Управление VHDL-тестбенчами из внешних файлов стимулов с TEXTIO

Чтение стимулирующих данных из внешнего файла — мощный способ управления Device‑Under‑Test (DUT) в VHDL. Скриптуя последовательность значений сигналов и времен симуляции в простом текстовом файле, проектировщики могут быстро менять тестовые паттерны без модификации логики тестбенча. Эта статья, вторая в серии о файловом доступе в VHDL, демонстрирует, как читать файл стимулов с библиотекой TEXTIO и применять его значения к 4-входовому мультиплексору.

Обзор тестового случая

DUT — стандартный асинхронный 4-к-1 мультиплексор с 8-битными словами данных. Тестбенч не выполняет проверку выходов — он лишь управляет входами для визуального осмотра волновой формы. Объявление сущности приведено ниже для справки.

 entity mux_4 is port( din_0 : in unsigned(7 downto 0); din_1 : in unsigned(7 downto 0); din_2 : in unsigned(7 downto 0); din_3 : in unsigned(7 downto 0); sel : in unsigned(1 downto 0); dout : out unsigned(7 downto 0)); end entity; 

Сигналы, подключенные к DUT, объявлены в архитектуре тестбенча и инстанцированы с меткой DUT:

 signal din_0 : unsigned(7 downto 0); signal din_1 : unsigned(7 downto 0); signal din_2 : unsigned(7 downto 0); signal din_3 : unsigned(7 downto 0); signal sel : unsigned(1 downto 0); signal dout : unsigned(7 downto 0); DUT: entity work.mux_4(rtl) port map ( din_0 => din_0, din_1 => din_1, din_2 => din_2, din_3 => din_3, sel => sel, dout => dout ); 

Проектирование файла стимулов

Хотя возможно много форматов, пример ниже иллюстрирует понятную, читаемую структуру. Каждая строка представляет шаг симуляции и содержит:

• wait_time — задержка от предыдущего шага (например, 10 ns)
• sel — 2-битное значение селектора
• din_0 — din_3 — 8-битные значения данных в шестнадцатеричном формате
• Опциональный завершающий комментарий, начинающийся с #, для вывода в консоль

Комментарии, начинающие строку, игнорируются тестбенчем; комментарии после набора данных выводятся в консоль симулятора.

 # Column description: # wait_time | sel | din_0 | din_1 | din_2 | din_3 # Optional console printout 0 ns 0 AA BB CC DD # Setting initial values 10 ns 1 AA BB CC DD # Testing by changing the selector signal 10 ns 2 AA BB CC DD 10 ns 3 AA BB CC DD 10 ns 3 A1 B1 C1 D1 # Testing by changing all data inputs 10 ns 3 A2 B2 C2 D2 10 ns 3 A3 B3 C3 D3 10 ns 3 00 00 00 D2 # Changing all unselected inputs 10 ns 3 01 02 03 D2 10 ns 3 11 22 33 D2 1 ns 0 CC DD EE FF # Changing all inputs fast 1 ns 1 DD EE FF CC 1 ns 2 EE FF CC DD 1 ns 3 FF CC DD EE 10 ns 0 00 00 00 00 # Simulation stop 

Чтение файла с TEXTIO

Ниже приведен основной процесс, открывающий файл стимулов, разбирающий каждую строку, присваивающий значения входам DUT и обрабатывающий комментарии. Пример предполагает хорошо отформатированный файл — один пробел разделяет колонки, а символ # сопровождается одним пробелом.

 PROC_SEQUENCER : process file text_file : text open read_mode is "stimulus.txt"; variable text_line : line; variable ok : boolean; variable char : character; variable wait_time : time; variable selector : sel'subtype; variable data : dout'subtype; begin while not endfile(text_file) loop readline(text_file, text_line); -- Skip empty lines and single‑line comments if text_line.all'length = 0 or text_line.all(1) = '#' then next; end if; read(text_line, wait_time, ok); assert ok report "Read 'wait_time' failed for line: " & text_line.all severity failure; hread(text_line, selector, ok); assert ok report "Read 'sel' failed for line: " & text_line.all severity failure; sel <= selector; hread(text_line, data, ok); assert ok report "Read 'din_0' failed for line: " & text_line.all severity failure; din_0 <= data; hread(text_line, data, ok); assert ok report "Read 'din_1' failed for line: " & text_line.all severity failure; din_1 <= data; hread(text_line, data, ok); assert ok report "Read 'din_2' failed for line: " & text_line.all severity failure; din_2 <= data; hread(text_line, data, ok); assert ok report "Read 'din_3' failed for line: " & text_line.all severity failure; din_3 <= data; wait for wait_time; -- Print trailing comment to console, if any read(text_line, char, ok); -- Skip expected newline read(text_line, char, ok); if char = '#' then read(text_line, char, ok); -- Skip expected newline report text_line.all; end if; end loop; finish; end process; 

Вывод симуляции

При запуске в ModelSim консоль отображает завершающие комментарии вместе с накопленным временем симуляции. Следующий фрагмент показывает последовательность напечатанных заметок:

 # ** Note: Setting initial values # Time: 0 ns Iteration: 1 Instance: /file_stim_tb # ** Note: Testing by changing the selector signal # Time: 10 ns Iteration: 0 Instance: /file_stim_tb # ** Note: Testing by changing all data inputs # Time: 40 ns Iteration: 0 Instance: /file_stim_tb # ** Note: Changing all unselected inputs # Time: 70 ns Iteration: 0 Instance: /file_stim_tb # ** Note: Changing all inputs fast # Time: 91 ns Iteration: 0 Instance: /file_stim_tbf # ** Note: Simulation stop # Time: 104 ns Iteration: 0 Instance: /file_stim_tb # Break in Process PROC_SEQUENCER at file_stim_tb.vhd line 98 

Волновая форма, созданная тестбенчем, отражает тайминги и значения данных из файла, позволяя проектировщикам визуально верифицировать поведение DUT.

Ключевые выводы

• Внешние файлы стимулов дают проектировщикам детальный контроль над тестовыми последовательностями без изменения кода тестбенча.
• Использование TEXTIO сохраняет тестбенч лаконичным, но требует дисциплинированного форматирования файла.
• Всегда включайте механизм самопроверки — либо сравнением с поведенческой моделью, либо встраиванием ожидаемых выходов в файл стимулов.

Следуя приведенному выше примеру, вы можете использовать всю гибкость VHDL TEXTIO для управления сложными тестовыми сценариями, сохраняя чистую, поддерживаемую структуру тестбенча.