it comes to Verilog simulation verification flow, there are several key components to consider. First, the design under test (DUT) should be thoroughly understood to create effective testbenches. Understanding the functionality and expected behavior of the DUT is crucial in writing stimuli that will exercise all aspects of the design. Next, the testbench itself needs to be carefully crafted toensure comprehensive coverage of the design. This includes creating test cases that cover both typical and edge-case scenarios to verify the robustness of the design.说到Verilog仿真验证流程，有几个关键组成部分需要考虑。
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11.3 系统任务、系统函数和预编译语句
6. 文件系统函数和系统任务
29.06.2020 24
11.3 系统任务、系统函数和预编译语句
6. 文件系统函数和系统任务
`define 宏定义
`include 文件包含
29.06.2020 25
11.4 基本元件与用户自定义元件（UDP）
11.4.1 基本元件及其用法
29.06.2020 26
11.4 基本元件与用户自定义元件（UDP）
11.4.1 基本元件及其用法 1. and、nand、or、nor、xor和xnor
2. buf与not
3. bufif1、bufif0、notif1和notif0
29.06.2020 27
11.4 基本元件与用户自定义元件（UDP）
2.方法二
29.06.2020 57
11.8 Verilog TestBench（测试基准）
29.06.2020 58
11.8 Verilog TestBench（测试基准）
29.06.2020 59
11.9 Verilog数字系统仿真
29.06.2020 60
习题
11-1 简述Verilog仿真流程。 11-2 试举例说明$display、$monitor、$strobe之间的差别。$time与 $stime有什么差别？ 11-3 试用UDP构建3选1多路选择器。 11-4 如何生成时钟激励信号？什么是TestBench？ 11-5 如何使用Verilog语句生成异步复位激励信号和同步复位激励信号？ 11-6 试使用基本元件构成一位全加器。 11-7 试说明fork-begin与begin-end的区别。 11-8 编写一个Verilog仿真用程序，产生一个reset复位激励信号，要求 reset信号在仿真开始保持低电平，过10个时间单位后变高电平，再过100 个时间单位，恢复成低电平。 11-9 编写一个用于仿真的时钟发生Verilog程序，要求输出时钟激励信号 clk，周期为50ns。 11-10 试探索用多种方式在仿真时实现如同习题11-8所描述的时钟激励信 号。
29.06.2020 61
实验
11-1 在ModelSim上进行4位计数器仿真 (1) 实验目的：熟悉 ModelSim的Verilog仿真流程全过程，学习简单时序 电路的仿真。 (2) 实验内容1：首先利用 ModelSim完成4位计数器（例11-1）的文本编辑 输入(cnt4.v)和编译、仿真等步骤（除了输入程序外，其他步骤可以按照 11.2节内容进行），给出图11-14所示的仿真波形，仿真验证此设计的功能。 (3) 实验内容2：在 ModelSim上对cnt4.进行重新仿真，要求修改仿真激励， 把d的load值修改为4’d10，观察仿真波形结果。 (4) 实验报告：根据以上的实验内容写出实验报告，包括程序编写、软件编 译、仿真分析和详细实验过程；给出软件应用分析报告、仿真波形图及其 分析报告。 (5) 实验习题：如何修改 ModelSim的设置，使得执行run，不只是100ns， 更改为200ns？请查看 ModelSim帮助以获取方法。
11.4 基本元件与用户自定义元件（UDP）
11.4.2 用户自定义元件（UDP）
29.06.2020 36
11.4 基本元件与用户自定义元件（UDP）
11.4.2 用户自定义元件（UDP）
29.06.2020 37
11.4 基本元件与用户自定义元件（UDP）
11.4.2 用户自定义元件（UDP）
29.06.2020 49
11.6 Verilog其他仿真语句
11.6.2 fork-join块语句
29.06.2020 50
11.6 Verilog其他仿真语句
11.6.3 wait语句
29.06.2020 51
11.6 Verilog其他仿真语句
11.6.4 force、release语句
11.2 使用ModelSim进行仿真
2. 建立仿真工程项目
29.06.2020 6
11.2 使用ModelSim进行仿真
2. 建立仿真工程项目
29.06.2020 7
11.2 使用ModelSim进行仿真
3. 编译仿真文件
29.06.2020 8
11.2 使用ModelSim进行仿真
3. 编译仿真文件
29.06.2020 63
实验
(3) 实验内容2：为acc16设计一个TestBench，要求TestBench的仿真时 间为2000ns；在100ns前完成复位，clk时钟激励为周期10ns，增加对 acc16模块的a端口的仿真激励，把a端口值在仿真前1000ns为1，后 1000ns为5。在ModelSim上验证 TechBench，观察仿真波形结果。 (4) 实验内容3：修改ModelSim的wave波形观察窗中c的显示格式，修改 成“模拟（Analog）”波形显示。实验报告要求同实验11-1。 (5) 实验习题：如何在acc16上添加模块，构成一个输出周期可控的波形发 生器（例如正弦波发生器），如何在ModelSim上验证该设计。
29.06.2020 9来自11.2 使用ModelSim进行仿真
3. 编译仿真文件
29.06.2020 10
11.2 使用ModelSim进行仿真
4. 装载仿真模块和仿真库
29.06.2020 11
5. 执 行 仿 真
29.06.2020 12
11.2 使用ModelSim进行仿真
5. 执行仿真
29.06.2020 38
11.4.2 用户自定义元件 （UDP）
29.06.2020 39
11.4 基本元件与用户自定义元件（UDP）
11.4.2 用户自定义元件（UDP）
29.06.2020 40
11.5 延时模型
11.5.1 # 延时
29.06.2020 41
11.5 延时模型
11.5.2 门延时
29.06.2020 13
11.2 使用ModelSim进行仿真
5. 执行仿真
29.06.2020 14
11.3 系统任务、系统函数和预编译语句
1. 函数$display
29.06.2020 15
11.3 系统任务、系统函数和预编译语句
1. 函数$display
29.06.2020 16
11.3 系统任务、系统函数和预编译语句
29.06.2020 32
11.4.2 用户自定义元件（UDP）
29.06.2020 33
11.4 基本元件与用户自定义元件（UDP）
11.4.2 用户自定义元件（UDP）
29.06.2020 34
11.4 基本元件与用户自定义元件（UDP）
11.4.2 用户自定义元件（UDP）
29.06.2020 35
11.4.1 基本元件及其用法
29.06.2020 28
11.4 基本元件与用户自定义元件（UDP）
11.4.1 基本元件及其用法 1. pullup和pulldown
2. pmos、nmos、rnmos和rpmos 3. cmos和rcmos
4. tran和rtran
29.06.2020 29
11.4 基本元件与用户自定义元件（UDP）
29.06.2020 52
11.7 仿真激励信号的产生
29.06.2020 53
11.7 仿真激励信号的产生
1. 方法一
29.06.2020 54
11.7 仿真激励信号的产生
1. 方法一
29.06.2020 55
11.7 仿真激励信号的产生
1. 方法一
29.06.2020 56
11.7 仿真激励信号的产生
29.06.2020 64
29.06.2020 62
实验
11-2 在ModelSim上进行16位累加器设计仿真
(1) 实验目的：熟悉ModelSim的Verilog仿真流程全过程，学习仿真激励产生的方 法。学习简单的TestBench的编写。 (2) 实验内容1：首先利用ModelSim完成16位累加器（例11-28）的文本编辑输入 和编译、仿真等步骤（除了输入程序外，其他步骤可以按照11.2节内容进行），按 照书上11.7节的方法，设计16位累加器的复位和时钟激励的Verilog程序，并且在 ModelSim上进行验证。
第11章 Verilog仿真验证
11.1 Verilog仿真方法与仿真流程
29.06.2020 2
11.1 Verilog仿真方法与仿真流程
29.06.2020 3
11.2 使用ModelSim进行仿真
29.06.2020 4
11.2 使用ModelSim进行仿真
1. 启动ModelSim
29.06.2020 5
2. 函数$write
29.06.2020 17
11.3 系统任务、系统函数和预编译语句
2. 函数$write
29.06.2020 18
11.3 系统任务、系统函数和预编译语句
3. 函数$strobe和$monitor
29.06.2020 19
11.3 系统任务、系统函数和预编译语句
4. 任务$finish和$stop
29.06.2020 20
11.3 系统任务、系统函数和预编译语句
5. 函数$time
29.06.2020 21
11.3 系统任务、系统函数和预编译语句
6. 文件系统函数和系统任务
29.06.2020 22
11.3 系统任务、系统函数和预编译语句
6. 文件系统函数和系统任务
29.06.2020 23
29.06.2020 42