SystemC入门学习-第8章 测试平台的编写

        将打印如下信息：

Current time is 25ns

        sc_simultion_time在最近的SystemC版本已经被IEEE_Std_1666/deprecated，下面是之前老版本的定义。

        sc_simulation_time()方法根据默认的时间单位，以double(不带时间单位的双精度）类型的整数值格式返回当前仿真时间，例如：

double current_time = sc_simulation_time();
cout << "Time now is %f" <

        将打印如下信息：

Tiem now is 96

sc_cycle/sc_initialize

        这两个方法用于执行按周期节拍的仿真。例如想每过10个时间单位就计算一次设计的输出结果，就须使用周期节拍的仿真。这种情况下，不要使用方法sc_start()，而要使用sc_initialize()和sc_cycle()这两个方法。

        sc_initialize()方法用于对仿真内核进行初始化。sc_cycle()方法执行所有准备运行的进程，直到不再需要有进程执行，但这将需要许多个∆周期节拍。在仿真时间再次前进指定的时间长度之前，sc_cycle()方法会将一些必要信号的仿真信息记录下来。

        下面语句将仿真所有进程，并将仿真时间向前推进10μs。

sc_cycle(10, SC_US);  

sc_time

        sc_time用于声明由参量表示的时间值，如10ns, 20ps等。由sc_time声明的变量可以在需要指定时间值的地方使用，如sc_clock()和sc_start()中。

sc_time t1(100, SC_NS);
sc_time t2(20, SC_PS); //指定t2的值为20ps
 
//这两种方式等价
sc_start(t1);
sc_start(100, SC_NS);
 
 
sc_cycle(t2);
 
sc_time period(10, SC_NS);
sc_time start_time(2, SC_NS);
sc_clock fclk("fclk", period, 0.2, start_time, true);

        时间单位有如下几种： SC_FS, SC_PS, SC_NS, SC_US, SC_MS, SC_SEC。

        默认的时间分辨率是1ps。可以通过sc_set_time_resolution()来修改。例如：

sc_set_time_resolution(100, SC_PS);

        指定时间分辨率只能是10的幂，并且经常是在主程序sc_main()的最开始处指定一次时间分辨率。

        打印不同时间单位的转换函数有：

sc_time curr_time = sc_time_stamp();
 
cout <<"As double: " << curr_time.to_double() <
cout <<"In seconds: " << curr_time.to_seconds() <
cout <<"In default time units: " << curr_time.to_default_time_units() <
cout <<"In string form:" << curr_time.to_string() <
 
cout <<"sc_time_stamp():" << sc_time_stamp() <

        打印如下：

As double: 100000
In seconds: 1e-07
In default time units: 100
In string form:100 ns
sc_time_stamp():100 ns

8.3 波形

        普通波形，如时钟波形，可以通过调用sc_clock声明语句来生成。实际上，也可以通过在模块中使用SC_METHOD类型进程来生成任意类型的波形。

示例1，建模任意波形

SC_THREAD类型的进程prc_wave何时执行呢？在初始化时刻。所有进程都在初始化时刻（即在仿真开始之前的瞬间）执行一次。根据进程的执行，输出端口sig_out被赋值为0。接下来等待语句使得进程prc_wave被挂起并等待5ns。在5ns之后，sig_out被赋值1，然后该进程被挂起2ns，后面过程类似。

#include "systemc.h"
 
SC_MODULE(wave){
    sc_out <bool> sig_out;
 
    void prc_wave();
 
    SC_CTOR(wave){
        SC_THREAD(prc_wave);
    }
 
};
 
void wave::prc_wave(){
    sig_out = 0;
    wait(5, SC_NS);
    sig_out = 1;
    wait(2,SC_NS);
    sig_out = 0;
    wait(5, SC_NS);
    sig_out = 1;
    wait(8,SC_NS);
    sig_out = 0;
}

示例2，建模复杂的重复波形

如果想每100ns重复一次上面的波形，那怎么办呢？可以在SC_THREAD类型进程使用一个永不停止的while循环语句来实现。如下：

void wave::prc_wave(){
    sig_out = 0;
    wait(5, SC_NS);
    sig_out = 1;
    wait(2,SC_NS);
    sig_out = 0;
    wait(5, SC_NS);
    sig_out = 1;
    wait(8,SC_NS);
    sig_out = 0;
    wait(80, SC_NS);
}

示例3，自定义时钟发生器

#include "systemc.h"
 
const int START_VALUE = 0;
const int INITIAL_DELAY = 5;
const int FIRST_DELAY = 2;
const int SECOND_DELAY = 3;
 
 
SC_MODULE(myclock){
    sc_out <bool> clk_out;
 
    void prc_myclock();
 
    SC_CTOR(myclock){
        SC_THREAD(prc_myclock);
    }
 
};
 
void myclock::prc_myclock(){
    clk_out = START_VALUE;
    wait(INITIAL_DELAY, SC_NS);
 
    while(1){
        clk_out = !(clk_out);
        wait(FIRST_DELAY, SC_NS);
        clk_out = !clk_out;
        wait(SECOND_DELAY, SC_NS);
    }
}

示例4，完整测试平台搭建的生成一个衍生时钟

pulse.h文件 

#include "systemc.h"
 
#define DELAY 2, SC_NS
#define ON_DURATION 1, SC_NS
 
SC_MODULE(pulse){
    sc_in <bool> clk;
    sc_out <bool> pulse_out;
 
    void prc_pulse();
 
    SC_CTOR(pulse){
        SC_THREAD(prc_pulse);
        sensitive_pos << clk;
    }
 
};
 
void pulse::prc_pulse(){
    pulse_out = 0;
 
    while(true){
        wait();
        wait(DELAY);
        pulse_out = 1;
        wait(ON_DURATION);
        pulse_out = 0;
    }
}

        SC_THREAD进程可以带敏感列表，也可以不带敏感列表；prc_pulse中while的第一个wait()等待语句 是等待敏感列表中的某个信号发生变化。

pulse_main.cpp

#include "pulse.h"
 
int sc_main(int argc, char * argv[]){
    sc_signal <bool> pout;
    sc_trace_file *tf;
    sc_clock clock("master_clk", 5, SC_NS);
 
    //pulse模块的实例引用
    pulse p1("pulse_p1");
    p1.clk(clock);
    p1.pulse_out(pout);
 
    //创建仿真波形记录文件pulse.vcd， 并设置需要记录波形的信号
    tf = sc_create_vcd_trace_file("pulse");
    sc_trace(tf, clock, "clock");
    sc_trace(tf, pout, "pulse_out");
 
    sc_start(100, SC_NS);
    sc_close_vcd_trace_file(tf);
    cout<<"Finished at time " << sc_time_stamp() <
    return 0;
 
}

另外： 

• 激励数据可以从文件中读取，然后加载到被测设计中。
• 还有一种激励是响应性激励，这种类型的激励源所生成的下一个激励取决于被测平台的当前状态。换言之，测试平台会根据被测设计的状态产生相应的激励。如进行数的阶乘计算的阶乘设计。

8.4 监视行为

        监视行为包括：

1）判断仿真结果是否正确

        将一个向量施加到被测设计的输入端口，在指定时间后，在输出端口进行采样，然后验证输出响应与期望值是否一致。

2）把结果保存到文本文件中

        通过使用C++语言中文件写入（输出流）功能，可将被测设计的输出值保存到文本文件中，需要注意的是：当打印数值时，打印的是当前时刻的信号值，而不是按计划在下一个∆时刻被赋的值。

8.5 更多示例

测试平台的示例demo将包括如下。将用单独的博文分别介绍。

• 触发器
• 带同步输出的多路选择器
• 全加器
• 周期节拍级仿真

8.6 在sc_main内的语句顺序

        SystemC对函数sc_main()中语句出现的先后顺序是敏感的。sc_main()函数基本上是一段有序程序，即按顺序执行的程序，因此期望程序的语句是有一定顺序的：

• 所有模块引用和互连必须出现在调用任何仿真波形记录函数之前。
• 在仿真启动之前，必须首先打开仿真波形的记录文件，然后再调用记录仿真波形的函数。
• 若使用sc_set_time_resolution()方法来改变默认的时间分辨率（1ps），则该方法必须出现在任何sc_time对象被创建之前。
• 在调用sc_start()之后不可以再出现模块的实例调用

8.7 跟踪记录集合类型

        sc_trace()方法被预定义用于SystemC类型和其他的C++标量类型。为了记录数组或者结构类型，必须编写自己的sc_trace()重载方法来记录单个部件的值。

        请考虑下面这个数组的声明，若想使用sc_trace()函数来记录reg_file的变化，则必须定义如下重载函数类型。

bool reg_file[NUM_BITS];

const int MAXLEN = 8;
void sc_trace(sc_trace_file *tfile, bool *v, const sc_string &name, int arg_length){
    char mybuf[MAXLEN];
 
    for(int j = 0; j
        sprintf(mybuf, "[%d]", j);
        sc_trace(tfile, v[j], name+mybuf);
    }
}

        上述声明之后，就可以用以下语句调用sc_trace函数来记录仿真的波形了。

sc_trace(tf, reg_file, "reg_file", NUM_BITS);

        如果不想编写独立的sc_trace()重载函数，也可将上面的功能简单的按行写到（inline）函数sc_main()中，而不须再调用sc_trace()函数来记录reg_file的变化。

        借助于模板（template）可以使sc_trace()函数适用于任何类型的数组。下面这段代码假设这两个数组的元素类型允许通过调用sc_trace()函数来记录它们的变化。

template <class T>
void sc_trace (sc_trace_file *tfile, const T array_var[], const sc_string &name, int arg_length){
    for (int j = 0; j < arg_length; j++){
        sc_trace(tfile, array_var[j], name + "." + sc_string:: to_string("%d", j));
    }
}
 
//调用的示例
sc_signal <float> qms[4];
int mlef[8];
 
sc_trace(tfile, qms, "qms", 4);
sc_trace(tfile, mlef, "mlef", 8);

        对结构也可以进行类型的跟踪记录。可以编写一个sc_trace()重载方法，也可以只对个别成员编写sc_trace()调用来实现对结构的跟踪记录。若信号是结构类型的，则必须提供带其它重载操作符的sc_trace()重载方法。

struct packet{
    sc_uint<2> packet_id;
    bool packet_state;
};
 
//为packet类型编写的sc_trace()重载方法
void sc_trace(sc_trace_file *tfile, const packet&v, const sc_string &name){
    sc_trace(tfile, v.packet_id, name + ".packet_id");
    sc_trace(tfile, v.packet_state, name +".packet_state");
}

        有了上述函数声明语句后，就能以如下形式调用sc_trace()方法了。

//集合类型信号
sc_signal  saved;
sc_trace(tf, saved, "saved");

8.8 跟踪记录枚举类型

        SystemC提供了记录枚举类型值的功能。不过没有什么特别的地方，使用C++编码风格即可。