你的HLS设计有C Testbench吗

本文关注点：

HLS设计为什么需要C Testbench?

C Testbench的构成要素？

什么是高效的C Testbench?

高层次综合（High Level Synthesis, HLS）越来越受到算法工程师和软件工程师的关注。同时，工程师们也容易忽视C Testbench（基于C/C++的仿真文件）的重要性与必要性。

为什么需要C Testbench？

通常，我们在创建一个HLS工程后，第一件要做的事情是在C层面验证待综合的函数的功能是否正确。这就要求必须提供相应的C Testbench。一方面，基于C/C++的算法级仿真远比传统的RTL级仿真更快，也更高效。这种高效体现在C语言相比于硬件描述语言例如VHDL或Verilog具有更高的抽象度，这使得采用C/C++描述Testbench变得相对容易。例如，可以快捷地对文件进行读写操作、对输出结果进行比对等，而这些都无需考虑时序需求。另一方面，Vivado HLS在完成C到RTL的转换后，也需要对生成的RTL模型进行功能验证。这种验证需要C Testbench才能完成。因为工具会根据C Testbench生成RTL Testbench（并不会真正生成相应的文件），如果没有C Testbench，就无法对RTL模型进行验证，因此，这一步也被称之为C/RTL协同仿真（C/RTL Co-simulation）。概括下来，无论是C层面的仿真还是C/RTL的协同仿真都离不开C Testbench。

C Testbench的构成要素

C Testbench至少需要有以下几个构成要素：输入激励、调用待综合函数、输出对比。输入激励很好理解，就是给待综合函数提供数据源。这些数据可以来自内部数组或外部文件。对输入激励的一个基本要求是尽可能地提高数据的多样性，以保证代码覆盖率，从而提高测试的完备性。既然是对待综合函数进行验证，就需要对其进行调用，将输入激励给到该函数，获取其输出。输出对比环节则是将待综合函数的输出与参考输出进行对比，以检查输出是否正确。在这一步，如果对比结果完全一致，则main函数返回0，否则返回非0整数。这里，Xilinx建议main函数的返回值控制在8-bit数据所能表示的范围之内。通常，验证失败时，返回值设置为1。同时还需注意，用户必须保证C Testbench对输出结果进行了检测，如果没有检测，却设置返回值为0，工具仍会认为仿真通过。

什么是高效的C Testbench？

待综合的顶层函数被多次调用

可将调用次数以宏（Macro）的形式定义在头文件中，便于修改。多次调用待综合函数是为了保证足够多的输入激励被提供，从而提高代码覆盖率。

提供参考模型或参考数据

C Testbench中一定要有数据对比环节，就是将待综合函数的输出与参考数据进行对比。因此，参考模型或参考数据是必须要有的。这里需要注意，凡是C Testbench中访问的文件，例如输入激励文件或者输出数据参考文件，都要将其归为仿真文件，一同添加到HLS工程中。

C Testbench要和待综合函数写入不同的文件

这个不是必须的。但从代码风格和HLS工程管理角度而言，这样做是有好处的。通常，数据类型等可定义在头文件中，待综合的函数和C Testbenc分开单独描述。