之前在使用Verilog做FPGA项目中、以及其他一些不同的场合下，零散的写过一些练手性质的testbench文件，开始几次写的时候，每次都会因为一些基本的东西没记住、写的很不熟练，后面写的时候稍微熟练了一点、但是整体编写下来比较零碎不成体系，所以在这里简要记录一下一般情况下、针对小型的verilog模块进行测试时所需要使用到的testbench文件的编写要点。
本文主要参考了在网上找到的Lattice公司的“A Verilog HDL Test Bench Primer”手册中的有关内容。谢谢！
模块实例化、reg&wire声明、initial和always块的使用
需要测试的模块（Verilog-module）被称为DUT（Design Under Test），在testbench中需要对一个或者多个DUT进行实例化。
Testbench中的顶层module不需要定义输入和输出。
Testbench中连接到DUT instance的输入的为reg类型、连接到DUT instance的输出的为wire类型。
对于DUT的inout类型变量，在testbench中需要分别使用reg、wire类型的变量进行调用。
例如，对于下面这样一个待测试module：
module bidir_infer (DATA, READ_WRITE);input READ_WRITE ;inout [1:0] DATA ;reg [1:0] LATCH_OUT ;always @ (READ_WRITE or DATA) begin if (READ_WRITE == 1) LATCH_OUT <= DATA;endassign DATA = (READ_WRITE == 1) ? 2'bZ : LATCH_OUT;endmodule
为其设计的testbench文件可以是：
module test_bidir_ver;reg read_writet;reg [1:0] data_in;wire [1:0] datat, data_out;bidir_infer uut (datat, read_writet);assign datat = (read_writet == 1) ? data_in : 2'bZ;assign data_out = (read_writet == 0) ? datat : 2'bZ;initial beginread_writet = 1;data_in = 11;#50 read_writet = 0;endendmodule
和普通的Verilog模块中一样、使用assign对wire类型的变量进行赋值。
需要留意的一点是：对于没有在代码中赋初始值的变量，wire类型变量被初始化为Z、reg类型变量被初始化为X。
always和initial是两种对reg变量进行操作的串行控制块。每个initial和always块都会在仿真开始时同时开始运行。
常见的，可以利用它们生成模块所需的时钟和复位信号，如下：
‘timescale 1 ns / 100 psreg clk_50, rst_l;initialbegin$display($time, " << Starting the Simulation >>");clk_50 = 1’b0; // at time 0rst_l = 0; // reset is active#20 rst_l = 1’b1; // at time 20 release resetendalways#10 clk_50 = ~clk_50; // every ten nanoseconds invert
首行定义了时间单位/时间精度。时间单位为1ns，这样生成的clk_50时钟周期就是20ns、也就是频率为50MHz。
复位信号rst_l在初始为0复位态、在20ns之后为1解除复位。
仿真中的停止、变量监视和输出
有两种仿真控制函数：$finish和$stop。其中，$finish任务用于终止仿真并跳出仿真器；$stop任务则用于中止仿真。在Modelsim中，$stop任务则是返回到交互模式。
如果需要监视仿真中某个变量的变化情况，可以使用$monitor函数：
$monitor($time, " clk_50=%b, rst_l=%b, enable_l=%b, load_l=%b, count_in=%h, cnt_out=%h, oe_l=%b, count_tri=%h", clk_50, rst_l, enable_l, load_l, count_in, cnt_out, oe_l, count_tri);
每当变量列表中的任一变量发生变化，就会产生输出。
如果需要在仿真控制台屏幕打印输出，可以使用$display函数：
$display($time, "<< count = %d - Turning OFF count enable >>",cnt_out);
任务Task的用法
可以将一组重复性的或者相关的命令组合到一起构成一个任务。
任务通常可以在initial或者always块中被调用。
一个任务可以拥有输入、输出、以及inouts，也可以包含计时或延时元素。
以一个在FPGA上实现的简单SPI接口为例。外部设备为主、FPGA为从，命令一共32bit，构成为“1位读写命令字（1读0写）+14位地址+1位NO CARE+16位数据”，片选信号拉低之后通信开始，时序如下图：
数据流由外设到FPGA时（FPGA为接收），外设在SCLK的下降沿更新MOSI；FPGA在SCLK的上升沿将MOSI上的值抓取到移位寄存器。
当FPGA为发送方时，FPGA在SCLK的下降沿更新MISO线上的输出，外设在SCLK的上升沿将MISO上的值抓取过来。
外设可以通过该SPI接口访问FPGA内部生成的寄存器。
当对FPGA上的spi模块进行读测试时，外设发给FPGA的读指令为：
{1'b1,address,1'b0,data(读取到的16bit数据)}
为此编写的任务spi_read可以是：
task spi_read; input[13:0] address;output[15:0] data;reg [31:0] output_register;reg [15:0]input_register;integer i; begin $display("time:%t----------------task spi_read",$time ); #100; spi_clk = 1'b0; spi_csn = 1'b1; spi_mosi =1'b0; output_register = { 1'b1,address,1'b0,16'd0}; $display("time:%t,testbench read output_register: %h,",$time,output_register ); $display("time:%t,testbench read address: %h",$time,address ); spi_csn = 1'b1; for(i = 0 ; i < 16 ; i=i+1) begin spi_csn = 1'b0; spi_clk = 1'b0; spi_mosi = output_register[31-i]; #100; spi_clk = 1'b1; #100; end for(i = 0 ; i < 16 ; i=i+1) begin spi_csn = 1'b0; spi_clk = 1'b0; #100; spi_clk = 1'b1; input_register[15-i] = spi_miso; #100; end spi_csn = 1'b1; data = input_register; $display("time:%t,testbench spi_read read data: %h,",$time,input_register ); $display("time:%t----------------",$time ); #100; endendtask （其中仿真的时间单位为1ns，spi时钟频率为10MHz）
示例及汇总
根据前述内容，自我总结一般简单的testbench文件的结构形式可以是如下：
`timescale 1 ns / 1 nsmodule testbench_module_top;reg reg……wirewire……//reset and clock definitioninitial begin …endinitial begin …end//actual testing flowsinitial begin //variables initializationa = b = …task_1(var_1… var_N)…task_N(var_1… var_N)$stop;…end//dut module instancemodule_top U1(.var1(),.var2(),….varN())//necessary control logic for testbench module test flowalways@(...)//tasks definitiontask task_1;input …;output …;……//action flow……endtask……task task_N;……endtaskendmodule