FPGA学习笔记：前仿真与testbench详解

"这篇教程是关于零基础学习FPGA的系列文章之一，主要聚焦于前仿真测试（Testbench）的全过程，特别是下篇内容。在本文中，作者通过实例讲解了如何验证CPU代码的正确性，以及如何利用波形仿真和系统任务仿真来检查和理解设计的功能。" 在FPGA设计中，前仿真是一种重要的验证手段，它允许开发者在实际硬件实现之前检查和调试设计逻辑。Testbench是进行前仿真的关键部分，它模拟了设计的外部环境，包括输入信号和预期的输出响应。在本教程的下篇中，作者特别强调了Testbench的重要性，并通过一个具体的CPU仿真案例来演示其工作原理。 首先，作者展示了CPU如何从ROM中读取指令。当CPU上电后，它会从ROM的0地址开始读取两个周期的数据。在这个例子中，读取的指令是JMP，根据其地址码，CPU应该跳转到003c地址继续执行。通过波形仿真，我们可以清晰地看到CPU确实按照预期从ROM的003c地址读取了数据，数据同样是JMP指令，然后指向下一个地址0006。 接着，CPU从ROM的0006地址读取指令，这次是LDA指令，意味着CPU将从RAM中加载数据到累加器。由于ROM中的地址码1800超过RAM的9位地址范围，实际读取的是RAM的0地址数据，即预先写入的0000_0000。波形仿真再次验证了这一过程，数据总线上显示的数据和预期相符，同时RAM处于打开状态。 然而，波形仿真虽然直观，但面对大量数据时可能会变得复杂难解。为了解决这个问题，作者引入了系统任务仿真的概念。在这种方法中，我们可以编写特定的代码段来记录在特定条件下的时间、指令、地址、目的地址和数据，从而避免繁琐的波形分析。例如，当CPU执行LDA指令且地址为奇数时，系统会自动记录相关信息，这样就可以更高效地分析和理解设计的行为。 通过这个实例，读者不仅可以学习到如何创建和使用Testbench进行前仿真，还可以了解到如何利用系统任务仿真来辅助设计验证，提高调试效率。这对于零基础学习FPGA的人来说是一次宝贵的学习经验，帮助他们逐步掌握数字系统设计的基础和技巧。