Testbenches et Simulations

Écrire des testbenches VHDL pour vérifier le comportement de vos circuits avant synthèse.

Qu'est-ce qu'un testbench ?

Un testbench (TB) est un fichier VHDL de simulation qui :

Instancie le composant sous test (DUT - Device Under Test)
Génère les stimuli (signaux d'entrée)
Observe et vérifie les sorties

Un testbench n'a pas de ports - c'est un environnement fermé.

entity tb_mux4to1 is
  -- Pas de port !
end entity tb_mux4to1;

Structure type d'un testbench

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.NUMERIC_STD.ALL;
 
entity tb_mux4to1 is
end entity tb_mux4to1;
 
architecture tb of tb_mux4to1 is
 
  -- Constantes de simulation
  constant c_CLK_PERIOD : time := 10 ns;  -- 100 MHz
 
  -- Signaux pour connecter au DUT
  signal w_d0, w_d1, w_d2, w_d3 : std_logic := '0';
  signal w_sel : std_logic_vector(1 downto 0) := "00";
  signal w_y   : std_logic;
 
begin
 
  -- Instanciation du DUT
  DUT : entity work.mux4to1
    port map (
      i_d0  => w_d0,
      i_d1  => w_d1,
      i_d2  => w_d2,
      i_d3  => w_d3,
      i_sel => w_sel,
      o_y   => w_y
    );
 
  -- Process de stimuli
  p_stimuli : process
  begin
    -- Test 1 : sélection d0
    w_d0 <= '1'; w_d1 <= '0'; w_d2 <= '0'; w_d3 <= '0';
    w_sel <= "00";
    wait for 20 ns;
    assert w_y = '1' report "ECHEC: sel=00 devrait sortir d0=1" severity error;
 
    -- Test 2 : sélection d1
    w_sel <= "01";
    wait for 20 ns;
    assert w_y = '0' report "ECHEC: sel=01 devrait sortir d1=0" severity error;
 
    -- Test 3 : sélection d3
    w_d3 <= '1';
    w_sel <= "11";
    wait for 20 ns;
    assert w_y = '1' report "ECHEC: sel=11 devrait sortir d3=1" severity error;
 
    report "Tous les tests passés !" severity note;
    wait;  -- arrêt de la simulation
  end process p_stimuli;
 
end architecture tb;

Génération d'horloge

-- Process de génération d'horloge
p_clk : process
begin
  i_clk <= '0';
  wait for c_CLK_PERIOD / 2;
  i_clk <= '1';
  wait for c_CLK_PERIOD / 2;
end process p_clk;
 
-- Alternative concurrente
i_clk <= not i_clk after c_CLK_PERIOD / 2;

Testbench complet pour circuit séquentiel

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.NUMERIC_STD.ALL;
 
entity tb_counter is
end entity tb_counter;
 
architecture tb of tb_counter is
 
  constant c_CLK_PERIOD : time := 10 ns;
 
  signal i_clk : std_logic := '0';
  signal i_rst : std_logic := '1';
  signal o_cnt : std_logic_vector(3 downto 0);
 
begin
 
  -- Génération horloge
  i_clk <= not i_clk after c_CLK_PERIOD / 2;
 
  -- DUT
  DUT : entity work.counter_4bit
    port map

Instructions de simulation utiles

Instruction	Utilisation
`wait for 10 ns;`	Attendre une durée fixe
`wait until rising_edge(i_clk);`	Attendre un front d'horloge
`wait until i_valid = '1';`	Attendre une condition
`wait;`	Arrêter la simulation
`assert condition report "msg" severity level;`	Vérification

Niveaux de sévérité

Niveau	Effet
`note`	Message informatif
`warning`	Avertissement, simulation continue
`error`	Erreur, simulation peut continuer
`failure`	Arrêt immédiat de la simulation

Bonnes pratiques

Nommer les assertions : message clair pour identifier l'échec
Vérifier après stabilisation : attendre wait for avant assert
Tester les cas limites : valeurs min/max, transitions d'états
Séparer stimuli et vérification : process distincts pour clarté
Fin explicite : terminer par report "... succès" + wait;

📝 Tester mes connaissances - Quiz du chapitre