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[SystemC]SystemC Hierarchical Channels

news 来源：原创 2024/5/2 12:06:22

SystemC Hierarchical Channels

摘要：分层通道构成了 SystemC 系统级建模能力的基础。它们基于通道可能包含相当复杂的行为的想法——例如，它可能是一个完整的片上总线。

另一方面，原始通道不能包含内部结构，因此通常更简单（例如，您可以认为 sc_signal 的行为有点像一根电线）。

为了构建复杂的系统级模型，SystemC 使用将通道定义为实现接口的事物的想法。接口是访问给定通道的可用方法的声明。例如，在 sc_signal 的情况下，接口由两个类 sc_signal_in_if 和 sc_signal_out_if 声明，它们声明访问方法（例如 read() 和 write()）。

通过将接口的声明与其方法的实现区分开来，SystemC 促进了一种将通信与行为分离的编码风格，这是促进从一个抽象级别到另一个抽象级别的改进的关键特征。

SystemC 的一项附加功能是，如果您希望模块通过通道进行通信，则必须使用模块上的端口来访问这些通道。端口充当代理，代表调用模块将方法调用转发到通道。

分层通道在 SystemC 中作为模块实现，实际上它们是从 sc_module 派生的。原始通道有自己的基类 sc_prim_channel。总结一下：

将沟通与行为分开，便于细化
接口声明了一组访问通道的方法
分层通道是实现接口方法的模块
端口允许模块调用接口中声明的方法

编写分层通道是一个很大的话题，所以本章将只展示一个基本示例，一个堆栈模型。

一、定义接口

堆栈将提供一个读取方法和一个写入方法。这些方法是非阻塞的（它们会立即返回而无需等待）。为了使它可用，每个方法都返回一个布尔值，说明它是否成功。例如，如果读取时堆栈为空，则 nb_read()（读取方法）返回 false。

这些方法在两个单独的接口中声明，一个写接口 stack_write_if 和一个读接口 stack_read_if。这是包含声明的文件 stack_if.h。

代码到这里但不起作用？

这些接口派生自所有接口的基类 sc_interface。它们应该使用关键字 virtual 派生，如上所示。

方法 nb_write、nb_read 和 reset 被声明为纯虚拟 - 这意味着它们必须在任何派生类中实现。

二、Stack Channel

栈通道覆盖栈接口中声明的纯虚方法。这是代码：

#include "systemc.h"
#include "stack_if.h"

// this class implements the virtual functions
// in the interfaces
class stack
: public sc_module,
  public stack_write_if, public stack_read_if
{
private:
  char data[20];
  int top;                 // pointer to top of stack

public:
  // constructor
  stack(sc_module_name nm) : sc_module(nm), top(0)
  {
  }

  bool stack::nb_write(char c)
  {
    if (top < 20)
    {
      data[top++] = c;
      return true;
    }
    return false;
  }

  void stack::reset()
  {
    top = 0;
  }

  bool stack::nb_read(char& c)
  {
    if (top > 0)
    {
      c = data[--top];
      return true;
    }
    return false;
  }

  void stack::register_port(sc_port_base& port_,
                            const char* if_typename_)
  {
    cout << "binding    " << port_.name() << " to "
         << "interface: " << if_typename_ << endl;
  }
};

有一些本地（私有）数据来存储堆栈，还有一个整数表示堆栈数组中的当前位置。nb_write 和 nb_read 函数在这里定义。还有一个 reset() 函数，它简单地将堆栈指针设置为 0。

最后，您会注意到一个名为 register_port 的函数——它是从哪里来的？它在 sc_interface 本身中定义，并且可以在通道中被覆盖。通常，它用于检查端口和接口何时绑定在一起。例如，原始通道 sc_fifo 使用 register_port 检查最多 1 个接口可以连接到 FIFO 读取或写入端口。这个例子只是在绑定过程中打印出一些信息。

三、Create PORT

要使用堆栈，它必须被实例化。在这个例子中，有两个模块，一个生产者和一个消费者。这是生产者模块：

#include "systemc.h"
#include "stack_if.h"

class producer : public sc_module
{
public:

  sc_port<stack_write_if> out;
  sc_in<bool> Clock;

  void do_writes()
  {
    int i = 0;
    char* TestString = "Hallo,     This Will Be Reversed";
    while (true)
    {
      wait();             // for clock edge
      if (out->nb_write(TestString[i]))
        cout << "W " << TestString[i] << " at "
             << sc_time_stamp() << endl;
      i = (i+1) % 32;
    }
  }

  SC_CTOR(producer)
  {
    SC_THREAD(do_writes);
      sensitive << Clock.pos();
  }
};

生产者模块声明了一个与堆栈接口的端口。这是通过以下行完成的：

sc_port<stack_write_if> out;

它声明了一个可以绑定到 stack_write_if 的端口，并且有一个名字 out。
您可以将多个接口副本绑定到一个端口，并且您可以指定可以绑定的最大接口数。例如，如果我们想允许绑定 10 个接口，我们可以将端口声明为

sc_port<stack_write_if,10> out;

如果省略数字，则默认值为 1。
要实际写入堆栈，请通过端口调用方法 nb_write：

out->nb_write('A');

这通过 stack_write_if 调用 nb_write('A')。执行此操作时必须使用指针符号 ->。
从堆栈读取的消费者模块看起来非常相似，除了它声明了一个读取端口

sc_port<stack_read_if> in;

and calls nb_read, e.g.

in->nb_read(c);

其中 c 是 char 类型。
请注意，如果成功，nb_read 和 nb_write 都会返回值 true。

也许最有趣的是函数 nb_write 和 nb_read 在调用者的上下文中执行。换句话说，它们作为在生产者和消费者模块中声明的 SC_THREAD 的一部分执行。

四、Binding Ports and Interfaces

Here is the code for sc_main, the top level of the design

#include "systemc.h"
#include "producer.h"
#include "consumer.h"
#include "stack.h"

int sc_main(int argc, char* argv[])
{
  sc_clock ClkFast("ClkFast", 100, SC_NS);
  sc_clock ClkSlow("ClkSlow", 50, SC_NS);

  stack Stack1("S1");

  producer P1("P1");
  P1.out(Stack1);
  P1.Clock(ClkFast);

  consumer C1("C1");
  C1.in(Stack1);
  C1.Clock(ClkSlow);

  sc_start(5000, SC_NS);

  return 0;
};

注意栈的写接口是如何隐式绑定在线网中的

P1.out(Stack1);

这个例子有点奇怪（但完全合法！）因为堆栈本身没有端口。它只是导致第一个 stack_write_if 被绑定在这一行中。如果有多个stack_write_if，它们将被依次绑定。

这是运行代码的结果：

binding    C1.port_0 to interface: 13stack_read_if
binding    P1.port_0 to interface: 14stack_write_if
W H at 0 s
R H at 0 s
W a at 100 ns
R a at 150 ns
W l at 200 ns
// and so on for 5000 ns