6.3 端口与通道

6.3 端口与通道

如果子模块之间无法沟通，就无法整合在一起，也就无法提供更强大且有价值的功能了。在SystemC的程序中，子模块之间的沟通必须通过端口及通道；除此之外，进程与子模块间的沟通，以及进程之间的沟通，也都需要通道作为沟通的桥梁。

在本小节中，我们会说明子模块之间如何通过端口和通道进行沟通；下一小节中，将进一步谈到进程与子模块之间的沟通；进程之间的沟通，我们在之前的章节中已经说明过了。

外界无法直接接触模块内部的进程或其他部件，同样地，模块内部的进程或其他部件也不能直接接触外界，组模内外的沟通仅能通过模块对外提供的端口。所以，只有模块的设计者可以决定是否设置端口，以便能够与外界进行沟通。无论是顶层的模块还是内部的子模块，亦或是子模块内部更小的模块，都是一样的，都需要设置端口，才能与外界沟通。

在组合结构图中，端口的图示是一个小方型，放置于模块或部件的框线上，如图6-7所示。从图中所见可知，DAC模块设置了一个名为piDataIn的输入端口，而Memory模块则设置了一个名为poDataOut的输出端口。

图6-7 端口

在设置端口时，通常会指定端口将作为输入（In）或输出（Out）之用。例如，在PC的主机上头，也会区分该端口是接喇叭端子（音频输出），还是接麦克风端子（音频输入）。因为，端口的图示上并未特别标示出输出或输入，所以我们特别以pi（port in,输入）或po（port out,输出）作为端口的名称开头，便于指定端口方向。

一旦模块内部通过端口与外界取得联系之后，便可以通过输出端口写出数据到外部信道，或者也可以通过输入端口从信道读入数据。而且，端口并不直接连接信道，而是通过信道所提供的接口，与信道联系。接口就像是约定好的服务窗口，客人可以在不知服务者为谁的情况下，获得事先约定好的服务。例如邮局有提供储汇服务的窗口，也有提供邮政服务的窗口，我们根本不需要知道柜台后面是哪位银行员工，只要走对服务窗口，就能够获得约定好的服务项目。

由于端口与通道之间并无直接连接，所以当日后必需替换不同种类的信道时，只要新信道有支持原先的旧接口，那就不会影响到端口的设计了。这么一来，不仅原有的端口和模块不需要支出额外的费用，就可以立即享有新通道所带来的益处，而且通道的设计者也可以在不需要担心影响其他部件的情况下，安然地开发新种类的通道。

请先回头看图6-7，在组合结构图中，接口采用小圆图标，实线连接实际提供服务的对象。以sc_fifo信道为例，我们最常使用信道来做输出输入数据的动作，所以SystemC已经预先设计了sc_fifo_out_if接口约定，经由sc_fifo通道的实现之后，模块可以调用write()函数来将数据推进信道。而且，模块也可以通过sc_fifo_in_if接口，调用sc_fifo信道实现的read()函数，以便从信道拉出数据。

再接着看图6-8，端口连接上接口之后，图形就会变成像是一只伸出去的小手在抓取服务小球一般。所以，从这张组合结构图来看，我们可以得知Memory子模块通过poDataOut端口输出数据，并且通过chData信道所提供的sc_fifo_out_if接口，将数据推进sc_fifo信道。随后，DAC子模块通过piDataIn输入端口，经由sc_fifo_in_if接口从信道拉出数据。

图6-8 接口

最后，我们来看一个SystemC程序案例，说明子模块之间如何通过自身的端口，连接信道所提供的接口，以便传递彼此的数据。延续上一小节的Recorder模块，我们修改SystemC代码，让DAC与Memory子模块之间可以通过chData信道传递数据；仿真Memory芯片将数据推进信道，而DAC芯片从信道拉出数据，并转换成模拟音频的运作情况。

简化程序的做法是，我们直接在Memory模块的WriteOut进程里，写出四组8位的数据，仿真保存在内存内的数字音频。这四组8位数据依序为00000000、00000001、00000010、108 SOC设计UML实务手册00000011。当Memory模块将数据写进信道之后，SystemC会通知DAC模块的Convert进程，去信道读出数据。不过，我们当然没有真的转换成模拟音频，取而代之的是，让DAC模块的Convert进程直接将取回的四组8位数据显示到屏幕上，执行画面如图6-9所示。

图6-9 执行画面

图6-10～图6-12则分别是Recorder、Memory和DAC模块的组合结构图。

图6-10 Recorder模块的组合结构图

图6-11 Memory模块的组合结构图

程序清单6-8～6-14为SystemC的源代码，特别需要注意之处，如下所述：

• Recorder.h—特别注意到程序清单6-9的行号15，此处声明了一个名为chData的sc_fifo信道，该信道可存取的数据结构为sc_bv<8>，也就是8位（bit）数据。还有要注意，两个右角键号之间要留一个空格，否则会产出编译错误。

图6-12 DAC模块的组合结构图

• Recorder.cpp—在程序清单6-10的行号10～11中，指定Memory子模块的poDataOut端口连接chData通道，同样地，DAC子模块的piDataIn端口也连到了相同的信道，所以两子模块之间就可以通过共同的信道传递数据了。

• Memory.h—在程序清单6-11的行号7，声明了一个sc_port，而且指定为sc_fifo_out_if接口，同时也指定了传递的数据类型为sc_bv<8>，通过这个sc_fifo_out_if接口可以将数据推进sc_fifo信道中。

• Memory.cpp—在程序清单6-12的行号12～15中，通过poDataOut端口连到sc_fifo_out_if接口，并且调用write()函数，将数据推进chData信道。

• DAC.h—在程序清单6-13的行号7，声明了一个sc_port，而且指定为sc_fifo_in_if接口，同时也指定了传递的数据类型为sc_bv<8>，通过这个sc_fifo_in_if接口可以从sc_fifo信道拉出数据。

• DAC.cpp—如果sc_fifo信道中没有数据（可用数目为0）的话，Convert进程会先暂停执行，等待接收到数据已写入的事件，如程序清单6-14的行号14～15所示。否则Convert进程会调用read()函数，从信道拉出数据，并且显示到屏幕上，如行号16所示。

程序清单6-8 main.cpp

//// EX06_02
7. // main.cpp : Defines the entry point for the console application.
8. //
9. #include "stdafx.h"
10. #include "systemc.h"
11. #include "Recorder.h"
12. int sc_main(int argc, char* argv[])
13. {
14. Recorder *myRecorder = new Recorder("myRecorder");
15. sc_start();
16. system("PAUSE");
17. return 0;
18. }
//// EX06_02

程序清单6-9 Recorder.h

//// EX06_02
18. // Recorder.h
19. //
20. #pragma once
21. #include "Memory.h"
22. #include "DAC.h"
23. class Recorder : public sc_module
24. {
25. public:
26. SC_HAS_PROCESS(Recorder);
27. Recorder(sc_module_name mn);
28. void Playback(void);
29. private:
30. Memory* myMemory;
31. DAC* myDAC;
32. sc_fifo<sc_bv<8> > chData;
33. };
//// EX06_02

程序清单6-10 Recorder.cpp

//// EX06_02
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. myMemory->poDataOut(chData);
11. myDAC->piDataIn(chData);
12. SC_THREAD(Playback);
13. };
14. void Recorder::Playback(void)
15. {
16. cout << "I'm Recorder::Playback" << endl;
17. };
//// EX06_02

程序清单6-11 Memory.h

//// EX06_02
17. // Memory.h
18. //
19. #pragma once
20. class Memory : public sc_module
21. {
22. public:
23. sc_port<sc_fifo_out_if<sc_bv<8> > > poDataOut;
24. SC_HAS_PROCESS(Memory);
25. Memory(sc_module_name mn);
26. void WriteOut(void);
27. };
//// EX06_02

程序清单6-12 Memory.cpp

//// EX06_02
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. poDataOut->write("00000000");
13. poDataOut->write("00000001");
14. poDataOut->write("00000010");
15. poDataOut->write("00000011");
16. };
//// EX06_02

程序清单6-13 DAC.h

//// EX06_02
22. // DAC.h
23. //
24. #pragma once
25. class DAC : public sc_module
26. {
27. public:
28. sc_port<sc_fifo_in_if<sc_bv<8> > > piDataIn;
29. SC_HAS_PROCESS(DAC);
30. DAC(sc_module_name mn);
31. void Convert(void);
32. };
//// EX06_02

程序清单6-14 DAC.cpp

//// EX06_02
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. for(;;)
13. {
14. if (piDataIn->num_available()==0)
15. wait(piDataIn->data_written_event());
16. cout << piDataIn->read() << endl;
17. } //end for
18. };
//// EX06_02