在Testbench中如何读取和存储文本文件的数据呢？

对一些数据处理的模块进行调试仿真，模块需要特定的数据输入，比如单一频率的正弦波；为了解决这个问题，我们可以用matlab，python等工具生成文本数据，然后使用Verilog将数据读取进来；Testbench可以使用2种方法进行文本数据操作

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

readmemb, readmemh, writememb, writememh操作

从字面意思理解，readmem是读取数据到memory，后缀的b, h代表了数据的进制；同理，writemem是将memory的数据写入到文件中；

所以，在使用这一类系统自带函数时，首先要有一个memory类型的变量。定义方法如下：

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

mem”变量“（应该叫寄存器组）有N个”一维“变量，每个”一维“变量的bit宽度为M；你可以将mem理解为C语言中的二维数组，里面包含了N个一维数组，每个一维数组有M个元素，元素为bit。

事实上，我们称M为mem的数据宽度，N为mem的数据深度。

以readmemb为例，进行数据读取操作

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

readmemb的第一个参数为文件名，第二个参数为memory变量名；至此，data.txt内部的N行数据存入了mem里。readmemh操作类似，不同的是data.txt的数据要求为16进制。

那么可能有人会有疑问了，假如有以下问题，mem存入的数据会是啥样：

• data.txt每行的数据位宽小于M或者大于M

图1 数据位宽小于M波形

图2 数据位宽小于M存储

图3 数据位宽大于M

图4 数据位宽大于M，VCS警告

经过试验，M大于数据位宽，数据可以正常读取，高位补0；小于数据位宽，数据无法正常读取。

• data.txt的数据不是二进制，或者不是纯数字

与M小于数据位宽的情况一致，无法正常读取数据。

• 如果data.txt的行数小于N或大于N

图5 行数小于N

图6 行数大于N

经过试验，行数大于N，仿真器会出警告，但数据可以正常读取。小于N时，多余的部分memory的值为不定状态。

数据存入mem但还没有进入到模块的输入，接下来的操作可以参考下列代码：

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

代码里面，等待clk的上升沿，然后将mem的index元素赋值给data_in，然后index完成加1操作；整个过程不断循环；这里设置了index计数到N返回1的计数保护，防止出现无效数据。

再将data_in与被测模块的数据输入端口相连，数据就送入进去了。

图7 送入的数据波形

writememb的操作与readmemb反过来，将mem的数据存储为文本操作如下：

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

存储之后的

图8 writememh

图9 writememb

fscanf, fwrite等操作

Verilog本身的语法与C类似，其自身也有文本操作的函数，也与C类似。使用Verilog对文本操作，首先需要进行如下操作：

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

如同C语言中的fopen一样，第一个参数为文件名，第二个参数为操作模式，包括读（r, rb），写(w, wb)等操作；根据返回值判断文件操作是否有错误。

然后，根据文本文件的数据格式，进行数据读取操作。

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

fscanf用法与C语言类似，文件句柄为第一个参数，第二个参数为格式参数，第三个为数据保存变量，但不需要加&了。读取文件的时候第二个参数与第三个参数需要对应，否则数据读取可能会出错。（亲身经历）

数据存储操作如下，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);

数据可以按照第二个参数的格式存储进文本文件。还有一系列如fdisplay, 相对于fwrite, 它的文件写入数据之后会自动到下一行，所以第二个参数不需要加入“\\n”；ftell等函数。

注意，想要存储十进制的负数，除了第二个参数用%d，第三个参数的寄存器变量还要使用$signed转换为有符号数形式

图10 正常情况文本操作读取后存储的数据

图11 寄存器位宽小于数据位宽时，文本操作读取后存储的数据

注意，当存储的寄存器位宽小于数据位宽时，数据会被自动截去高位保留低位。

之前使用文件操作存储被测模块的输出时，每次文件的数据量（行数）都与理想中的数目对不上，找各种原因，最后才发现自己犯了一个低级错误，没有使用fclose关闭文件句柄。

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

停止仿真前，一定要用fclose关闭文件句柄，否则数据存取会出现不可预知的问题。

欢迎使用本文使用的Testbench做实验，注意，在windows下使用modelsim做实验时，文件名必须是绝对路径；tb中，使用"READMEM_ON"宏定义决定运行readmem或文件操作，可以尝试修改宏定义的值改变文件操作的函数类型；本文使用资源在公众号回复116获取；

两种方法差异对比

1. readmem，writemem方法只能存取二进制或十六进制数据，数据格式固定，对多维其他格式数据读取不支持，没有文件操作灵活；文本操作方便其他的工具，如matlab，python处理数据
2. readmem是可综合语句，所以可以用于对模块内的memory变量进行赋值，但其他语句是不可综合语句，只能用于仿真测试中
3. 文件操作虽然支持各种格式的文本存取，但是操作上没有readmem, writemem简单；假如数据需要循环使用，readmem读取进memory之后，通过复位index就可以循环使用数据，而文本操作就麻烦一些。