吃透Chisel语言.12.Chisel项目构建、运行和测试（四）——Chisel测试之ChiselTest

Chisel项目构建、运行和测试（四）——Chisel测试之ChiselTest

上一篇文章我们介绍了ScalaTest，它是Scala和Java的测试工具。而现在Chisel模块最新的标准测试工具是ChiselTest，它是基于ScalaTest的，允许我们用于Chisel测试。为了使用ChiselTest，我们同样需要在build.sbt里面包含chiseltest的库：

libraryDependencies += "edu.berkeley.cs" %% "chiseltest" % "0.5.1" % "test"

或者这样：

libraryDependencies ++= Seq(
      "edu.berkeley.cs" %% "chisel3" % chiselVersion,
      "edu.berkeley.cs" %% "chiseltest" % "0.5.1" % "test"
    ),

Chisel-template的build.sbt里面是默认包含了chiseltest库的，所以我们可以不修改。用这种方法包含ChiselTest会自动包含对应版本的ScalaTest，所以上一篇文章中说的包含ScalaTest也是不需要的。

要使用ChiselTest的话，我们需要导入下面的这些包：

import chisel3._
import chiseltest._
import org.scalatest.flatspec.AnyFlatSpec

对电路进行测试需要包含至少两部分，一个是DUT（待测件），另一个是测试逻辑，也叫testbench。启动测试和ScalaTest是一样的，运行sbt test命令就行了，不需要有个包含主函数的对象作为程序入口。

下面的代码是一个简单的DUT，它有两个输入端口和一个输出端口，都是二位无符号数信号，实现的功能是对输入a和b执行按位与操作，然后把结果输出到out上：

class DeviceUnderTest extends Module {
    
    val io = IO(new Bundle {
    
        val a = Input(UInt(2.W))
        val b = Input(UInt(2.W))
        val out = Output(UInt(2.W))
    })
    
    io.out := io.a & io.b
}

虽然还没介绍模块的写法，但是这个代码也是很好懂的。现在我们给出这个DUT的testbench，它是从AnyFlatSpec和ChiselScalatestTester拓展来的，因此是具有ChiselTest功能的ScalaTest。而调用test()方法时，以新创建的DUT的一个实例为参数，以测试代码为函数字面量（function literal）。代码如下：

class SimpleTest extends AnyFlatSpec with ChiselScalatestTester {
    
    "DUT" should "pass" in {
    
        test(new DeviceUnderTest) {
     dut =>
            dut.io.a.poke(0.U)
            dut.io.b.poke(1.U)
            dut.clock.step()
            println("Result is: " + dut.io.out.peek().toString)
            dut.io.a.poke(3.U)
            dut.io.b.poke(2.U)
            dut.clock.step()
            println("Result is: " + dut.io.out.peek().toString)
        }
    }
}

DUT的实例的输入输出端口通过dut.io来访问。我们可以通过在端口上调用poke来给端口赋值，它接受的是端口对应的Chisel类型的值。而在输出端口上调用peek可以把端口的输出给读取出来，返回值也是该端口对应的Chisel类型的值，再在该值上调用toString可以将其转换为字符串，进而可以调用println()函数在命令行输出。测试中调用dut.clock.step()可以让时钟前进一个周期，以此让仿真前进。要是想要前进多个周期，我们可以给step()提供一个参数。

运行sbt test或者：

sbt "testOnly SimpleTest"

就可以在终端看到测试的结果：

结果表明，0和1按位与的结果为0，3和2按位与的结果为2。当然信息不止有结果，我们还可以看到toString方法还输出了结果的Chisel类型UInt<2>，即二位无符号整数。

那我们人工核对输出结果肯定是不好的，但确实已经成功一半了。要想自动完成和预期结果的比较，我们可以通过在输出端口上调用expect(value)来在testbench中给出预期值，预期值就是expect(value)的参数value。修改之后的测试如下：

class SimpleTestExpect extends AnyFlatSpec with ChiselScalatestTester {
    
    "DUT" should "pass" in {
    
        test(new DeviceUnderTest) {
     dut =>
            dut.io.a.poke(0.U)
            dut.io.b.poke(1.U)
            dut.clock.step()
            dut.io.out.expect(0.U)
            dut.io.a.poke(3.U)
            dut.io.b.poke(2.U)
            dut.clock.step()
            dut.io.out.expect(2.U)
        }
    }
}

现在运行这个测试：

sbt "testOnly SimpleTestExpect"

这个测试不会输出任何来自硬件的结果，它自动在测试内完成了结果与预期值的比较，输出如下：

如果测试失败的话，比如DUT或者testbench里面有错误，导致实际结果和预期值不符，那就回生成一条错误信息来描述两者的差异。比如我们把testbench中最后一行的dut.io.out.expect(2.U)改成dut.io.out.expect(1.U)，输出结果就是这样的：

一片红色的报错，同时也给出了测试未通过的理由和具体差异在哪里，在调试的时候这些信息非常有用，所以说测试很重要。

结语

这一篇文章讲了如何用ChiselTest做简单的测试，可以看到很基础，同时也很方便。然而，更精髓的内容还没有体现出来，目前写的测试还没有发挥Scala的强大能力。比如说，上面的测试里面我们都是手动给出测试的输入和输出预期值的，而Scala可以用于写一个参考模型，也就是在另一个系列中说的黄金模型，这样测试就可以更自动化、更全面了。不过我们暂时还不会展开讲，得先把几个测试方法都讲完先，下一篇我们就讲讲用波形进行测试。