System C的模塊和過程

模塊和過程

本節包含一個完整的簡單設計，以演示SystemC中模塊和過程的使用。為了簡單起見，它是非常低的級別-而不是您通常期望的系統級別設計語言中的編碼樣式！

展示的要點是

建立階層

所述sc_signal原始信道

（專用）端口

進程（SC_METHOD，SC_THREAD，SC_CTHREAD）

一個簡單的測試臺

SystemC背景

為什麼要查看模塊和流程？原因是SystemC旨在應付硬件和軟件，並允許對大型系統進行建模。

進程是與其他進程同時運行的一小段代碼。幾乎所有已開發的高級系統級設計（SLD）工具都使用流程網絡的基礎模型。SystemC提供了支持獨立（並行/並行）代碼段網絡構建的過程。

SLD需要處理大型設計。為了解決這個問題，通常使用層次結構。層次結構是通過使用模塊在SystemC中實現的，該模塊可以使用端口鏈接到其他模塊。模塊允許單獨進行一項設計。模塊可以包含進程和其他模塊的實例。

實例設計

該設計包括一個EXOR門和四個NAND門。同樣，必須注意，這不是典型的設計風格-很好理解。設計看起來像這樣

第一步是對“與非”門建模。NAND門是組合電路；它的輸出純粹是輸入值的函數。它沒有內存，並且不需要時鐘。因此，模型可以使用最簡單的SystemC進程SC_METHOD。

SC_METHOD只是C ++函數。因此，SystemC類庫必須使它們的行為像進程一樣。尤其是

SystemC類庫包含一個仿真內核，這是一段代碼，用於模擬時間的流逝，並在函數的輸入發生更改時調用函數以計算其輸出。

該函數必須聲明為SC_METHOD，並且對其輸入敏感。

這是一個與非門的代碼，位於一個文件nand.h中

#include“ systemc.h”SC_MODULE（nand2）//聲明nand2 sc_module{

sc_in A，B; //輸入信號端口

sc_out F; //輸出信號端口

void do_nand2（）//一個C ++函數

{

F.write（！（A.read（）&& B.read（）））;

}

SC_CTOR（nand2）// nand2的構造函數

{

SC_METHOD（do_nand2）; //向內核註冊do_nand2

敏感<< A << B; //敏感度列表

}};

SystemC中的層次結構是使用類sc_module創建的。sc_module可以直接使用，也可以使用宏SC_MODULE “隱藏” 。上面的示例SC_MODULE創建了一個名為nand2的sc_module類對象。

接下來是聲明的輸入和輸出端口。通常，使用類sc_port聲明端口。例如，將聲明 使用sc_signal的輸入端口

sc_port ，1> A，B;

但正如您所看到的，這是很多輸入。為了方便起見，還可以創建和使用專用端口。sc_in是sc_signal類的專用端口的示例。

端口可以是任何C ++或SystemC類型-該示例使用內置的C ++類型bool。

接下來，聲明完成工作的函數。輸入和輸出（專用）端口包括方法read（）和write（），以允許讀寫端口。讀取A和B，計算NAND函數，然後使用write（）方法將結果寫入F。

請注意，由於=運算符和類型轉換運算符已被重載，因此您通常可以不使用read（）和write（）方法而逃脫。所以你可以寫

F =！（A && B）;

但是使用read（）和write（）是一個好習慣，因為它有助於C ++編譯器消除表達式的歧義。

編寫函數do_nand2（）之後，將為sc_module實例nand2提供一個構造函數。SystemC使用宏SC_CTOR提供了一種簡便的方法。構造函數執行以下操作

創建層次結構（在這種情況下為無）

將功能註冊為模擬內核中的進程

也可以在此處初始化需要初始化的任何內容，例如，可以初始化類數據成員。

在上面的示例中，構造函數聲明do_nand2是SC_METHOD，並說端口A和B上的任何事件都必須使內核運行該函數（從而為F計算一個新值）。

層次結構

EXOR門由NAND門的四個副本（或實例）組成。這是通過使用EXOR門構造器連接NAND門實例來實現的。這是EXOR門的代碼

#include“ systemc.h”#include“ nand2.h”SC_MODULE（exor2）{

sc_in A，B;

sc_out F;

nand2 n1，n2，n3，n4;

sc_signal S1，S2，S3;

SC_CTOR（exor2）：n1（“ N1”），n2（“ N2”），n3（“ N3”），n4（“ N4”）

{

n1.A（A）;

n1.B（B）;

n1.F（S1）;

n2.A（A）;

n2.B（S1）;

n2.F（S2）;

n3.A（S1）;

n3.B（B）;

n3.F（S3）;

n4.A（S2）;

n4.B（S3）;

n4.F（F）;

}};

該開始看起來與NAND門非常相似，但請注意，它包括文件nand2.h。這允許訪問包含與非門的模塊。

創建模塊exor2，並聲明端口。請注意，由於這是層次結構的不同級別，因此允許重複使用名稱A，B 和F。

原始圖顯示了一些“線段”以連接NAND門。這些通過聲明創建 sc_signal小號S1， S2和S3。 sc_signal是帶有模板參數的類，該模板參數指定信號可以保存的數據類型- 在此示例中為bool。sc_signal是基本通道的一個示例，它是SystemC類庫中的內置通道。它的行為類似於VHDL中的信號。

EXOR門的構造函數比NAND門的構造函數複雜，因為它必須具有nand2的四個實例。在端口聲明之後，聲明瞭nand2的四個實例：n1，n2，n3和n4。必須為每個實例賦予標籤。通過使用exor2構造函數上的初始化器列表，將四個標籤“ N1”，“ N2”，“ N3”和“ N4”傳遞給nand2實例的構造函數。

最後，將端口連接起來。如圖所示，這是在構造函數中完成的。

試驗檯

為了測試設計，有一個激勵發生器。這是另一個模塊，與上面的非常相似。唯一重要的一點是，它使用線程（SC_THREAD），這是一種可以掛起的進程。這是stim.h的代碼

#include“ systemc.h”SC_MODULE（刺激）{

sc_out <bool> A，B;/<bool>

sc_in <bool> Clk;/<bool>

無效StimGen（）

{

A.write（false）;

B.write（false）;

等待（）;

A.write（false）;

B.write（true）;

等待（）;

A.write（true）;

B.write（false）;

等待（）;

A.write（true）;

B.write（true）;

等待（）;

sc_stop（）;

}

SC_CTOR（刺激）

{

SC_THREAD（StimGen）;

敏感<< Clk.pos（）;

}};

請注意對sc_stop（）的最終調用，這將使模擬停止。監視代碼看起來非常相似，因此被省略了-它位於mon.h文件中。

這是頂層-位於文件main.cpp中，該文件包含上述所有子模塊

#include“ systemc.h”#include“ stim.h”#include“ exor2.h”#include“ mon.h”int sc_main（int argc，char * argv []）{

sc_signal <bool> ASig，BSig，FSig;/<bool>

sc_clock TestClk（“ TestClock”，10，SC_NS，0.5）;

刺激Stim1（“ Stimulus”）;

Stim1.A（ASig）;

Stim1.B（BSig）;

Stim1.Clk（TestClk）;

exor2 DUT（“ exor2”）;

DUT.A（ASig）;

DUT.B（BSig）;

DUT.F（FSig）;

mon Monitor1（“ Monitor”）;

Monitor1.A（ASig）;

Monitor1.B（BSig）;

Monitor1.F（FSig）;

Monitor1.Clk（TestClk）;

sc_start（）; //永遠運行

返回0;}

包含模塊的頭文件，聲明進行連接的頂級信號以及使用sc_clock創建的時鐘；然後每個模塊都被實例化並連接。

此後，調用sc_start（）將啟動模擬，並且模擬將永久運行（或者直到遇到刺激模塊中對sc_stop（）的調用）。

這是此示例的輸出

時間ABF

0秒0 0 1

10 ns 0 0 0

20 ns 0 1 1

30 ns 1 0 1

40 ns 1 1 0

如果您看一下，您會發現一些很奇怪的東西-時間0的第一行說F為1（真），而A和B為0-這不是一個非常有說服力的EXOR門！到10 ns時，一切都應達到預期。在時間0發生了什麼事？

模擬

SystemC庫包含一個仿真內核。這決定了要運行的進程（軟件線程）。在時間0，所有SC_METHOD和SC_THREAD將以不確定的順序運行，直到它們暫停。然後，當出現時鐘沿時，SC_CTHREAD將運行。

上面的問題是由於多種情況造成的

所述sc_clock語句結果在上升沿在時間0，因此監視器和刺激的過程將運行（在未定義的順序，它不知道其將第一運行）

C ++中的變量並不總是具有定義的初始值（除非將其聲明為靜態）。因此，F持有的數據值恰好是從1開始（真）

所述do_nand2 SC_METHOD運行在時間0，和時間表˚F更新，但˚F是一個信號，它不能立即更新，因此該值1是仍然存在的監視處理運行時。

為了證明是這種情況，可以修改sc_clock語句以延遲時鐘的第一個邊沿，如下所示

sc_clock TestClk（“ TestClock”，10，SC_NS，0.5，1，SC_NS）;

最後的1個SC_NS參數指定在第一個時鐘沿出現之前的1 ns延遲。現在時間已經過去，所以F將被更新。這是對應的輸出

時間ABF

1 ns 0 0 0

11 ns 0 0 0

21 ns 0 1 1

31 ns 1 0 1

41 ns 1 1 0

現在您可以看到F總是正確的。

結論

總結了模塊和流程的快速瀏覽。您已經瞭解了了解SystemC仿真內核的併發本質以及sc_signal基本通道的行為的重要性。

您還看到了一些在頂層模塊中實例化底層模塊的基本示例，以及如何使用sc_main。