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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Blog:LSI設計雑記帳 http://lsifrontend.blog100.fc2.com/Twitter:@kocha2012 https://twitter.com/kocha2012GitHub:Kocha https://github.com/Kocha

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 WorldSystemCのヘッダーをinclude#include <systemc.h>!int sc_main(int argc, char *argv[]) {!main関数は「sc_main」printf("Hello World!!!n");!return 0;}

ってことはなく、まだまだ続きます！

目次理解する設計する検証する次回予告

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

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 SynthsisSystemC→Verilog HDL/VHDLサイクルベース

知っておきたいC++基礎※ポインタ：C言語クラスとメンバオーバーロードオブジェクトオーバーライドコンストラクタ多態性継承 (インヘリタンス)(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

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

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モジュールプロセスモジュールプロセスプロセス

チャネル（sc_prim_channel）sc_main()モジュールプロセスモジュールチャネルチャネルプロセスプロセスモジュールプロセスプロセスポート/インターフェース

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;}};

SC_MODULE( hoge ) {モジュール宣言!sc_in<int> in;sc_out<int> out;int x;!void process();};#deﬁne SC_MODULE(name) struct name : sc_module※classで書く場合(sc_moduleを継承する)!!※実装はマクロ(struct)class hoge : public sc_module {...};※Verilog HDL/SystemVerilogでの意味module hoge(...);:endmoduleSC_CTOR( hoge ){SC_THREAD( process );sensitive << in ;x = 10;}

SC_MODULE( hoge ) {モジュール宣言!sc_in<int> in;sc_out<int> out;!int x;初期化処理を記述する部分!void process();!};SC_CTOR( hoge ) コンストラクタ宣言{SC_THREAD( process );sensitive << in ;x = 10;}

SC_MODULE( hoge ) {※実装はマクロ!sc_in<int> in;sc_out<int> out;!int x;!void process();!};#deﬁne SC_CTOR(name) implementation-deﬁned;name(sc_module_name)※マクロを使わずで書く場合SC_MODULE( hoge ) {必ず必要...SC_HAS_PROCESS(hoge);hoge( sc_module_name n) : sc_module_name(n) {SC_THREAD( processs );...SC_CTOR( hoge ) コンストラクタ宣言{SC_THREAD( process );sensitive << in ;※SystemVerilogだと new関数class hoge;x = 10;function new();}:endfunction

豆知識：初期化リスト※サブモジュールのインスタンス時など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;}}; 書かないといけない場合もあります書いておくと良いことあるかも！SC_CTOR( hoge ):in(“in”), out(“out”) {http://lsifrontend.blog100.fc2.com/blog-entry-432.html

SC_MODULE( hoge ) {!sc_in<int> in;sc_out<int> out;!int x;!void process();!};SC_CTOR( hoge ){SC_THREAD( process );プロセスを定義sensitive << in ;x = 10;}

SC_MODULE( hoge ) {!sc_in<int> in;sc_out<int> out;!int x;!void process();!};実際の機能(処理)void hoge::process() {out = 0;while(1) {wait();out = in * x;}};SC_CTOR( hoge )機能(処理)が記述されている関数{SC_THREAD( process );プロセスを定義sensitive << in ;x = 10;}

SC_MODULE( hoge ) {!sc_in<int> in;sc_out<int> out;!int x;!引数無しの関数void process();!};void hoge::process() {out = 0;while(1) {wait(); sensitiveに登録されている動作待ちout = in * x;}};SC_CTOR( hoge ){SC_THREAD( process );プロセスを定義sensitive << in ;x = 10; 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）

プロセス定義は３種類SC_THREADSC_THREAD( process );sensitive << in ;void hoge::process() {...初期動作...wait(); / wait - in(value)/...Simulation...wait(); / wait - in(value)/...wait(); / wait - in(value)/...}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_METHODSC_METHOD( process );sensitive << a << b ;void hoge::process() {wait - a,b(value)...............}!!!初期動作 Simulation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_CTHREADSC_CTHREAD( process, clock.pos() );reset_signal_is(reset, true);void hoge::process() {...初期動作......while(1) {wait(); / wait - prosedge clock/...wait(); / wait - posedge clock/...}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_THREADSC_METHODSC_THREAD( process );sensitive << in ;SC_METHOD( process );sensitive << a << b ;void hoge::process() {...初期動作...wait(); / wait - in(value)/...Simulation...wait(); / wait - in(value)/...wait(); / wait - in(value)/...}再度呼び出しなしvoid hoge::process() {wait - a,b(value)...............}!!!初期動作 Simulation終了まで繰り返すSC_CTHREADSC_CTHREAD( process, clock.pos() );reset_signal_is(reset, true);void hoge::process() {...初期動作......while(1) {wait(); / wait - prosedge clock/...wait(); / wait - posedge clock/...}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※for文で記述することも出来ます。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() ;

(async_)reset_signal_isSystemC-2.3から追加reset_signal_isasync_reset_signal_isSC_THREAD( process );reset_signal_is( reset, true);SC_THREAD( process ); 信号名極性async_reset_signal_is( reset_n, false);※clock立ち上がりエッジ(posedge)の場合clockresetリセット期間reset_nリセット期間

SC_MODULE( hoge ) {!sc_in<int> in;入出力ポート(Interface)宣言sc_out<int> out;※SystemVerilogでの意味!int x;!void process();!};module hoge(input bit[31:0] in,output bit[31:0] out);:endmoduleSC_CTOR( hoge ){SC_THREAD( process );sensitive << in ;x = 10;}

SC_MODULE( hoge ) {!sc_in<int> in;sc_out<int> out;!int x;!void process();!};SC_CTOR( hoge ){SC_THREAD( process );sensitive << in ;out.initialize(0);っと書くことも可能}void hoge::process() {out = 0;while(1) {wait();out = in * x;}};このように動いてます。out.write(0);while(1) {wait();out.write( in.read() * x);}

ポートとチャネルport/interface接続するchannelsc_signalsc_in/out/inoutsc_buffersc_clocksc_ﬁfo_in/outsc_ﬁfosc_mutex_ifsc_mutexsc_semaphrore_ifsc_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 = 0a = 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Wiresc_signal<int> x0y0;!laplacian_ﬁlter dut("dut");testbench tb("tb");!dut.clk(clk);dut.x0y0(x0y0); / input/:dut.out(y);接続(wire)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。

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

SC_MODULE( hoge ) {!sc_in<int> in;sc_out<int> out;!データ型int x;SystemCはC++なので、!void process();C++のデータ型は全て使えます。SC_CTOR( hoge )!{};}SC_THREAD( process );sensitive << in ;x = 10;

SystemCで追加された型データ型sc_int<N>sc_uint<N>sc_bigint<N>sc_biguint<N>sc_bitsc_logicsc_bv<N>sc_lv<N>sc_fixed<NW, NI>sc_ufixed<NW, NI>説明記述例Nビット整数sc_int<8> a = -123;Nビット符号なし整数sc_uint<8> a = 0xab;64ビット以上のsc_intsc_bigint<128> = “0xaaa...”;64ビット以上のsc_uintsc_biguint<128> = “0xaaa...”;’0’, ’1’ の2値 (使用は非推奨) sc_bit a = ‘1’;’0’, ’1’, ’x’, ’z’の4値sc_logic a = ‘z’;Nビットの sc_bitsc_bv<8> a = “10101010”;Nビットの sc_logicsc_lv<8> a = “1x101z10”;固定小数点sc_fixed<8,4> a = -0.25;符号なし固定小数点sc_uifixed<8,4> a = -1.75;

独自のデータ型(MyType)class/structに必ず実装するメンバ関数比較演算子 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 ) {

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);cout << "in = " << s_in<< ", out = " << s_out << endl;int sc_main(int argc, char *argv[]) {sc_signal<int> s_in, s_out;hoge m_hoge(“m_hoge”);m_hoge.in(s_in);m_hoge.out(s_out);※別の書き方hoge *m_hoge;m_hoge = new hoge(“m_hoge”);m_hoge->in(s_in);m_hoge->out(s_out);}s_in = 10;sc_start(10, SC_NS);cout << "in = " << s_in<< ", out = " << s_out << endl;return 0;

信号を生成#include <systemc.h>s_in = 0;sc_start(10, SC_NS);cout << "in = " << s_in<< ", out = " << s_out << endl;int sc_main(int argc, char *argv[]) {※sc_in/outの接続は sc_signalsc_signal<int> s_in, s_out;※sc_startでシミュレーション開始hoge m_hoge(“m_hoge”);m_hoge.in(s_in);m_hoge.out(s_out);}s_in = 10;sc_start(10, SC_NS);cout << "in = " << s_in<< ", out = " << s_out << endl;return 0;

変数の値を表示する■coutsc_signal - << operatorsc_intなど- a.to_string()関数が存在s_in = 0;■printfsc_start(10, SC_NS);sc_intなど- a.to_int()関数が存在 cout << "in = " << s_in<< ", out = " << s_out << endl;■sc_reportSystemC定義の表示形式関数s_in = 10;sc_start(10, SC_NS);!cout << "in = " << s_in★ sc_time_stamp() で << ", out = " << s_out << endl;時刻も表示！return 0;}

タイミング波形を取得#include <systemc.h>s_in = 0;sc_start(10, SC_NS);cout << "in = " << s_in<< ", out = " << s_out << endl;int sc_main(int argc, char *argv[]) {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");sc_trace(tf, s_out, "out");hoge m_hoge(“m_hoge”);m_hoge.in(s_in);m_hoge.out(s_out);cout << "in = " << s_in<< ", out = " << s_out << endl; sc_close_vcd_trace_file(tf);return 0;※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！

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