SystemC Tutorial

オレオレSystemC入門@LSI設計雑記帳

※注意事項※

本資料は筆者が所属している団体や組織に関係あるものではありません。

本資料内のソースコードを使って問題が起きても筆者は責任取りません。

楽しく見ていただければ幸いです。

自己紹介

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SystemC is 何

C++のクラスライブラリで

HLSの入力言語だったり、仮想環境モデリング言語だったりするのです！

※HLS(High Level Synthsis)

ようこそ！ SystemCの世界へ

Hello World

#include <systemc.h> !

int sc_main(int argc, char *argv[]) { !

printf("Hello World!!!\n"); !

return 0; }

Hello World

#include <systemc.h> !

int sc_main(int argc, char *argv[]) { !

printf("Hello World!!!\n"); !

return 0; }

SystemCのヘッダーをinclude

main関数は「sc_main」

Hello World$> ./main ! SystemC 2.3.0-ASI --- Jul 13 2012 06:33:43 Copyright (c) 1996-2012 by all Contributors, ALL RIGHTS RESERVED !Hello World!!!

＼(^o^)／できた～

おわり

ってことはなく、まだまだ続きます！

理解する

設計する

検証する

次回予告

目次

理解する

SystemCとは

SystemCは、プログラム言語であるC++のクラスライブラリとして提供されており、それ自体言語として独立した文法を持つものではない。ライブラリにはハードウェア記述の為の機能、すなわち並列実行の概念やデータ型、それを扱う各種関数が定義されている。それを使って書かれたプログラムは通常のC++コンパイラでコンパイルすることができ、結果生成されたオブジェクトはハードウェアのシミュレータとして動作する。

※Wikipedia（http://ja.wikipedia.org/wiki/SystemC）より

http://ja.wikipedia.org/wiki/SystemC

SystemCの適用場面仮想環境：Virtual Platform

ソフトウェア開発環境

トランザクションベース（TLM2.0）

高位合成：High Level Synthsis

SystemC→Verilog HDL/VHDL

サイクルベース

知っておきたいC++基礎

クラスとメンバ

オブジェクト

コンストラクタ

継承(インヘリタンス)

オーバーロード

オーバーライド

多態性　　　　　　　(ポリモフィズム)

テンプレート

※他にもありますが、入門編なので省略

※ポインタ：C言語

SystemCのシステム構成

「モジュール」と呼ばれるデザイン内に

「プロセス」により関数内で機能を記述し

「チャネル」でモジュール間を接続する。

!

各プロセスは同時並列に実行

プロセス内は逐次実行

sc_mainsc_main()

モジュール（SC_MODULE）

sc_main()

モジュールモジュール

モジュール

プロセス（SC_THREAD/SC_METHOD/SC_CTHREAD）

sc_main()

モジュール

プロセス

プロセス

プロセス

モジュール

モジュール

プロセス

チャネル（sc_prim_channel）

sc_main()

モジュール

プロセス

プロセス

プロセス

モジュール

モジュール

プロセス

チャネル

チャネル

プロセス

ポート/インターフェース

設計する

モジュールを作る

プロセスを定義する

機能(処理)を記述する

SC_MODULE( hoge ) { ! sc_in<int> in; sc_out<int> out; ! int x; ! void process(); ! SC_CTOR( hoge ) { SC_THREAD( process ); sensitive << in ; x = 10; } };

void hoge::process() { out = 0; while(1) { wait(); out = in * x; } };


モジュール宣言

#define SC_MODULE(name) struct name : sc_module

※実装はマクロ(struct)

module hoge(...); : endmodule

※Verilog HDL/SystemVerilogでの意味

class hoge : public sc_module { ... };

※classで書く場合(sc_moduleを継承する)


モジュール宣言

コンストラクタ宣言

初期化処理を記述する部分


コンストラクタ宣言

class hoge; function new(); : endfunction

※SystemVerilogだと new関数

#define SC_CTOR(name) implementation-defined; name(sc_module_name)

※実装はマクロ

SC_MODULE( hoge ) { ... SC_HAS_PROCESS(hoge); hoge( sc_module_name n) : sc_module_name(n) { SC_THREAD( processs ); ...

※マクロを使わずで書く場合

必ず必要

豆知識：初期化リストSC_MODULE( hoge ) { ! sc_in<int> in; sc_out<int> out; ! int x; ! void process(); ! SC_CTOR( hoge ) { SC_THREAD( process ); sensitive << in ; x = 10; } };

SC_CTOR( hoge ): in(“in”), out(“out”) {

書いておくと良いことあるかも！

http://lsifrontend.blog100.fc2.com/blog-entry-432.html

※サブモジュールのインスタンス時など　書かないといけない場合もあります

http://lsifrontend.blog100.fc2.com/blog-entry-432.html


プロセスを定義



機能(処理)が記述されている関数


実際の機能(処理)



引数無しの関数

機能(処理)が動くきっかけを指定（この例だと in の値が変化したら）


sensitiveに登録されている動作待ち

プロセス定義は３種類SC_THREAD

void hoge::process() { ... ... wait(); // wait - in(value) ... ... wait(); // wait - in(value) ... wait(); // wait - in(value) ... }

SC_THREAD( process ); sensitive << in ;

初期動作

Simulation

再度呼び出しなし

・関数から抜けると再度呼び出されないため while文や for文で無限ループを作る

プロセス定義は３種類SC_METHOD

SC_METHOD( process ); sensitive << a << b ;

void hoge::process() { ... ... ... ... ... } !!!初期動作 Simulation

wait - a,b(value)

終了まで繰り返す

・繰り返し実行されるプロセス・waitは記述出来ない

プロセス定義は３種類SC_CTHREAD

SC_CTHREAD( process, clock.pos() ); reset_signal_is(reset, true);

void hoge::process() { ... ... ... while(1) { wait(); // wait - prosedge clock ... wait(); // wait - posedge clock ... } }

初期動作

reset_signal_isで設定されていれば強制的に

・SC_THREADをクロックイベント用にしたもの・関数から抜けると再度呼び出されないため while文や for文で無限ループを作る

プロセス定義は３種類SC_THREAD SC_METHOD SC_CTHREAD

void hoge::process() { ... ... wait(); // wait - in(value) ... ... wait(); // wait - in(value) ... wait(); // wait - in(value) ... }

SC_THREAD( process ); sensitive << in ;

SC_METHOD( process ); sensitive << a << b ;

SC_CTHREAD( process, clock.pos() ); reset_signal_is(reset, true);

初期動作

Simulation

再度呼び出しなし

void hoge::process() { ... ... ... ... ... } !!!初期動作 Simulation

wait - a,b(value)

終了まで繰り返す

void hoge::process() { ... ... ... while(1) { wait(); // wait - prosedge clock ... wait(); // wait - posedge clock ... } }

初期動作

reset_signal_isで設定されていれば強制的に

初期動作は dont_initialize();で抑制可能例)SC_THREAD( process ); sensitive << in ; dont_initialize();

sensitive記述は様々SC_THREAD( process ); sensitive << in ;

SC_THREAD( process ); sensitive << in1 << in2 ;

SC_THREAD( process ); sensitive << in1.pos() ; sensitive << in2.neg() ;

SC_THREAD( process ); sensitive << in1.posedge() ; sensitive << in2.negeage() ;

※for文で記述することも出来ます。

(async_)reset_signal_is

reset_signal_is async_reset_signal_is SC_THREAD( process ); reset_signal_is( reset, true);

SC_THREAD( process ); async_reset_signal_is( reset_n, false);

clock

reset

reset_n

リセット期間

リセット期間

※clock立ち上がりエッジ(posedge)の場合

極性信号名

SystemC-2.3から追加


入出力ポート(Interface)宣言

module hoge( input bit[31:0] in, output bit[31:0] out ); : endmodule

※SystemVerilogでの意味

SC_MODULE( hoge ) { ! sc_in<int> in; sc_out<int> out; ! int x; ! void process(); ! SC_CTOR( hoge ) { SC_THREAD( process ); sensitive << in ; } };


out.write(0); while(1) { wait(); out.write( in.read() * x); }

このように動いてます。

out.initialize(0);っと書くことも可能

ポートとチャネルport/interface 接続するchannel

sc_in/out/inout

sc_signal

sc_buffer

sc_clock

sc_fifo_in/out sc_fifo

sc_mutex_if sc_mutex

sc_semaphrore_if sc_semaphore

チャネルはレジスタ(FF)#include <systemc.h> !int sc_main(int argc, char *argv[]) { int a; sc_signal<int> b; ! a = 10; b = 10; std::cout << "a = " << a << ", b = " << b << std::endl; ! sc_start(1, sc_core::SC_NS); std::cout << "a = " << a << ", b = " << b << std::endl; ! return 0; }

実行結果 a = 10, b = 0 a = 10, b = 10

シミュレーション時刻の経過により値が更新される。

(代入はノンブロッキング代入)

チャネルはWire sc_signal<int> x0y0; ! laplacian_filter dut("dut"); testbench tb("tb"); ! dut.clk(clk); dut.x0y0(x0y0); // input : dut.out(y); tb.clk(clk); tb.x0y0(x0y0); // output :

チャネルは用途において、regもしくはwireとなる。

接続(wire)


データ型


データ型

SystemCはC++なので、 C++のデータ型は全て使えます。

SystemCで追加された型データ型説明記述例

sc_int<N> Nビット整数 sc_int<8> a = -123;

sc_uint<N> Nビット符号なし整数 sc_uint<8> a = 0xab;

sc_bigint<N> 64ビット以上のsc_int sc_bigint<128> = “0xaaa...”;

sc_biguint<N> 64ビット以上のsc_uint sc_biguint<128> = “0xaaa...”;

sc_bit ’0’, ’1’ の2値 (使用は非推奨) sc_bit a = ‘1’;

sc_logic ’0’, ’1’, ’x’, ’z’の4値 sc_logic a = ‘z’;

sc_bv<N> Nビットの sc_bit sc_bv<8> a = “10101010”;

sc_lv<N> Nビットの sc_logic sc_lv<8> a = “1x101z10”;

sc_fixed<NW, NI> 固定小数点 sc_fixed<8,4> a = -0.25;

sc_ufixed<NW, NI> 符号なし固定小数点 sc_uifixed<8,4> a = -1.75;

独自のデータ型(MyType)

比較演算子bool operator == (const MyType & rhs) const {

代入演算子MyType& operator = (const MyType& rhs) {

トレース関数void sc_trace(sc_trace_file *tf, const MyType & v, const std::string & NAME ) {

出力演算子ostream& operator << ( ostream& os, MyType const & v ) {

class/structに必ず実装するメンバ関数

検証する

sc_main

モジュールをインスタンスする

信号を生成する

変数の値を表示する

タイミング波形を取得する

sc_mainは必須#include <systemc.h> s_in = 0; sc_start(10, SC_NS); int sc_main(int argc, char *argv[]) { cout << "in = " << s_in << ", out = " << s_out << endl; sc_signal<int> s_in, s_out; hoge m_hoge(“m_hoge”); s_in = 10; m_hoge.in(s_in); sc_start(10, SC_NS); m_hoge.out(s_out); cout << "in = " << s_in << ", out = " << s_out << endl; return 0; }

モジュールをインスタンス#include <systemc.h> s_in = 0; sc_start(10, SC_NS); int sc_main(int argc, char *argv[]) { cout << "in = " << s_in << ", out = " << s_out << endl; sc_signal<int> s_in, s_out; hoge m_hoge(“m_hoge”); s_in = 10; m_hoge.in(s_in); sc_start(10, SC_NS); m_hoge.out(s_out); cout << "in = " << s_in << ", out = " << s_out << endl; return 0; }

hoge *m_hoge; m_hoge = new hoge(“m_hoge”); m_hoge->in(s_in); m_hoge->out(s_out);

※別の書き方

信号を生成#include <systemc.h> s_in = 0; sc_start(10, SC_NS); int sc_main(int argc, char *argv[]) { cout << "in = " << s_in << ", out = " << s_out << endl; sc_signal<int> s_in, s_out; hoge m_hoge(“m_hoge”); s_in = 10; m_hoge.in(s_in); sc_start(10, SC_NS); m_hoge.out(s_out); cout << "in = " << s_in << ", out = " << s_out << endl; return 0; }

※sc_in/outの接続は sc_signal

※sc_startでシミュレーション開始

変数の値を表示する

s_in = 0; sc_start(10, SC_NS); cout << "in = " << s_in << ", out = " << s_out << endl; s_in = 10; sc_start(10, SC_NS); cout << "in = " << s_in << ", out = " << s_out << endl; return 0; }

■cout sc_signal - << operator sc_intなど- a.to_string()関数が存在 ■printf sc_intなど- a.to_int()関数が存在 ■sc_report SystemC定義の表示形式関数 !

★sc_time_stamp() で時刻も表示！

タイミング波形を取得#include <systemc.h> s_in = 0; sc_start(10, SC_NS); int sc_main(int argc, char *argv[]) { cout << "in = " << s_in << ", out = " << s_out << endl; sc_signal<int> s_in, s_out; sc_trace_file *tf; s_in = 10; tf = sc_create_vcd_trace_file("waves"); sc_start(10, SC_NS); sc_trace(tf, s_in, "in"); cout << "in = " << s_in sc_trace(tf, s_out, "out"); << ", out = " << s_out << endl; hoge m_hoge(“m_hoge”); sc_close_vcd_trace_file(tf); m_hoge.in(s_in); return 0; m_hoge.out(s_out); } ※閉じることを忘れずに

余談SystemCのシミュレータは無償なので、いつでもシミュレーションできます。Webでも → http://www.edaplayground.com

仮想環境(Virtual Platform/TLM2.0)については別スライドを作成する予定です。

最近、SystemC流行ってます！(ステマ)この機会に是⾮非トライしてみてください！

おわり

Technology

SystemC Tutorial