SystemC Modules and Processes(1)

這個章節包含了一個完整的基本設計用以展示如何在SystemC裏使用modules及processes.
為了淺顯易懂，它是屬於非常低階的設計，這種設計方式並不是一個你在做系統層級設計時所希望的。
主要的展示重點：

1. 建立階層架構


2. 使用內建的sc_signal通道


3. (特殊)ports


4. Processes(SC_METHOD, SC_THREAD, SC_CTHREAD)


5. 一個簡單的測試程式

SystemC的背景
為什麼要看Modules及Processes呢？這是因為System的主要目的是想要解決軟體及硬體的同時設計，並且希望能對大型的系統建立模型。
Process是程式裏的最小單位，系統裏的每個Process皆是平行運作的。機乎所有的高階系統層級設計(high-level system level design:SLD)工具都是以網絡行程(network of processes)的基礎模型(underlying model)來開發設計的。
SystemC提供了Processes(行程)來支援建構網絡裏的每個獨立(同時/平行)的程式碼區塊(pieces of code)。

SLD常會遇到大型的設計需求。為了滿足這個目的，它通常都是使用階層式(Hierarchy)的架構來設計。階層式架構在SystemC裏會以module來實現它，一個類別(class)和其它的modules的連接方式必需使用ports。
Modules允許被分割進行設計開發。Modules可能包含其它的processes以及實體化(instances)其它的modules。

一個設計範例
這個範例是以4個NAND閘組成1個EXOR閘。再次說明，這個範例並不是一個典型設計的風格，但是它可以很容易的讓大家了解SystemC。
範例電路圖如下：

第一步當然就是去建構NAND閘的模型囉。NAND閘是一種組合電路，它的輸出完全取決於輸入端，它完全沒有記憶功能，也不需要時脈。
所以這個模型(model)可以使用SystemC裏最簡單的process SC_METHOD 來設計。

SC_METHOD是一個簡單的C++函式，因此SystemC class library將它拿來展現processes的行為。
比較特別的：
SystemC class library包含了一個模擬核心(simulation kernel) - 處理每個模型的時間推移，以及當有輸入改變時呼叫函式去處理相應的輸出。
SC_METHOD需要定義function給它及觸發function的輸入值條件。(The function must be declared as an SC_METHOD and made sensitive to its inputs.)

底下是NAND閘的範例程式(nand.h)

#include "systemc.h"

SC_MODULE(nand2)          // declare nand2 sc_module

{
  sc_in<bool> A, B;       // input signal ports
  sc_out<bool> F;         // output signal ports

  void do_nand2()         // a C++ function
  {
    F.write( !(A.read() && B.read()) );
  }

  SC_CTOR(nand2)          // constructor for nand2
  {
    SC_METHOD(do_nand2);  // register do_nand2 with kernel
    sensitive << A << B;  // sensitivity list
  }
};

程式說明:

階層架構在SystemC裏是使用class sc_module來實現。sc_module 可能會被直接拿來使用，也可能會被使用巨集SC_MODULE指令所隱藏起來。
上面的範例裏就是使用SC_MODULE來建立一個sc_module名字叫nand2的類別物件。

接下來宣告輸入及輸出埠。一般來說，一個埠的宣告都是使用類別sc_port。
再進一步的例子，input ports還會需要使用sc_signal來宣告型態。如：

sc_port<sc_signal_in_if<bool>,1> A,B;

所以就如同你看到的，會有很多很多的形態耶。所以為了方便，也可以使用特別的ports.
sc_in就是一個特殊的埠用以快速的使用sc_signal。

ports可以是C++或SystemC的任何一種形態，範例裏是使用C++內建的bool形態。

再接下來介紹，input及output ports都包含了read()/write()的方法(methods)，使用它們來讀/寫埠的資料。
A和B都是被拿來讀資料的，do_nand2()是拿來計算的函式，而計算結果將透過write()寫入到F裏。

注意一下你也可以不使用read()/write()來讀/寫資料，用=來進行操做，如：

F = !(A && B);

但是使用read()/write()是比較好的作法，它比較容易讓C++的編譯程式進行分析。

在看完do_nand2()後，接著是建構式sc_module，它實體化了nand2這個物件。SystemC提供了簡單的方法來完成這件事，那就是SC_CTOR。
這個建構式處理的事情如下：

1. 建立階層(不過在這個範例中沒有)


2. 在simulation kernel裏註冊我們這個新的process


3. 宣告這個的觸發條件清單列表

它也可能在建構式裏做一些初使化的的行為 - 比如說：類別資料成員就可以在建構式裏進行初使化。

所以在上面的範例程式裏，建構式宣告了do_nand2是一個SC_METHOD，並且告訴kernel當port A/B值發生改變時去執行do_nand2()。

資料來源：
http://www.doulos.com/knowhow/systemc/tutorial/modules_and_processes/