對一些數據處理的模塊進行調試仿真，模塊需要特定的數據輸入，比如單一頻率的正弦波；為了解決這個問題，我們可以用matlab，python等工具生成文本數據，然后使用Verilog將數據讀取進來；Testbench可以使用2種方法進行文本數據操作

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是讀取數據到memory，后綴的b, h代表了數據的進制；同理，writemem是將memory的數據寫入到文件中；

所以，在使用這一類系統自帶函數時，首先要有一個memory類型的變量。定義方法如下：

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

mem”變量“（應該叫寄存器組）有N個”一維“變量，每個”一維“變量的bit寬度為M；你可以將mem理解為C語言中的二維數組，里面包含了N個一維數組，每個一維數組有M個元素，元素為bit。

事實上，我們稱M為mem的數據寬度，N為mem的數據深度。

以readmemb為例，進行數據讀取操作

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

readmemb的第一個參數為文件名，第二個參數為memory變量名；至此，data.txt內部的N行數據存入了mem里。readmemh操作類似，不同的是data.txt的數據要求為16進制。

那么可能有人會有疑問了，假如有以下問題，mem存入的數據會是啥樣：

• data.txt每行的數據位寬小于M或者大于M

圖1 數據位寬小于M波形

圖2 數據位寬小于M存儲

圖3 數據位寬大于M

圖4 數據位寬大于M，VCS警告

經過試驗，M大于數據位寬，數據可以正常讀取，高位補0；小于數據位寬，數據無法正常讀取。

• data.txt的數據不是二進制，或者不是純數字

與M小于數據位寬的情況一致，無法正常讀取數據。

• 如果data.txt的行數小于N或大于N

圖5 行數小于N

圖6 行數大于N

經過試驗，行數大于N，仿真器會出警告，但數據可以正常讀取。小于N時，多余的部分memory的值為不定狀態。

數據存入mem但還沒有進入到模塊的輸入，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；整個過程不斷循環；這里設置了index計數到N返回1的計數保護，防止出現無效數據。

再將data_in與被測模塊的數據輸入端口相連，數據就送入進去了。

圖7 送入的數據波形

writememb的操作與readmemb反過來，將mem的數據存儲為文本操作如下：

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

存儲之后的

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，也與C類似。使用Verilog對文本操作，首先需要進行如下操作：

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，第一個參數為文件名，第二個參數為操作模式，包括讀（r, rb），寫(w, wb)等操作；根據返回值判斷文件操作是否有錯誤。

然后，根據文本文件的數據格式，進行數據讀取操作。

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，文件句柄為第一個參數，第二個參數為格式參數，第三個為數據保存變量，但不需要加&了。讀取文件的時候第二個參數與第三個參數需要對應，否則數據讀取可能會出錯。（親身經歷）

數據存儲操作如下，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);

數據可以按照第二個參數的格式存儲進文本文件。還有一系列如fdisplay, 相對于fwrite, 它的文件寫入數據之后會自動到下一行，所以第二個參數不需要加入“\\n”；ftell等函數。

注意，想要存儲十進制的負數，除了第二個參數用%d，第三個參數的寄存器變量還要使用$signed轉換為有符號數形式

圖10 正常情況文本操作讀取后存儲的數據

圖11 寄存器位寬小于數據位寬時，文本操作讀取后存儲的數據

注意，當存儲的寄存器位寬小于數據位寬時，數據會被自動截去高位保留低位。

之前使用文件操作存儲被測模塊的輸出時，每次文件的數據量（行數）都與理想中的數目對不上，找各種原因，最后才發現自己犯了一個低級錯誤，沒有使用fclose關閉文件句柄。

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

停止仿真前，一定要用fclose關閉文件句柄，否則數據存取會出現不可預知的問題。

歡迎使用本文使用的Testbench做實驗，注意，在windows下使用modelsim做實驗時，文件名必須是絕對路徑；tb中，使用"READMEM_ON"宏定義決定運行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類型；本文使用資源在公眾號回復116獲取；

兩種方法差異對比

1. readmem，writemem方法只能存取二進制或十六進制數據，數據格式固定，對多維其他格式數據讀取不支持，沒有文件操作靈活；文本操作方便其他的工具，如matlab，python處理數據
2. readmem是可綜合語句，所以可以用于對模塊內的memory變量進行賦值，但其他語句是不可綜合語句，只能用于仿真測試中
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簡單；假如數據需要循環使用，readmem讀取進memory之后，通過復位index就可以循環使用數據，而文本操作就麻煩一些。