digital_microphone/tb/tb_gain_button.vhd

----------------------------------------------------------------------------------
-- Module Name:    tb_gain_button
-- Project Name:   DigMic_prj
-- Description:
--   Тест кнопки усиления ЦАП. Такт уменьшен до 100 кГц: показ длится секунды,
--   а в миллисекундах модуль считает сам, так что поведение то же.
--
--   Проверяется:
--     импульс короче времени дребезга -- не нажатие;
--     дребезг на обоих фронтах даёт ровно один шаг, отпускание -- ни одного;
--     ступени идут по кругу 1..GAIN_MAX -> 0;
--     долгое удержание -- один шаг, без автоповтора;
--     показ: N коротких вспышек, для 0 одна длинная, потом светодиод свободен;
--     нажатие во время показа начинает показ заново с новым значением.
----------------------------------------------------------------------------------
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.numeric_std.all;
use std.env.all;

entity tb_gain_button is
end entity tb_gain_button;

architecture sim of tb_gain_button is

  constant CLK_HZ : integer := 100_000;
  constant CLK_T  : time    := 1 sec / CLK_HZ;
  constant GMAX   : integer := 3;

  signal clk  : std_logic := '0';
  signal run  : boolean   := true;
  signal btn  : std_logic := '0';
  signal gain : unsigned(3 downto 0);
  signal show : std_logic;
  signal led  : std_logic;

begin

  clk <= not clk after CLK_T / 2 when run else '0';

  dut : entity work.gain_button(rtl)
    generic map(
      SYS_CLK_HZ  => CLK_HZ,
      GAIN_MAX    => GMAX,
      BTN_ACTIVE  => '1',
      DEBOUNCE_MS => 20
    )
    port map
    (
      clk  => clk,
      btn  => btn,
      gain => gain,
      show => show,
      led  => led
    );

  stim_proc : process
    variable errors : integer := 0;
    variable want   : integer := 0;

    -- Фронт кнопки с дребезгом: четыре отскока по 1-2 мс
    procedure bounce(level : std_logic) is
    begin
      for i in 1 to 4 loop
        btn <= level;
        wait for 2 ms;
        btn <= not level;
        wait for 1 ms;
      end loop;
      btn <= level;
    end procedure;

    procedure press is
    begin
      bounce('1');
      wait for 100 ms;
      bounce('0');
      wait for 50 ms;
    end procedure;

    procedure check_gain(expect : integer; what : string) is
    begin
      if to_integer(gain) /= expect then
        report what & ": gain " & integer'image(to_integer(gain)) &
          ", want " & integer'image(expect) severity error;
        errors := errors + 1;
      end if;
    end procedure;

    -- Вспышки до конца показа: для 0 одна длинная, иначе expect коротких
    procedure check_flashes(expect : integer) is
      variable n  : integer := 0;
      variable t0 : time;
      variable w  : time;
      variable wn : time;
    begin
      if expect = 0 then
        wn := 1000 ms;
      else
        wn := 150 ms;
      end if;
      if show /= '1' then
        report "no display after press" severity error;
        errors := errors + 1;
        return;
      end if;
      loop
        wait until led = '1' or show = '0';
        exit when show = '0';
        t0 := now;
        wait until led = '0';
        w := now - t0;
        n := n + 1;
        if w < wn - 3 ms or w > wn + 3 ms then
          report "flash " & integer'image(n) & " lasts " & time'image(w) &
            ", want " & time'image(wn) severity error;
          errors := errors + 1;
        end if;
      end loop;
      if (expect = 0 and n /= 1) or (expect > 0 and n /= expect) then
        report "flashes " & integer'image(n) & " for gain " &
          integer'image(expect) severity error;
        errors := errors + 1;
      else
        report "gain " & integer'image(expect) & ": " & integer'image(n) &
          " flash(es) of " & time'image(wn);
      end if;
    end procedure;

  begin
    wait for 50 ms;
    check_gain(0, "after power-up");
    assert show = '0' report "display active without a press" severity error;

    -- Короткий импульс -- помеха, не нажатие
    btn <= '1';
    wait for 5 ms;
    btn <= '0';
    wait for 100 ms;
    check_gain(0, "after 5 ms glitch");
    if show /= '0' then
      report "glitch started a display" severity error;
      errors := errors + 1;
    end if;

    -- По кругу: 1, 2, 3, 0, 1
    for k in 1 to GMAX + 2 loop
      press;
      want := (want + 1) mod (GMAX + 1);
      check_gain(want, "press " & integer'image(k));
      check_flashes(want);
    end loop;

    -- Долгое удержание -- один шаг
    bounce('1');
    wait for 2 sec;
    bounce('0');
    wait for 50 ms;
    want := (want + 1) mod (GMAX + 1);
    check_gain(want, "long hold");
    if show = '1' then
      wait until show = '0';
    end if;

    -- Нажатие посреди показа: показ заново, с новым значением
    press;
    want := (want + 1) mod (GMAX + 1);
    wait for 700 ms;
    press;
    want := (want + 1) mod (GMAX + 1);
    check_gain(want, "press during display");
    check_flashes(want);

    if errors = 0 then
      report "TEST PASSED";
    else
      report "TEST FAILED: errors = " & integer'image(errors) severity error;
    end if;
    run <= false;
    stop;
  end process stim_proc;

end architecture sim;