Creating Stimulus

Teil des Abschnitts Grundlagen der Verilog-Journey von Coddy. Lektion 74 von 90.

Stimulus bezeichnet die Eingangswerte, die du auf dein Design anwendest, um zu testen, ob es korrekt funktioniert. Indem du die Eingänge änderst und die Ausgänge beobachtest, kannst du überprüfen, ob sich dein Design wie erwartet verhält.

Stell es dir wie das Testen einer Maschine vor: Du drückst verschiedene Tasten (stimulus) und beobachtest, was passiert (outputs). Gutes stimulus zu erstellen, ist ein wesentlicher Bestandteil beim Schreiben eines testbench.

Betrachte zum Beispiel stimulus im folgenden testbench:

module testbench;
  reg a, b;
  wire c;
  
  and_gate dut (
    .a(a),
    .b(b),
    .c(c)
  );

  initial begin
    // STIMULUS BEGINNT HIER
    
    // Testfall 1: Beide Eingänge sind 0
    a = 0; b = 0; #10;
    
    // Testfall 2: a=0, b=1
    a = 0; b = 1; #10;
    
    // Testfall 3: a=1, b=0
    a = 1; b = 0; #10;
    
    // Testfall 4: Beide Eingänge sind 1
    a = 1; b = 1; #10;

    // STIMULUS ENDET HIER
    
    $finish;
  end
endmodule

Jeder stimulus wird angewendet, dann warten wir 10 Zeiteinheiten (#10), bevor der nächste stimulus angewendet wird. Dadurch hat das DUT Zeit, eine Ausgabe zu erzeugen.

Methoden zum Erzeugen von Stimuli

Methode	Am besten geeignet für	Beispiel
Sequenzielle Zuweisungen	Einfache Tests	`a = 0; b = 0; #10;`
For-Schleife	Testen aller Kombinationen	`for (i = 0; i < 4; i++)`
Repeat-Schleife	Wiederholen von Mustern	`repeat (10) #5 clk = ~clk;`
Forever-Schleife	Kontinuierliche Signale	`forever #5 clk = ~clk;`

Methode 1: Sequenzielle Zuweisungen

Die einfachste Möglichkeit, Stimulus zu erzeugen. Du weist Werte mit Verzögerungen einzeln zu.

initial begin
  a = 0; b = 0; #10;
  a = 0; b = 1; #10;
  a = 1; b = 0; #10;
  a = 1; b = 1; #10;
  $finish;
end

Methode 2: For-Schleife

Nützlich, wenn du alle möglichen Eingangskombinationen testen möchtest.

integer i;

initial begin
  for (i = 0; i < 4; i = i + 1) begin
    {a, b} = i;
    #10;
  end
  $finish;
end

Dies testet: 00, 01, 10, 11.

Methode 3: Repeat-Schleife

Nützlich, um denselben Stimulus viele Male zu wiederholen.

initial begin
  a = 0; b = 1;
  repeat (10) begin
    #10 a = ~a;
  end
  $finish;
end

Methode 4: Endlosschleife

Nützlich für kontinuierliche Signale wie Taktgeber.

initial begin
  clk = 0;
  forever #5 clk = ~clk;
end

Wichtige Regeln

Regel	Erklärung
Verwende Verzögerungen zwischen stimulus-Zuweisungen	`#10` gibt dem DUT Zeit zu reagieren
Verwende `reg` für stimulus-Signale	Weil sie sich im Laufe der Zeit ändern
Add `$finish` am Ende hinzu	Um die Simulation zu stoppen

Aufgabe

Dir wird ein OR-Gatter-Modul gegeben. Deine Aufgabe ist es, die fehlenden Stimuli und $display-Anweisungen hinzuzufügen, um die Ergebnisse auszugeben.

Was zu tun ist:

Füge Stimuli hinzu, um alle vier Eingangskombinationen (00, 01, 10, 11) zu testen:

Setze in jeder Zeile die Werte für x und y
Füge #10 für eine Verzögerung hinzu
Füge $display hinzu, um das Ergebnis auszugeben

Das <strong>$display</strong> sollte so aussehen:

$display("%d %d | %d", x, y, z);

Probier es selbst

module or_gate (
  input x,
  input y,
  output z
);
  assign z = x | y;
endmodule

module testbench;
  reg x, y;
  wire z;
  
  or_gate dut (
    .x(x),
    .y(y),
    .z(z)
  );

  initial begin
    $display("x y | z");
    $display("---------");
    
    // TODO: Stimulus und Anzeige für 0 0 hinzufügen
    
    // TODO: Stimulus und Anzeige für 0 1 hinzufügen
    
    // TODO: Stimulus und Anzeige für 1 0 hinzufügen
    
    // TODO: Stimulus und Anzeige für 1 1 hinzufügen
    
    $finish;
  end
endmodule