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发表于 2012-2-8 20:07 |只看该作者 |倒序浏览

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1 引言

在对复杂数字系统进行仿真测试时，设计者常常面对测试向量数量庞大而难以实现的问题。以数字图像处理系统的仿真测试为例，如果采用完备性测试方法．那么所需测试向量的数量将非常巨大，甚至无法实现：而采用测试向量波形图或者用HDL语言描述等常用方法．不仅仿真测试工作的效率低下，而且工作量巨大。在数字图像处理系统中，一帧320x240的数字图像所产生的测试向量数量达到320x240x2=153 600个。无论采用完备性测试方法还是向量波形图或者．HDL语言描述的方法，由于测试向量的数量极其巨大，采用这些方法都难以进行仿真测试。

针对这个难题，笔者提出一种进行仿真测试的新方法．该方法应用TEXTI0和：MATLAB来辅助仿真测试过程．使测试向量数量巨大、难以处理的难题得到很好的解决。以电视视频系统中实时多目标捕获单元的仿真测试为例．对这种新方法进行全面的讨论。

2 基于TEXTIO的VlII)L仿真

2．1 TEXTIO的功能

TEXXTl0是VHDL标准库STD中的程序包(Package)，它提供了VHDL与磁盘文件直接访问的桥梁。TEXTIO定义了3种类型：LINE类型、TEXT类型及SIDE类型。TEXTI0在程序包中定义了一些访问文件的过程(Procedure)。

TEXTIO提供的基本过程有：

(1)procedure READLNE(文件变量，行变量)，用于从指定文件读取一行数据到行变量中；

(2)procedure WRITELNE(文件变量，行变量)，用于向指定文件写入行变量所包含的数据；

(3)procedure READ(行变量，数据类型)，用于从行变量中读取相应数据类型的数据．根据参数的数据类型及参数个数的不同．有多种重载方式，TEX-TIO提供了bit、bit、bit_vector、BOOLEAN、character、in-teger、real、string、time数据类型的重载；

(4)mcedure WRITE(行变量，数据变量，写入方式，位宽)，该过程将数据写入行变量。其中，写入方式表示写在行变量的左边还是右边，其值只能为left或right，位宽表示写入数据时占的位宽。例如write(Oufljne，OutData,left,2／表示将变量OutData写入LINE 变量OutLine的左边，占2个字节。

2．2 仿真测试方案

使用TEXTO和MNTLAB辅助TestBench进行复杂数字系统仿真的方案框图如图1所示。

2．3 仿真测试步骤

2．3．1 使用MATLAB生成测试激励文件

MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的缩写，是1984年MathWorks公司推出的软件。经过20多年的发展，MATLAB已成为通用科技计算、图视交互系统和程序语言,广泛应用于研究和解决各种具体工程问题。

在复杂数字系统仿真中，用户可以利用MAT-LAB的强大处理功能生成测试激励文件。测试激励文件的数据格式由设计者自行定义。测试激励文件应包含输入信号的测试激励数据．也可以包含输出信号的期望输出数据．这些内容常常以．ASCII码表示。

2．3．2 编写TestBench

TestBench是测试平台程序。TEXTI0的使用是通过TestBench来进行的,TestBench利用TEXTIO读取测试激励文件或写入仿真结果输出。进行复杂数字系统仿真时,用户根据测试的目的和要求设计TestBench。

2．3.3 在Modelsim中进行仿真

Modelsim是Model Technology(Mentor Graphics的子公司)的HDL(Hardware Description Language)仿真软件。可以实现VHDL、Verilog及VHDL一Ver-ilog混合设计的仿真。Modelsim为’TestBench提供一种良好的HDL仿真环境。

2．3．4 结果分析

仿真结束后，仿真结果是否符合要求，用户可以通过二种方法来判断。一种是应用软件自动判断。即通过TestBench或其他软件(如MATLAB)对仿真输出结果和期望输出结果进行对比，从而得到分析结果：另外一种是人工判断．即设计者自行对仿真输出结果和期望输出结果进行对比，从而得到分析结果。

3 仿真测试实例

3．1 电视图像实时目标捕获单元功能

电视图像实时目标捕获单元(以下简称待测单元)具有对电视图像中的目标图像进行实时捕获的功能。本例将用TEXllO和MATLAB辅助Test-Bench对待测单元进行仿真测试。

3．2 需要产生的测试信号及波形

待测单元输入信号的时序如图2所示。其中，clk、vsy、hsy和ccd分别代表像素时钟、数字化后的场同步、行同步和二值图像信号。

用户设计的测试激励信号即测试激励文件中输入信号的激励数据,应符合图2所示时序的要求。

3．3 测试信号的产生

在MATLAB的开发环境中．通过编程可以生成测试激励文件。

以下是生成测试激励程序的核心代码：

image=imread(‘pic．bmp’)；％读取图像文件

[YN，XN]=size(image)；％得到图像大小

FZ=20；％晶体振荡器频率(MHz)

％定义常数％对应于图2所示的时序

POSTIME=52．2；％行正程时间(μ8)

NEGTIME=11．8；％行逆程时间(μs)

HORTIME=64；％行正逆程总时间

VSYTIME=1615；％场信号时间(μB)

PPDOT=POSTIME*FZ／XN；％行正程时间*晶体振

荡器频率，图像X方向分辨率

……

fid=fopen(‘TestVectors．inp’，‘W’) ；％指定测试激励文件的文件名称

for j=1：1：YN；

yy_j；xx=0；

for i=l：1：HORTIME*FZ；

％产生行同步激励

if(i<(HFNTIME+HDLTIME)*FZ)(i>(HFNTIME+HDLTIME+HSYTIME)*FZ)

hsy=l；

else

hsy=0；

end；

％产生像素时钟激励

if clk==1

clk=0；

else

clk=l；

end；

％产生CCD激励

if i>NEGTIME*FZ

xx=round((i-NEGTIME*FZ)／PPDOT+0．45)：

ccd=round(image(yy，xx))；

else

ccd=0；

end；

％将激励写入测试激励文件

fprintf md．‘％d％d％d％d％d％d、Il’，clk，ccd，hsy，vsy)；

end；

end；

产生的测试激励文件名称为TestVectors．inp，激励内容以ASCII码表示，信号之间用空格隔开，且一行代表一次激励。下面是测试激励文件中的一段内容，激励包含clk，ccd，hsy，vsy 4个信号：

0 0 1 1—clk=0 eed=0 hsy=l vsy=l

1 0 1 1—clk=l ccd=0 hsy=l vsy=1

…

0 0 0 1——clk=O ccd=0 hsy=0 vsy=1

…

进行仿真时。TestBeneh应用TEXTIO通过逐行读取测试激励文件得到待测单元输入信号的激励。

3．4 编写TestBench

TestBench调用TEXTIO读取测试激励文件得到激励，然后将这些激励分别驱动到待测单元的输入端口。同时，TestBench读取待测单元的输出结果，调用TEXTIO将仿真输出结果写入文件名称为Re-sult．out的仿真结果输出文件。

以下是TestBeneh的核心代码：

testprocess：process

file vector_file：text open read_mode is“TestVectors．

inp”：一指定测试激励文件

file output_file：text open write_mode is“Reset．out”：

一指定仿真结果输出文件

variable invecs，outvecs：line；

variable good：boolean；

variable eh：eharacter；

……

while not endfile(veetor_file)loop

readline(veetor_file．invecs)；一读出测试激励文件一行内容．得到激励

read(invees，vclk，good)；一一读取一个值给信号vclk

read(invees，ch)；一一读取空格

……

read(invees，wBy，good)；一读取一个值给信号vvsy

read(invecs，ch)；一读取空格

……

clk<=vclk；一驱动待测单元的输入信号clk

ccd<=vced；一驱动待测单元的输入信号ccd

hsy<=vhsy；一驱动待测单元的输入信号hsy

vsy<=wsy；一驱动待测单元的输入信号vsy

……

caseiis

when 0=>out_string：=“frame_Yup0：”：一将目标0左上角Y坐标写入仿真结果

when 1=>out_string=“frame_Ydn0：”：一将目标0右下角Y坐标写入仿真结果

when 14=>out_strlng：=“frame_Xli3：”：一将目标3左上角X坐标写入仿真结果

when 15=>out_string：=“frame_Xrt3：”：一将目标3右下角X坐标写入仿真结果

when other8=>null；

end case；

write(outvees，string’(out_string))；

……

3．5 Modelsim中显示的测试波形及测试结果

在Modelsim提供的HDL仿真环境中，运行TestBeneh进行仿真测试，得到测试向量波形(如图3所示)、仿真波形(如图4所示)和仿真输出结果文件ResuIt．out。对仿真输出结果进行分析表明，仿真输出的目标位置与输入电视图像中的目标位置完全一致。

本例的结果分析是通过人工对比进行的。还可以将仿真预期输出结果保存在测试激励文件或其他文件中．TestBench调用TEXTIO读取仿真预期输出结果．并和仿真实际输出结果进行对比，然后自动判断结果是否正确。在某些场合下，例如对VHDL编写的处理器进行仿真调试时，用户可以将包括指令类型、源地址、目标地址在内的指令保存成文本文件。TestBench调用TEXTIO读取这些指令。同时．TestBeneh调用TEXTIO将结果及中间变量保存成文本文件，以便设计者事后分析和查找问题的原因。

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