专家秘笈连载十四：编写高效Vivado HLS工程testbench的三个要素 工程, 连载, 程序, 如何

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Xilinx DSP specialist FAE: Harvest Guo
在C程序的设计中，任何一个C程序的顶层都是main()函数。而在vivado HLS的设计中，只要函数的层次在main()函数以下，都可以被综合。但是每个vivado HLS工程只能指定一个top层函数作为输出RTL模块的顶层，其它和这个函数层次平行，不需要被综合的函数都可以作为testbench来使用。这样就带来一个问题，如何编写vivado HLS工程的testbench更高效，或者说能更好的让HLS工具自动重用C testbench验证产生的RTL代码就变得非常重要。
通常，在Vivado HLS中，好的C testbench设计原则是testbench设计和需要实现的算法函数分别保存在不同的文件中，并且充分利用头文件。Testbench常常包含了一些HLS综合不支持的操作，比如通过文件的读写取得仿真数据并保存结果，或者打印一些测试结果进行分析。在头文件中，完成对testbench中所有的数据类型和函数的定义，以及包含共享的设计文件和函数库。
Vivado HLS中，只能指定一个top层函数用于综合，top层函数可以包含多个子函数。当需要综合多个并行层次的函数时，可以编写一个wrapper函数作为top层函数，将需要综合的多个并行函数封装起来。
C testbench的目不仅是要验证需要综合的top函数功能正确（C编译器验证环境），同时重用C testbench作为综合产生RTL代码的仿真激励，HLS工具自动调用C testbench来验证RTL功能的一致性（C编译器和RTL仿真器的协同仿真环境）。这样，编写一个好的风格testbench可以很好的提高设计的验证效率，如果在HLS综合前和综合过程中，需要修改综合函数的代码，可以用testbench验证，确保需要综合的C算法功能正确。
Vivado HLS中推荐高效的testbench具有如下三个特征：
1. Testbench代码和需要综合的C算法代码保存在不同的文件中（例子1-1）。输入多个不同的数据，对需要综合的Top层函数执行多次的处理和验证。还可以进行top函数多样性的测试。Testbench和C设计分开不同的文件使得HLS工程非常清晰，它们分别作为test bench文件和source文件加入HLS的project中。(Testbench和要综合实现的设计文件分别保存不是HLS强制的，也可以保存在同一个文件中，如果保存为同一个文件，在HLS工程，需要指定这个文件既是testbench文件也是source文件)。


2. Testbench具有自测试功能，testbench调用需综合的top函数，仿真输出结果与已知正确的数值进行对比。已知正确的数值可以通过文件读入（例子2-1），也可以由testbench的其它部分的仿真代码产生（例子2-2）。



3. Main()函数作为testbench函数（例子3-1），如果仿真top函数正确，main()函数返回0值；如果仿真不通过，返回任意非0的值即可（例子3-2）。（之所以要求仿真正确返回0值，是因为HLS工具自动进行RTL验证时，如果testbench返回0值，HLS认为仿真正确，而返回其它值时，HLS报告仿真失败）。



综上所述，掌握三个基本的VivadoHLS工程testbench编写原则，可以轻松书写VHLS高效的testbench仿真激励。首先，testbench和要综合的顶层函数分别保存在不同的文件中，使得vivadoHLS工程简洁清楚；其次，testbench具有自测试功能，通过调用Golden函数或者已保存好的golden数据，与仿真的结果进行比较，使得HLS自动重用C testbench来验证RTL仿真变得简单；最好，数据比较一致返回“0”值，错误不一致时返回任意非“0”值即可。