SystemC——C++编写的硬件系统级建模语言

发布时间：2023-05-20

一、SystemC概述

SystemC是一种开源的、根据IEEE 1666标准制定的、基于C的硬件系统级建模语言。它以C作为基础语言，提供了一些用于硬件建模的类库和数据类型，支持模块化设计方法，有使用简单、灵活性高、可重用性强等优点。

二、SystemC的特性

SystemC从C继承了很多特征，如强类型定义、类、运算符重载和异常处理等。同时它也有一些与C不同的特性，下面详细介绍： 1、模块介绍：SystemC程序由多个模块组成，每个模块拥有输入和输出，模块之间通过输入输出的连接通信。在SystemC中，每个模块都是从sc_module派生的类的实例。

#include "systemc.h"
SC_MODULE(MyModule) {
  SC_CTOR(MyModule) {
    // constructor
  }
};

2、通信：SystemC中通过端口port可以实现模块之间的通信。端口分为输入端口（in_port）和输出端口（out_port）。

#include "systemc.h"
SC_MODULE(MyModule) {
  sc_in<int> in_port;
  sc_out<int> out_port;
  SC_CTOR(MyModule) {
    // constructor
  }
};

3、通道和信号：SystemC中用通道（channel）连接两个模块，信号（signal）则是对端口的封装，它提供了一种特殊类型的端口，可以在系统的各个模块之间进行连接。

#include "systemc.h"
SC_MODULE(MyModule) {
  sc_fifo<int> channel;
  SC_CTOR(MyModule) {
    // constructor
  }
};

4、仿真控制：SystemC提供了一些控制仿真的类，如sc_start函数、sc_stop函数、sc_time类等，用于控制仿真过程的时间和顺序。

#include "systemc.h"
SC_MODULE(MyModule) {
  SC_CTOR(MyModule) {
    SC_THREAD(my_thread);
  }
  void my_thread() {
    // thread body
  }
};
int sc_main(int argc, char *argv[]) {
  MyModule my_module("my_module");
  sc_start();
  sc_stop();
  return 0;
}

三、SystemC的应用

SystemC被广泛应用于芯片设计和硬件系统级建模，例如： 1、芯片设计领域：SystemC是一种描述数字芯片行为和系统交互的语言形式，由于其高级抽象的能力，可以让工程师们更快速、更有效地设计并优化芯片结构。

#include "systemc.h"
SC_MODULE(MyModule) {
  sc_in<int> in_port;
  sc_out<int> out_port;
  SC_CTOR(MyModule) {
    SC_METHOD(my_method);
    sensitive << in_port.pos();
  }
  void my_method() {
    // method body
  }
};

2、系统级建模领域：SystemC可以为嵌入式系统和芯片设计提供系统级级建模支持，使得对复杂系统的设计和验证更加高效、更加准确。它的仿真能力能够帮助设计人员在设计的早期阶段检测并修复可能导致问题的部分。

#include "systemc.h"
SC_MODULE(MyModule) {
  sc_in<int> in_port;
  sc_out<int> out_port;
  SC_CTOR(MyModule) {
    SC_METHOD(my_method);
    sensitive << in_port.pos();
  }
  void my_method() {
    out_port.write(in_port.read() + 1);
  }
};

3、可嵌入性：SystemC是一种可嵌入到其他C应用程序中的C库，如利用它进行操作系统的调度和内存分配。

#include "systemc.h"
SC_MODULE(MyModule) {
  sc_in<int> in_port;
  sc_out<int> out_port;
  SC_CTOR(MyModule) {
    SC_METHOD(my_method);
    sensitive << in_port.pos();
  }
  void my_method() {
    out_port.write(in_port.read() + 1);
  }
};
int main(int argc, char *argv[]) {
  MyModule my_module("my_module");
  sc_signal<int> signal;
  my_module.in_port(signal);
  my_module.out_port(signal);
  return 0;
}

四、SystemC的未来

SystemC在数字电子电路设计方面的应用上具有重要意义。SystemC将在不久的将来继续在数字电子跨学科研究中起重要作用。 同时，SystemC领域还存在一些挑战，如可扩展性、高性能、高效仿真等问题仍需解决，这也是SystemC未来发展需要努力的方向。

推荐文章