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CAO Électronique et Co-designChapitre 2
YOUNES LAHBIB Jan-Fev 2008
younes.lahbib@gmail.com lahbibyounes@yahoo.fr
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17/04/232
PLAN DU COURS
Partie 1 Partie 1 Du C au C++: une courte présentation du langage C++ et ses différences avec C.
Partie 2 Partie 2 Les concepts clés de l’extension du C++ au SystemC pour la modélisation des circuits intégrés.
Partie 3Partie 3 Le langage SystemC
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17/04/233
Premiers pas: Déclaration des variables Les références Passage des arguments des fonctions par référence Surcharge des fonctions Paramètres par défaut Allocation dynamique de la mémoire Les streams C++
Partie 1 Partie 1 Du C au C++
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17/04/234
Les variables peuvent être déclarés n’importe où dans le code (pas nécessairement au début du code)
ex. 1ex. 1{
int a=0;a++;
// not allowed in C// not allowed in Cfloat b;;
...}
ex. 2ex. 2
/* the i counter is defined directly inside the block, and it is visible only inside it. */
for( int i=0; i<20; i++ ){...;}
Du C au C++ premiers pas: déclaration des variables
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17/04/235
Considérer le code suivant:int a;int & b = a;b = 5;
L’opérateur & signifie que « b » est: - une référence de a, et non une copie de a, - la meme variable avec un nom différent;- un changement sur « b » est refleté sur a et viceversa.
Syntaxe:datatype & var1 = var2;
Note: une variable référence doit toujours être initialisée à une autre variable lors de la déclaration;
Du C au C++ premiers pas: les références « & »
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17/04/236
Passage des arguments des fonctions par références
Le passage des variables par référence est l’application la plus importante des références.
Dans l’exemple, chaque fois qu’une variable de type int est passée à la fonction mult, « a » devient une référence de l’argument passé
Un changement quelconque de cet argument ( a) sera reflété sur la variable passée (val).
void mult(int & a)
{
a *= 2;
}
void main()
{
int val = 3;
mult(val); // now val = 6
}
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17/04/237
Premiers pas: surcharge des fonctions
C++ permet le surcharge des fonctions: – Plus q’une fonction peut avoir le même nom
et le même cadre. – Les fonctions doivent différer par au moins un
paramètre
void mult(int &a){
a *= 2;}void mult(int &a, int n){
a *= n;}
void main(){
int val = 3;
mult(val); // val = 6;mult(val,4); // val = 24;
}
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17/04/238
Arguments par défaut
C++ permet des arguments par défaut pour les fonctions
void mult(int & a, int n = 10){
a *= n;}void main( ){
int val = 3;mult(val); // val = 30;mult(val,4); // val = 120;
}
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17/04/239
Allocation Dynamique
C++ fournit deux opérateurs spéciaux, new et delete, pour allouer et détruire des objets.
int *p;p = new int; // p points to an int location;....delete p; // destroy the int memory location pointed by p
Ex of dynamic vectorsint *p = new int[num]; // now p points to a vector of num integers...delete [ ] p; // needed syntax to destroy a dynamic vector
/* Note: num can be a runtime value, elaborated during the execution of the code;*/
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17/04/2310
CIN COUT C++ Streams
<< et >> sont surchargés pour les types natifs du C.
Il peuvent être surchargé pour tout type définie par l’utilisateur.
#include <iostream.h>void main(){char * c[20] = “Hello world !”;float z = 0.8;int a = 23cout << “c = “ << c << endl;cout << “z = “ << z << endl;cout << “a = “ << a << endl;}
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17/04/2311
Programmation Objet
Classes et objets
Constructeurs et destructeurs
Polymorphisme
Surcharge des opérateurs
Héritage
Templates
Partie 1 Partie 1 Du C au C++
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17/04/2312
Les objets interagissent entre eux par les fonctions dans la POO
Principe de la POOPrincipe de la POO
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17/04/2313
Classes et objets: introduction
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17/04/2314
Objets
OBJECTS – utilisés pour modéliser des entités réelles: personnes, place vecteur, temps, liste …
Comment définir un objet ?
Chaque objet peut être définie pour contenir des données et des fonctions manipulant ces données.
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17/04/2315
ClassesLes classes permettent de modéliser les objets
Les classes contiennent des attributs (données) et des méthodes
class StudentRecord
{
private:
int SSN; //ATTRIBUTES
char first_name[20]; char last_name[20], int grade;
public:
void get_name(); //Methods :OPERATIONS on ATTRIBUTES
void print_name();
};
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17/04/2316
Lien entre Classes et objets
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17/04/2317
Classes et objets: pointeur « this »
« This » pointe sur l’objet de la classe elle-même.La fonction membre peut trouver l’adresse de l’objet auquel elle appartient
/* Function taking an object of type signal as an argument.*/void bind(signal s); […]class signal{
void bindme( ){bind(*this); // *this is the current object which is of type signal
}}
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17/04/2318
Pointeur « this » (suite)
Peut être utilisé pour entre un argument et une variable de classe:
class A {int x = 3;void f(int x) {cout << "x= " << x << ", this->x= " << this->x << endl;}
};
int main() {A instance;instance.f(1); // x= 1, this->x= 3
}
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17/04/2319
Les Constructeurs
Quand un objet de classe est créé, leurs membres peuvent être initialisés par le constructeur de cette fonction.
Le constructeur est exécuté quand un objet est déclaré ou créé dynamiquement (utilisant new)
Définir les constructeurs– A le même nom que la classe elle-même– Ne retourne pas des valeurs.– Ne peut pas être appelé explicitement– Peut passer des arguments.
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17/04/2320
Constructeurs: exemple
class StudentRecord{private:
int SSN;//ATTRIBUTESchar first_name[20], last_name[20], address[40],grade;
public:StudentRecord(int SSN);//Constructor- -- -};
StudentRecord::StudentRecord(int SSN)//Constructor Definition{
this->SSN = SSN;}
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17/04/2321
Passage des arguments au constructeurs
Quand déclarer une instance:– ClassName instance(arg1, arg2, …);
Quand utiliser l’opérateur new:– ptr = new ClassName(arg1, arg2, …);
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17/04/2322
Polymorphisme de fonction
Exemple de surcharge de la fonction add() suivante:
/* The correct function to be invoked is determined by checking the number and type of argument*/
//Declarationsint add(int a,int b); //prototype 1int add(int a,int b,int c); //prototype 2int add(double a,int b); //prototype 3
//Function callscout<<add(5,10) //uses prototype 1cout<<add(5,10,20) //uses prototype 2cout<<add(0.72,10) //uses prototype 3
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17/04/2323
Surcharge des opérateurs
C++ a plusieurs opérateurs: – +, -, *, /, %, ++, --, =, +=, …
Il est nécessaires d’utiliser ces opérateurs avec des objets. Exemple: si on veut ajouter deux strings, utiliser + est plus intuitive d’utiliser la fonction strcat.
Ceci peut se faire en traitant les opérateurs comme des fonctions.
La définition de ces fonctions peut se faire par: – a = +(b, c); pour faire a = b+c
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17/04/2324
Surcharge des opérateurs (suite)// string.cc/* This is a memory efficient string class. It allocates just enough memory to store the string passed to it! It demonstrates overloading the += operator. This is overloaded as a MEMBER FUNCTION */
#include <iostream.h>#include <string.h>class String {private:
char *str;public:// Constructor
String(char* ptr);// member functions
void print();// Overloaded operators
const String& operator+=(const String& a);};
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17/04/2325
Surcharge des opérateurs (suite)
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17/04/2326
Héritage
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17/04/2327
Héritage: Exemple (1/3)
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17/04/2328
Héritage: Exemple (2/3)
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17/04/2329
Héritage: Exemple (3/3)
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17/04/2330
Héritage Multiple
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17/04/2331
Généricité « Template »
Templates: utilise la même classe pour différents types de données.
Exemple:
On peut représenter une pile comme un tableau d’éléments, un entier indiquant le sommet de la pile (LIFO), et des méthodes comme « push et pop ».
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17/04/2332
Classes templates
On veut faire des piles d’entiers, de double et de réels sans écrire plus qu’une fois ce code.
Pour cela on va utiliser les classes templates
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17/04/2333
Classes templates
Si une classe est entrain d’utiliser « int » pour les opérations de la pile une autre qui utilise des « strings » alors il n’y a pas besoin de d’utiliser deux classes différentes mais utiliser des templates.
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17/04/2334
Classes templates
La classe template qui a été définie utilise un type paramètre T.
Pour créer une classe on doit spécifier quel est le type de T. exemple:– Stack<int> iStack– Stack<string> fStack;
Mettant ‘int’ dans <> on dit que T est assigné à un entier ‘int’.
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17/04/2335
Plus q’un paramètre ?
Il est possible de créer des classes templates avec plus qu’un seul paramètre.
template <class X, class Y>
class SampleClass
{
// code
};
Dans ce cas X et Y ont besoin d’être spécifiés lorsque on crée un objet:
SampleClass<int, bool> S;
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17/04/2336
Fonctions Templates (exemple)
On peut déclarer la fonction qui calcule le carré par :
On peut utiliser la fonction ainsi :
T réfère ici au type du paramètre (entier, réel, …)
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17/04/2337
Exemple d’affichage d’un tableau
Cette fonction template affiche un tableau de types de données quelconque. Si le tableau doit contenir des objets définis par l’utilisateur, l’opérateur << dot être surchargé correctement.
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Partie N°2
Du C++ au SystemC
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17/04/2339
Partie 2 Partie 2 Du C++ au SystemC
Les concepts clés de l’extension du C++ au SystemC pour la
modélisation des circuits intégrés.
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17/04/2340
Besoin des langages de modélisation mixte logicielle/matérielle
=>Problématique: on veut un langage permettant de modéliser à la fois du HW et du SW dans les SoCs (systèmes sur puces)!!
Les langages de description du matériel– Verilog, VHDL – ne sont pas dédiés à la modélisation du software
Langages de programmation généralistes– C, Ada, langages Orientés Objet– Manque de primitives permettant la modélisation du Hardware – Besoin d’implémenter un cœur de simulation
Permettre une co-simulation hétérogèneApparition de Langages dédiés au hard basées sur le C
– HardwareC, Hpascal, SpecC, cowareC…– ce sont des langages propriétaires (académiques, CAD vendeurs)
=>Besoin d’un Langage à la fois pour la modélisation et la programmation!!
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17/04/2341
Peut-on utiliser le C++ tel qu’il est pour le HW-SW?
C++ ne supporte pas: Communication hardware : Signaux, protocoles, … Notion de temps : opérations séquencées par le temps
(cycles, délais en ns …) Concurrences: HW et SW opèrent en parallèle Réactivité: le HW réponde au stimuli et il a une
interaction constante avec son environnement, ce qui nécessite le traitement des exceptions.
Types de données HW : Bit, bit-vector, multi-valued logic (0, 1, « x », « z »), signed et unsigned, integer, fixed-pointed, float …
Un cœur de simulation intégré!!
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17/04/2342
SystemC approbation ?
Développé à l’origine par Synopsys, Frontier Design et Coware OSCI (Open SystemC initiative) lancé en Sep 27, 1999 Supporté par plus que 45 sociétés avec 10 membres
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17/04/2343
Histoire du SystemC
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17/04/2344
SystemC 2.0
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17/04/2345
Modélisation d’un Système avec SystemC
Un système est modélisé par: un ensemble de modules (instances de C++ classes), organisées de façon hiérarchiques et fonctionnent de façon concurrente. un ensemble d’élément de communication (signals, channels …) interconnexions (binding) entre des éléments de communication
Tout est basée sur des objets (POO) l’ordonnancement (Scheduling) est assuré par le cœur du SystemC!!
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17/04/2346
Exemple de systèmes
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17/04/2347
Caractéristiques de SystemC
Haute vitesse de simulationPlusieurs niveaux d’abstraction– Haut niveau fonctionnel (algorithmique, TLM, PV, PVT)– CA (Cycle Accurate)– RTL– Classique flow de conception
Protocoles de communication – Channels– Capacité de raffinement
Support de déboguage– Approache C++ -> débuggeurs classiques (gdb, …)– Prendre en compte du paradigme multi-threading pour le
déboguage.
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17/04/2348
Partie 3 Partie 3 les concepts de SystemC
1. Introduction
2. Les éléments de langage SystemC
3. Le cœur de la simulation
4. Les niveaux d’abstraction
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17/04/2349
Introduction (1)
SystemC =Librairie de classe C++ => Approche objetInitiative OpenSource: http://www.systemc.orgModélisation du hard et du softMéthodologie de conception et raffinementdes modèles de simulation :
untimed => timed => bus cycle accurate => cycle accurate
Steering Group de 13 companies9 Université et +50 compagnies participent à
l’initiative
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17/04/2350
SystemC motivation (intro 2)
Un langage de description d’architectures et de logiciels
Une méthodologie pour affiner les modèles de simulation jusqu’à des simulateurs précis au cycle
Un seul langage pour tous les niveaux d’abstraction : C, C++
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17/04/2351
SystemC design flot (Intro 3)
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17/04/2352
Développement en SystemC (intro 4)
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17/04/2353
Principe (intro 5)
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17/04/2354
Module en interne (intro 6)
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17/04/2355
Comparaison entre SystemC et VHDL
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17/04/2356
Environnement de Vérification d’un module
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17/04/2357
Eléments de langage SystemCplan
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17/04/2358
Types de données: avant proposLes types de C++ peuvent être utilisés mais ne sont pas
adéquate pour le hardware:
SystemC fournis d’autres types qui sont nécessaires pour la modélisation des systèmes hard-soft. Il commencent par le préfixe « SC_SC_ »:
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17/04/2359
Syntaxes de sc_int, sc_uint, sc_bigint
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17/04/2360
Eléments de langage SystemCplan
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17/04/2361
Module Un module (SC_MODULE)(SC_MODULE) est un
container. C’est le block basique du SystemC.
– Comme entityentity en VHDL
L’interface du module est dans le fichier header (ending.h)
Fonctionnalités dans le CPP
Module Contient:– Port– Signaux et variables internes– Processus de différents types– Des méthodes C++– Instances d’autres modules– Constructeur
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17/04/2362
Syntaxe du module
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17/04/2363
Structure de base de modélisation
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17/04/2364
Ports (avant propos)
Les ports sont l’interface externe du module– Passe des information au et à partir du module– Contient trois types (in, out, et inout)– Ports sont toujours mappés au signaux (binding,
port-map)– Ports sont des membres du module ( de la classe
sc_module)– Chaque port a un type de donnée passé comme un
template
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17/04/2365
Déclaration des portsLes ports sont déclarés dans le module
– La direction du port est spécifiée par son type: Input sc_in<>sc_in<> Output sc_out<>sc_out<> Inout sc_inout<>sc_inout<>
Le type de donnée est passé en paramètre template:
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17/04/2366
Les signaux (avant propos)
Les signaux sont utilisés pour la communication
Echange les données entre les modules et les processus.
Il y a un seul type de signaux
Les signaux peuvent ne pas être mappées aux ports
Les signaux peuvent être:– Des données membres du SC_MODULE– Utilisés au top pour la connexion entre les modules
Les types de données des signaux sont passés en paramètre.
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17/04/2367
Déclaration des signaux
Sont déclarés à l’intérieur du module ou à l’exterieur.
Il y a un seul type:– sc_signal <>sc_signal <>
Les données sont passées en paramètre (template)
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17/04/2368
Exemple ports-signaux
• Les ports et les signaux sont deux données membres du SC_MODULE
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17/04/2369
Lecture/écriture des ports et des signaux
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17/04/2370
Les Variables
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17/04/2371
Le constructeur
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17/04/2372
Exemple de Constructeur
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17/04/2373
Eléments de langage SystemCplan
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17/04/2374
Processus (avant propos)
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17/04/2375
SC_METHOD (1)
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17/04/2376
SC_METHOD (2)
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17/04/2377
SC_METHOD: sensitivité
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17/04/2378
SC_METHOD : Exemple
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17/04/2379
SC_METHOD : Mode d’exécution
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17/04/2380
Les Processus de type thread
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17/04/2381
Utilisation des Threads
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17/04/2382
Fonctions du contrôle de temps
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17/04/2383
La fonction wait()
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17/04/2384
Mode d’exécution d’une SC_THREAD
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17/04/2385
SC_THREAD exemple
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17/04/2386
Les événement spéciaux (la classe: sc_event)
Events are special objects which can be specified inside a module and invoked by thread processes of this module to synchronize those other threads who are waiting on them.
To declare an event, you have just to instantiate it calling its constructor without arguments:
sc_event sc_event my_event;my_event;To notify this event, you call its member function notify:– examples
sc_time t( 10, sc_ns );my_event.notify( t ); // notify in 10 ns
– ex 2
my_event.notify(0); // notify on the next delta cycle
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17/04/2387
Notification des events
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17/04/2388
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17/04/2389
Formes de wait()
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17/04/2390
Implémentation du Système
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17/04/2391
Implémentation du Système: définir les signaux internes
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17/04/2392
Implémentation du Système: définir des objets des sous-systèmes
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17/04/2393
Implémentation du Système: créer des instances des sous-systèmes
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17/04/2394
Implémentation du Système: interconnexion des sous modules
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17/04/2395
Exemple d’une Bascule D
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17/04/2396
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Co
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Exemple d’un générateur d’interruptions (exercice)
Co
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Co
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100
Le cœur de simulation du SystemC
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SystemC Scheduler
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SystemC Scheduler
Co
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Les niveaux d’abstraction en SystemC
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