6.2 结构设计

6.2 结构设计

之前，我们看到的案例都是单一模块的设计，模块内部主要含有信道或进程，并未包含其他更小的模块，这可归类为单层级（Hierarchy）的模块设计。对于小型单纯的案例可以采用单一层级的设计，可是面对真实的系统，通常规模都比较大型且复杂，届时就需要采用多层级的设计方式了。

所谓的多层级的模块设计，意味着大模块内部含有数个小模块，而小模块的内部还可能包含更小的模块，形成多层级的组合结构。举例来说，图6-2的Recorder模块设计中，其内部含有次层级的Microcontroller、Memory和Keypad三个子模块，而其中的Mircocontroller子模块内部又含有次次层级更小的子模块。

图6-2 对象层级（组合结构图）

真实的SoC结构就如Recorder模块一般，层层叠叠，组装整合着许多特殊功能的芯片，以便提供整合性的多样功能。同样地，对于Recorder模块的结构设计，我们可以用UML的类图呈现出另一种层级关系的空间感，如图6-3所示。

在本章中，我们的重点摆在组合结构图。在稍后的章节里才会为您详细介绍类图。所以看完图6-3的展示之后，让我们再回到组合结构图的主题吧！

现在，我们来示范一个简单的多层级模块设计，说明它的SystemC程序语法以及组合结构图的图标。在这个案例里，最顶层的Recorder模块内部含有两个子模块，分别名为DAC与Memory。我们计划用DAC子模块来仿真数字音频转模拟音频的芯片，以及用Memory子模块来仿真存储音频数据的内存。因此，我们绘制了图6-4的组合结构图，用来呈现Recorder模块的结构设计。

图6-3 类层级（类图）

在组合结构图中，我们用来代表最顶层模块的图标称为“结构类”（Structured Classifier），内部的小模块或其他的小对象则称为“部件”（Part）。在SystemC的应用中，比较特别的是，我们会用部件来表达进程，同时也会用部件来表达通道。这么做的原因在于，模块内部的进程或信道都会跟子模块沟通，而且它们也是模块内部相当重要的组成对象。

图6-4 类与部件

以封装特性而言，DAC或Memory子模块的内部结构具有封装性，也就是除了该设计者外，其余的用户恐怕无法窥见其内部的设计，那是可卖钱的关键啊！所以，Recorder模块的设计者通常仅能见到子模块对外沟通的端口，并且获知子模块能够提供的功能。关于端口与通道的设计，更为复杂些，所以我们留待下一小节才细谈。

因此，此处图6-5的子模块组合结构图中，我们用一个简单的Convert进程仿真DAC芯片的音频转换功能，以及用WriteOut进程仿真Memory芯片的取出音频数据的功能。在这个案例中，我们的重点在说明Recorder模块内含两个子模块的情形，因此简化了进程的设计，仅在屏幕上显示进程名称，如图6-6所示。

图6-5 子模块的组合结构图

图6-6 执行画面

接着，我们来看SystemC程序的文件结构，不同于之前章节的文件结构。在之前的章节中，我们将所有的代码摆在同一个文件中；但是现在，代码越来越多了，为了方便理解与管理，我们打算按照C++程序的惯例，将代码分置于数个不同功能的文件里面。简述如下：

• main.cpp—主要放置sc_main()函数，其内的代码主要在处理、创建顶层模块的对象，并且启动SystemC引擎来执行仿真事务。请看程序清单6-1的行号8，这是Recorder对象的声明与创建；行号9的sc_start()函数则用来启动SystemC引擎，以便进行仿真。特别注意行号5，必须把Recorder.h包含进来，main.cpp文件才能使用Recorder模块。

• Recorder.h—主要放置Recorder模块的声明，像是其内部的建构式、析构式和进程，以及数据、事件、信道、端口和子模块，等等，皆于此处声明之。特别注意到程序清单6-2的行号4～5，此处将DAC.h和Memory.h包含进来，以便在行号13～14可以使用DAC与Memory子模块。

• Recorder.cpp—主要放置Record模块的建构式、析构式和进程的代码。特别注意到程序清单6-3的行号8～9，创建了DAC与Memory子模块的对象；而且别忘了行号5，把Recorder.h包含进来，才能使用到.h所声明的内容。

• Memory.h—主要放置Memory子模块的声明，此处主要声明了一个名为WriteOut的进程，如程序清单6-4的行号9所示。

• Memory.cpp—主要放置Memory模块的建构式、析构式和进程的代码。特别注意到程序清单6-5的行号5，把Memory.h包含进来，才能使用到.h所声明的内容。

• DAC.h—主要放置DAC子模块的声明，此处主要声明了一个名为Convert的进程，如程序清单6-6的行号9所示。

• DAC.cpp—主要放置DAC模块的建构式、析构式和进程的代码。特别注意到程序清单6-7的行号5，把DAC.h包含进来，才能使用到.h所声明的内容。

程序清单6-1 main.cpp

//// EX06_01
48. // main.cpp : Defines the entry point for the console application.
49. //
50. #include "stdafx.h"
51. #include "systemc.h"
52. #include "Recorder.h"
53. int sc_main(int argc, char* argv[])
54. {
55. Recorder *myRecorder = new Recorder("myRecorder");
56. sc_start();
57. system("PAUSE");
58. return 0;
59. }
//// EX06_01

程序清单6-2 Recorder.h

//// EX06_01
102. // Recorder.h
103. //
104. #pragma once
105. #include "Memory.h"
106. #include "DAC.h"
107. class Recorder : public sc_module
108. {
109. public:
110. SC_HAS_PROCESS(Recorder);
111. Recorder(sc_module_name mn);
112. void Playback(void);
113. private:
114. Memory* myMemory;
115. DAC* myDAC;
116. };
//// EX06_01

程序清单6-3 Recorder.cpp

//// EX06_01
1. // Recorder.cpp
2. //
3. #include "stdafx.h"
4. #include "systemc.h"
5. #include "Recorder.h"
6. Recorder::Recorder(sc_module_name mn) : sc_module(mn)
7. {
8. myMemory = new Memory("myMemory");
9. myDAC = new DAC("myDAC");
10. SC_THREAD(Playback);
11. };
12. void Recorder::Playback(void)
13. {
14. cout << "I'm Recorder::Playback" << endl;
15. };
//// EX06_01

程序清单6-4 Memory.h

//// EX06_01
1. // Memory.h
2. //
3. #pragma once
4. class Memory : public sc_module
5. {
6. public:
7. SC_HAS_PROCESS(Memory);
8. Memory(sc_module_name mn);
9. void WriteOut(void);
10. };
//// EX06_01

程序清单6-5 Memory.cpp

//// EX06_01
1. // Memory.cpp
2. //
3. #include "stdafx.h"
4. #include "systemc.h"
5. #include "Memory.h"
6. Memory::Memory(sc_module_name mn) : sc_module(mn)
7. {
8. SC_THREAD(WriteOut);
9. };
10. void Memory::WriteOut(void)
11. {
12. cout << "I'm Memory::WriteOut" << endl;
13. };
//// EX06_01

程序清单6-6 DAC.h

//// EX06_01
1. // DAC.h
2. //
3. #pragma once
4. class DAC : public sc_module
5. {
6. public:
7. SC_HAS_PROCESS(DAC);
8. DAC(sc_module_name mn);
9. void Convert(void);
10. };
//// EX06_01

程序清单6-7 DAC.cpp

//// EX06_01
1. // DAC.cpp
2. //
3. #include "stdafx.h"
4. #include "systemc.h"
5. #include "DAC.h"
6. DAC::DAC(sc_module_name mn) : sc_module(mn)
7. {
8. SC_THREAD(Convert);
9. };
10. void DAC::Convert(void)
11. {
12. cout << "I'm DAC::Convert" << endl;
13. };
//// EX06_01