前言
在FPGA开发过程中几乎都要用到仿真的功能，对于一些简单的外部激励（如时钟、复位、简单数据或者信号等）直接在testbench中编写产生就行了，但对于复杂的外部激励数据，很难在testbench中产生，这时就要通过读取外部文件里的数据来实现。通过和matlab的配合使用，基本上可以模拟各种外部激励。
举例来说：输入信号是三个不同频率的正弦波的相加，经过FIR低通滤波器滤除高频分量，输出频率最低的那个正弦信号。这种情况下测试用的输入信号不能通过testbench编写产生。
简单来说有以下两种方法可以模拟输入信号：
- 在FPGA内部通过DDS产生三个正弦波，然后将三个波形相加作为输入信号。
- 利用matlab产生输入信号，将数据导出为.txt文件，在仿真时读取文件内的数据作为外部激励。
显然第二种方法更加灵活和便捷。下面，具体介绍一下这种方法的使用。
平台：
- Vivado 16.4
- Matlab R2017b
Matlab程序编写：
- 代码如下：
%=============设置系统参数==============%
f1=1e6; %设置波形频率
f2=500e3;
f3=800e3;
Fs=20e6; %设置采样频率
L=1024; %数据长度
N=14; %数据位宽
%=============产生输入信号==============%
t=0:1/Fs:(1/Fs)*(L-1);
y1=sin(2*pi*f1*t);
y2=sin(2*pi*f2*t);
y3=sin(2*pi*f3*t);
y4=y1+y2+y3;
y_n=round(y4*(2^(N-3)-1)); %N比特量化;如果有n个信号相加，则设置（N-n）
%=================画图==================%
a=10; %改变系数可以调整显示周期
stem(t,y_n);
axis([0 L/Fs/a -2^N 2^N]); %显示
%=============写入外部文件==============%
fid=fopen('E:WorkspaceVivado_16.4TESTTestBenchsin_data.txt','w'); %把数据写入sin_data.txt文件中，如果没有就创建该文件
for k=1:length(y_n)
B_s=dec2bin(y_n(k)+((y_n(k))<0)*2^N,N);
for j=1:N
if B_s(j)=='1'
tb=1;
else
tb=0;
end
fprintf(fid,'%d',tb);
end
fprintf(fid,'
');
end
fprintf(fid,';');
fclose(fid);
此程序中设置了三个频率分别为1M、500k和800k的正弦波，然后将三个波形相加并且量化后作为输出。最后将路径设置为相应文件所在路径即可，需要注意的是如果对应路径下没有相应文件，则会自动新建文件并写入数据。
-
运行程序：
-
打开对应的文件目录
可以看到二进制数据文件已经生成。
接下来就可以进行在testbench中读取外部数据的操作了。
Testbench的编写：
- 代码如下：
`timescale 1ns/1ps module TB_readfile(); reg SCLK; reg [13:0] data_out; //--------------时钟部分----------------// initial SCLK = 0; always #10 SCLK = ~SCLK; //-------------------------------------// parameter data_num = 32'd1024; integer i = 0; reg [13:0] data_men[1:data_num]; reg [13:0] data_reg = 0; initial begin $readmemb("E:/Workspace/Vivado_16.4/2017_8_28_TEST/TestBench/sin_data.txt",data_men); //注意斜杠的方向，不能反<<<<<<< end always @(posedge SCLK) begin data_out <= data_men[i]; i <= i + 8'd1; end //------------------------------------// endmodule
里只需要读取外部数据，所以Vivado工程里只需要添加仿真文件就行了。
- 运行仿真：
可以看到，仿真的波形和matlab中显示的波形一致，说明结果正确。