對(duì)一些數(shù)據(jù)處理的模塊進(jìn)行調(diào)試仿真，模塊需要特定的數(shù)據(jù)輸入，比如單一頻率的正弦波；為了解決這個(gè)問題，我們可以用matlab，python等工具生成文本數(shù)據(jù)，然后使用Verilog將數(shù)據(jù)讀取進(jìn)來；Testbench可以使用2種方法進(jìn)行文本數(shù)據(jù)操作

1. readmemb, readmemh, writememb, writememh操作
2. fscanf, fwrite等操作

readmemb, readmemh, writememb, writememh操作

從字面意思理解，readmem是讀取數(shù)據(jù)到memory，后綴的b, h代表了數(shù)據(jù)的進(jìn)制；同理，writemem是將memory的數(shù)據(jù)寫入到文件中；

所以，在使用這一類系統(tǒng)自帶函數(shù)時(shí)，首先要有一個(gè)memory類型的變量。定義方法如下：

reg [M-1:0] mem [N:1];

mem”變量“（應(yīng)該叫寄存器組）有N個(gè)”一維“變量，每個(gè)”一維“變量的bit寬度為M；你可以將mem理解為C語言中的二維數(shù)組，里面包含了N個(gè)一維數(shù)組，每個(gè)一維數(shù)組有M個(gè)元素，元素為bit。

事實(shí)上，我們稱M為mem的數(shù)據(jù)寬度，N為mem的數(shù)據(jù)深度。

以readmemb為例，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取操作

initialbegin $readmemb("data.txt", mem);end

readmemb的第一個(gè)參數(shù)為文件名，第二個(gè)參數(shù)為memory變量名；至此，data.txt內(nèi)部的N行數(shù)據(jù)存入了mem里。readmemh操作類似，不同的是data.txt的數(shù)據(jù)要求為16進(jìn)制。

那么可能有人會(huì)有疑問了，假如有以下問題，mem存入的數(shù)據(jù)會(huì)是啥樣：

• data.txt每行的數(shù)據(jù)位寬小于M或者大于M

圖1 數(shù)據(jù)位寬小于M波形

圖2 數(shù)據(jù)位寬小于M存儲(chǔ)

圖3 數(shù)據(jù)位寬大于M

圖4 數(shù)據(jù)位寬大于M，VCS警告

經(jīng)過試驗(yàn)，M大于數(shù)據(jù)位寬，數(shù)據(jù)可以正常讀取，高位補(bǔ)0；小于數(shù)據(jù)位寬，數(shù)據(jù)無法正常讀取。

• data.txt的數(shù)據(jù)不是二進(jìn)制，或者不是純數(shù)字

與M小于數(shù)據(jù)位寬的情況一致，無法正常讀取數(shù)據(jù)。

• 如果data.txt的行數(shù)小于N或大于N

圖5 行數(shù)小于N

圖6 行數(shù)大于N

經(jīng)過試驗(yàn)，行數(shù)大于N，仿真器會(huì)出警告，但數(shù)據(jù)可以正常讀取。小于N時(shí)，多余的部分memory的值為不定狀態(tài)。

數(shù)據(jù)存入mem但還沒有進(jìn)入到模塊的輸入，接下來的操作可以參考下列代碼：

reg [M-1:0] data_in;integer index = 1;
initialbegin forever begin @(posegde clk); data_in = mem[index]; index = (index >= N) ? 1 : index + 1; endend

代碼里面，等待clk的上升沿，然后將mem的index元素賦值給data_in，然后index完成加1操作；整個(gè)過程不斷循環(huán)；這里設(shè)置了index計(jì)數(shù)到N返回1的計(jì)數(shù)保護(hù)，防止出現(xiàn)無效數(shù)據(jù)。

再將data_in與被測(cè)模塊的數(shù)據(jù)輸入端口相連，數(shù)據(jù)就送入進(jìn)去了。

圖7 送入的數(shù)據(jù)波形

writememb的操作與readmemb反過來，將mem的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為文本操作如下：

initial
begin
    $writememb("new_data_b.txt", mem);
    $writememh("new_data_h.txt", mem);
end

存儲(chǔ)之后的

圖8 writememh

圖9 writememb

fscanf, fwrite等操作

Verilog本身的語法與C類似，其自身也有文本操作的函數(shù)，也與C類似。使用Verilog對(duì)文本操作，首先需要進(jìn)行如下操作：

integer fid;initialbegin fid = $fopen("data.txt", "r"); //fid = $fopen("data.txt", "w"); //write if (!fid) $display("file open error");end

如同C語言中的fopen一樣，第一個(gè)參數(shù)為文件名，第二個(gè)參數(shù)為操作模式，包括讀（r, rb），寫(w, wb)等操作；根據(jù)返回值判斷文件操作是否有錯(cuò)誤。

然后，根據(jù)文本文件的數(shù)據(jù)格式，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取操作。

reg [M-1:0] data_in;
always @ (posedge clk) $fscanf(fid, "%d %d %d", data_in, mem[0], mem[1]);

fscanf用法與C語言類似，文件句柄為第一個(gè)參數(shù)，第二個(gè)參數(shù)為格式參數(shù)，第三個(gè)為數(shù)據(jù)保存變量，但不需要加&了。讀取文件的時(shí)候第二個(gè)參數(shù)與第三個(gè)參數(shù)需要對(duì)應(yīng)，否則數(shù)據(jù)讀取可能會(huì)出錯(cuò)。（親身經(jīng)歷）

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)操作如下，在前面fopen使用w模式下：

always @ (posegde clk) $fwrite(fid, "%d, %d, %d\\n", $signed(data_in), $signed(data_in)+1, $signed(data_in)+2);

數(shù)據(jù)可以按照第二個(gè)參數(shù)的格式存儲(chǔ)進(jìn)文本文件。還有一系列如fdisplay, 相對(duì)于fwrite, 它的文件寫入數(shù)據(jù)之后會(huì)自動(dòng)到下一行，所以第二個(gè)參數(shù)不需要加入“\\n”；ftell等函數(shù)。

注意，想要存儲(chǔ)十進(jìn)制的負(fù)數(shù)，除了第二個(gè)參數(shù)用%d，第三個(gè)參數(shù)的寄存器變量還要使用$signed轉(zhuǎn)換為有符號(hào)數(shù)形式

圖10 正常情況文本操作讀取后存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)

圖11 寄存器位寬小于數(shù)據(jù)位寬時(shí)，文本操作讀取后存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)

注意，當(dāng)存儲(chǔ)的寄存器位寬小于數(shù)據(jù)位寬時(shí)，數(shù)據(jù)會(huì)被自動(dòng)截去高位保留低位。

之前使用文件操作存儲(chǔ)被測(cè)模塊的輸出時(shí)，每次文件的數(shù)據(jù)量（行數(shù)）都與理想中的數(shù)目對(duì)不上，找各種原因，最后才發(fā)現(xiàn)自己犯了一個(gè)低級(jí)錯(cuò)誤，沒有使用fclose關(guān)閉文件句柄。

initial begin #1000; $fclose(fid); $finish;end

停止仿真前，一定要用fclose關(guān)閉文件句柄，否則數(shù)據(jù)存取會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)知的問題。

歡迎使用本文使用的Testbench做實(shí)驗(yàn)，注意，在windows下使用modelsim做實(shí)驗(yàn)時(shí)，文件名必須是絕對(duì)路徑；tb中，使用"READMEM_ON"宏定義決定運(yùn)行readmem或文件操作，可以嘗試修改宏定義的值改變文件操作的函數(shù)類型；本文使用資源在公眾號(hào)回復(fù)116獲取；

兩種方法差異對(duì)比

1. readmem，writemem方法只能存取二進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式固定，對(duì)多維其他格式數(shù)據(jù)讀取不支持，沒有文件操作靈活；文本操作方便其他的工具，如matlab，python處理數(shù)據(jù)
2. readmem是可綜合語句，所以可以用于對(duì)模塊內(nèi)的memory變量進(jìn)行賦值，但其他語句是不可綜合語句，只能用于仿真測(cè)試中
3. 文件操作雖然支持各種格式的文本存取，但是操作上沒有readmem, writemem簡(jiǎn)單；假如數(shù)據(jù)需要循環(huán)使用，readmem讀取進(jìn)memory之后，通過復(fù)位index就可以循環(huán)使用數(shù)據(jù)，而文本操作就麻煩一些。