ALU 02｜功能、位宽与边界测试

功能、位宽与边界测试

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被测规格

simple_alu 在时钟上升沿采样 req_valid/op/a/b。有效请求使结果寄存并令 rsp_valid=1；无请求时 rsp_valid=0，result 保持。rst_n 为低有效异步复位，清零两个输出。这里没有 ready、背压或流水线多笔未完成事务。

op	运算	关键边界
0	加法	只保留低 8 位
1	减法	只保留低 8 位
2	按位与	位模式交错
3	按位或	位模式交错
4	按位异或	位模式交错
5	左移 a << b	移位量 0、1、8
6、7	默认分支	结果为零

关键 RTL 形式：

always_ff @(posedge clk or negedge rst_n) begin
  if (!rst_n) begin
    rsp_valid <= 1'b0;
    result    <= '0;
  end else begin
    rsp_valid <= req_valid;
    if (req_valid) begin
      unique case (op)
        3'd0: result <= a + b;
        3'd1: result <= a - b;
        3'd2: result <= a & b;
        3'd3: result <= a | b;
        3'd4: result <= a ^ b;
        3'd5: result <= a << b;
        default: result <= '0;
      endcase
    end
  end
end

'0 是按赋值目标的位宽填满零；8 位 result 得到八个零。'1 则填满一，不等于数值 1。加法 8'hff + 8'd1 截断为 0；减法 8'd3 - 8'd5 的 8 位结果是 8'hfe，按无符号十进制打印为 254。本模块没有单独的 carry、borrow 或 overflow 输出，不要把截断误称为已经检测了溢出标志。

任务演进与定向测试

最初六例建立自动比较；之后加入 7+9、左移操作、左移量 0／1／8 等，形成 14 条定向测试。当前还加入一次 6+9=15 作为运行中复位前的非零结果，并定向测试 op=6/7，共 17 条定向测试。随机的 20 条在其后执行，总计 37 条。早期“14 条 PASS”是历史阶段，不是当前总数。

推荐人工推导的用例：

输入	期望
a=8'hff, b=1, op=ADD	0
a=3, b=5, op=SUB	8'hfe
a=8'h81, b=0, op=SHIFT	8'h81
a=8'h81, b=1, op=SHIFT	8'h02
a=8'hff, b=8, op=SHIFT	0
op=6 或 7	0

任务：证明比较器能发现错

把 XOR 实现临时替换为 OR 后，f0 ^ 5a = aa（170），而错误结果 f0 | 5a = fa（250），平台报告期望与实际不匹配；随后恢复正确 DUT。与只看波形相比，自动比较给出明确的失败证据。此练习不能替代对所有边界的覆盖分析。

下一步读 事务与包：将一组 op/a/b 封装为一笔可传递的测试。