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对于复杂的片上系统#xff0c;在进行RTL编码前#xff0c;需进行深入的系统级仿真#xff0c;以确认设计的体系结构是否恰当、总线是否能满足吞吐量和实现性要求以及存储器是否浪费#xff0c;所进行的这些仿真要求在芯片的仿真模型上运行大量的软件#xff0c…一、概述
对于复杂的片上系统在进行RTL编码前需进行深入的系统级仿真以确认设计的体系结构是否恰当、总线是否能满足吞吐量和实现性要求以及存储器是否浪费所进行的这些仿真要求在芯片的仿真模型上运行大量的软件以覆盖所需的功能1。
SystemC的开发流程
sc源代码可以使用任何标准C编译环境进行编译生成可执行文件 运行可执行文件可以生成VCD格式的波形文件 使用综合工具如Cynthesizer可以将sc的RTL级描述综合为Verilog代码也可以使用体系结构综合工具如ESLFlex总和为包括软件和硬件的片上系统。
建模精度
周期精确模型
仿真速度很慢什么功能都可以模拟但一般适合做硬件RTL验证。
非定时模型
仿真速度很快但是包含信息较少适合定义设计规范也可以结合先进的综合工作用来做软件开发。
松散定时模型
既可以做软软件开发和软件性能评估也可以做体系结构分析和硬件验证
系统级建模C和SystemC
SystemC首先是C任何C的语法和库都可以用在SystemC中。
为什么使用SystemC而不是C
原始的C模型程序必须手工转换为Verilog/VHDL而SystemC可以用于描述不同的抽象级别系统级、寄存器传输级等
二、语法
模块定义
SC_MODULE
SystemC库种定义的一个宏用来定义一个新的C结构体类似硬件模块
SC_MODULE(sram8x256)
{
.....
}SC_CTOR
构造函数除了完成C种所要求的基本功能外构造函数还用于初始化进程的类型并创建进程的敏感表。
SC_CTOR(sram8x256)
{
......
}端口和信号
SystemC专有数据类型
sc_int/sc_uint/sc_bigint/sc_biguint/ sc_bit2值单bit数据类型 sc_logic4值单bit数据类型
用户自定义数据结构类型
typedef struct _frame{
......
} frane;抽象端口
class direct_if:public virtual sc_interface
{
.....
}sc_in/sc_out/sc_inout/sc_signal
端口类型端口使用的数据类型可以时C的数据类型也可以是SystemC专用数据类型。
sc_in_clk clk; //端口定义特殊情况时钟定义
sc_insc_uint8 wr_data; //端口定义
sc_signalsc_logic addr[16]; // 信号定义信号赋值
通过read()和write()函数对信号读取和赋值
addr_o.write(addr_i.read()); //将addr_i的值赋给addr_o的值敏感表
sensitive
sensitive为SC_METHOD和SC_THREAD进程设置敏感表
SC_METHOD(main);
sensitiveclk_i.pos()rst_i.pos();进程调用
SystemC中进程是一个基本执行单位被调用来仿真目标系统的行为。 在SystemC中进程不是层次化的一个进程中不能包含或者直接调用其他进程但进程可以调用非进程的函数和方法。
SC_METHOD
使用该进程调用方法当敏感表有事件发生该进程就会被调用。只有该类进程返回后仿真系统的事件才有可能前进因此该类进程中不能使用wait()这样的语句。 SC_METHOD进程的敏感表在模块的构造函数内设定。
SC_THREAD
线程进程该调用方式下线程能够被挂起和重新激活。线程进程使用wait()挂起当敏感表中有时间发生线程进程被重新激活运行到遇到新的wait()语句再重新挂起。当该进程一旦推出将不能再次进入。
可以用来描述testbench的输入激励和输出捕获
SC_CTHREAD
钟控线程进程继承于线程进程只能再时钟的posedge或negaedge被触发或者激活更接近于实际硬件的行为。
时序控制
wait()
用于SC_THREAD和SC_CTHREAD。用于将进程挂起等待下一个事件发生重新激活被挂起的进程。
wait(); //等待敏感表中有事件发生
wait(const sc_event ); // 等待事件发生
wait(100, SC_NS); // 进程将被挂起100ns后激活
wait(100, SC_NS, e1); // 如果100ns内有事件e1发生或者时间超过了100ns进程将被激活三、常用用法
仿真流程
顶层函数sc_main()
sc_main将设计中所有模块连接在一起并引入时钟和波形跟踪。
int sc_main(int argc, char * argv[])
{
......
}sc_start()
控制所有时钟的产生并在适当的时刻激活SystemC调度器。调度器控制整个仿真过程中的调度工作包括激活进程产生延迟、计算和更新变量和信号的值。 sc_start()只在sc_main()中调用。
sc_start(); // 没有参数表示仿真一直进行直到遇到sc_stop()函数。
sc_start(1000); // 仿真持续1000个时间单位停止或者期间遇到sc_stop()停止波形跟踪
SystemC可以将仿真结果保存为VCD格式
只有在整个仿真期间都存在的信号和变量才能被追踪及模块中的信号和数据成员能被跟踪函数的本地变量只有在被调用是才存在所以不能跟踪任何类型的信号和变量都可以被跟踪
int sc_main(int, char **)
{sc_inint datain;sc_trace_file * my_trace_file;my_trace_file sc_create_vcd_trace_file(Wave); // 产生一个Wave.vcd文件......sc_trace(my_trace_file, datain, DataIn); // 跟踪信号dataindatain在波形文件中被保存为DataIn......sc_close_vcd_trace_file(my_trace_file); // 关闭打开的波形文件......return 0;
}信息打印
SystemC定义了几种打印等级INFO和WARNING可直接打开ERROR类型由SystemC仿真器抛出异常用户定义的异常处理代码去处理对于FATAL则停止仿真。
SC_REPORT_INFO( msg_type, msg);
SC_REPORT_WARNING( msg_type, msg);
SC_REPORT_ERROR( msg_type, msg);
SC_REPORT_FATAL( msg_type, msg);
sc_asserrt( expr ); // 打印的等级严重程度为FATALset_actions
修改打印等级
时钟相位关系
sc_set_time_resolution()
sc_set_default_time_unit()四、事务处理级建模TLM
事务指两个时间点内发生的不可分割的活动。可以是一次总线读或写事务
基本通道
基本通道不包含任何进程也不对外展现任何可见结构也不能调用其他基本通道。
sc_mutex
互斥通道
sc_mutex protect;
......
protect.lock();
......
protect.unlock();sc_fifo T
已实现好的FIFO通道T指存储的数据类型。
sc_fifopacket fifo2(4);sc_semaphore
信号量限制同时使用某共享资源的进程的数量。
分层通道
相比基本通道分层通道包含进程可以直接操作其他通道。 五、TLM2.0
TLM2.0是专门为建模存储器映射的片上总线而设计的SystemC模型库 事务对象是一个C类TLM2.0预定义了一个通用净核类和相应的基础协议以进一步保障不同提供商提供的模型互联互通。
核心接口
事务发起者和目标模块必须遵守的接口标准包含四种阻塞、非阻塞传送接口、DMI和调试传送接口
阻塞传送接口
支持松散时间模型。发起者通过调用一个函数就可以完成一个非阻塞事务处理。
class ...
{public: virtual void b_transport(TRANS trans, sc_core::sc_time t)0
}b_transport(TRANS trans, sc_core::sc_time t)是欸阻塞事务处理接口的方法。trans是事务t是双向时间参数。当发起者通过b_transport访问目标时t为事务处理发起的时间当目标返回时t为事务处理结束时间。
非阻塞传送接口
非阻塞传送接口用于支持建模近似时间模型该模型用于描述发起者和目标之间的事务处理过程的多相位的细节每个相位都有一个明确的定时点。非阻塞接口有 tlm_phase是非阻塞传送接口模板类的缺省相位类型。tlm_phase的值有5个UNINITIALIZED_PHASE0, BEGIN_REQ1, EDN_REQ, BEGIN_RESP, END_RESP。
事务定义
可以使用C类来表示事务
class bus_payload // 定义
{public:unsigned int address;......
};bus_payload bp; // 例化开源项目
NVDLA
虚拟仿真平台 NVDLA 加速器硬件架构 NVDLA Quick Start
参考文献 李挥,陈曦, SystemC电子系统级设计 ↩︎
