Stimulus 생성

Coddy Verilog 여정의 기초 섹션에 포함된 레슨 — 90개 중 74번째.

Stimulus는 디자인이 올바르게 작동하는지 테스트하기 위해 적용하는 input 값을 의미합니다. inputs를 변경하고 output을 관찰함으로써 디자인이 예상대로 동작하는지 확인할 수 있습니다.

기계를 테스트하는 것에 비유해 보세요. 다양한 버튼(stimulus)을 누르고 어떤 결과가 나오는지(출력) 지켜보는 것입니다. 좋은 stimulus를 생성하는 것은 testbench 작성의 핵심적인 부분입니다.

예를 들어, 다음 testbench의 stimulus를 살펴보세요:

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

  initial begin
    // 자극 시작
    
    // 테스트 케이스 1: 두 입력이 모두 0
    a = 0; b = 0; #10;
    
    // 테스트 케이스 2: a=0, b=1
    a = 0; b = 1; #10;
    
    // 테스트 케이스 3: a=1, b=0
    a = 1; b = 0; #10;
    
    // 테스트 케이스 4: 두 입력이 모두 1
    a = 1; b = 1; #10;

    // 자극 종료
    
    $finish;
  end
endmodule

각 stimulus가 적용된 후, 다음 stimulus 전까지 10 시간 단위(#10) 동안 대기합니다. 이는 dut가 결과를 생성할 수 있는 시간을 제공합니다.

자극(Stimulus) 생성 방법

방법	적합한 용도	예시
순차적 대입 (Sequential assignments)	간단한 테스트	`a = 0; b = 0; #10;`
For 루프	모든 조합 테스트	`for (i = 0; i < 4; i++)`
Repeat 루프	패턴 반복	`repeat (10) #5 clk = ~clk;`
Forever 루프	연속 신호	`forever #5 clk = ~clk;`

방법 1: 순차적 할당 (Sequential Assignments)

자극(stimulus)을 생성하는 가장 간단한 방법입니다. 지연 시간(delay)과 함께 값을 하나씩 할당합니다.

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

방법 2: For 루프

모든 가능한 입력 조합을 테스트하고 싶을 때 유용합니다.

integer i;

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

이것은 다음을 테스트합니다: 00, 01, 10, 11.

방법 3: Repeat 루프

동일한 stimulus를 여러 번 반복할 때 유용합니다.

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

방법 4: Forever Loop

클럭과 같은 연속 신호에 유용합니다.

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

주요 규칙

규칙	설명
`stimulus` 할당 사이에 지연(delay)을 사용합니다	`#10`은 `dut`가 응답할 수 있는 시간을 제공합니다
`stimulus` 신호에는 `reg`를 사용합니다	시간에 따라 값이 변경되기 때문입니다
마지막에 `$finish`를 추가합니다	시뮬레이션을 종료하기 위함입니다

챌린지

OR 게이트 모듈이 주어집니다. 여러분이 할 일은 결과를 출력하기 위해 누락된 자극(stimulus) 및 $display 문을 추가하는 것입니다.

수행할 작업:

네 가지 입력 조합(00, 01, 10, 11)을 모두 테스트하기 위한 자극(stimulus)을 추가하세요:

각 줄마다 x와 y의 값을 설정합니다.
지연을 위해 #10을 추가합니다.
결과를 출력하기 위해 $display를 추가합니다.

<strong>$display</strong>는 다음과 같아야 합니다:

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

직접 해보기

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: 0 0에 대한 자극 및 디스플레이 추가
    
    // TODO: 0 1에 대한 자극 및 디스플레이 추가
    
    // TODO: 1 0에 대한 자극 및 디스플레이 추가
    
    // TODO: 1 1에 대한 자극 및 디스플레이 추가
    
    $finish;
  end
endmodule