技术标签： matlab 算法 语言 types module thread 嵌入式开发
SystemC是解决系统级设计挑战的设计工具。在1999年的11月，世界最主要的EDA工具开发商、IP供应商、半导体厂家、系统和嵌入式软件公司宣布推出了Open SystemC Initiative（OSCI），同时提供了一个C++建模平台、即SystemC。
SystemC是由一组C++类库所组成的建模平台，加入了一个仿真核，可以在系统级、行为描述级和寄存器转换级支持硬件建模。C/C++编程语言被系统结构硬件工程师和软件工程师广泛应用，但这些语言却不能够准确描述硬件建模的概念。SystemC提供了一种用扩展的C++来加入硬件建模结构的方法和途径。
SystemC基于C++语言，C++语言是比较流行的计算机语言之一，这对系统设计师和软件工程师来讲是比较熟悉的语言。SystemC既是一个C++类库，又是一种设计方法，可以用来有效地创建软件精确算法、硬件结构模型，以及SOC与系统级设计的接口，可以在各个抽象层次上对系统和硬件建模。软件算法和接口规范用C或者C++语言写成，C++程序描述了系统的行为，提供了紧凑、有效的系统描述所必需的控制和调用数据。由于大多数设计者对于这些语言都很熟悉，并且有很大数量的开发工作都与之相关联，因而可利用资源比较丰富。
C++是一种基于对象的编程语言，这使得可以通过“类”来扩展语言，而不需要增加新的语法结构。SystemC提供了这些必要的“类”，并且允许设计者继续使用所熟悉的C++语言及其开发工具。
SystemC语言的发展到当前大致经历了两个阶段：SystemC1.0和SystemC2.0。与HDL语言类似，SystemC1.0可以用来进行硬件描述。2001年SystemC2.0的推出使SystemC成为真正的系统级设计语言，能够用来对SoC体系结构进行更加自然和有效的描述。这样就使SystemC语言涵盖了从系统概念直到实现的针对系统软，硬件建模的能力。发布SystemC2.0语言的一个主要目的是使用户可以在（相对于RTL）更高的层次对SoC系统进行描述。SystemC2.0引入了新的特性、概念以支持更方便、有效地对系统进行建模，包括channel，interface，event等。HDL语言的RTL模型很适合于对一个特定的硬件模型进行建模，但通常很难高效率的对构成整个SoC的各模块之间的通讯，同步机制进行描述。所以Transaction Level（交易级）的建模思想被引入到了SoC设计流程之中。
SystemC的基本类库有四种:模块(Module)、进程(Process),端口/信号(Port/Signal)和数据类型(Data Types)。其中模块(Module)是SystemC中最基本的结构单元，其内可以包含端口、信号、进程或子模块。在设计过程中可以把一个复杂的系统划分成若干简单的子模块，进行结构化设计。它可以隐含内部的操作，仅通过端口和外部进行通信连接。
进程(Process)有三类：Method Process, Thread Process和Clocked Thread Process。强调一下，这里的进程和操作系统中的进程不是同一概念，这里进程是SystemC中的基本执行单元，它用来模拟目标设备或系统的行为。其中Method Process类似模块中的成员函数，体现模块的功能特性。当有事件(信号值发生变化)发生时，Method Process开始执行，一直到操作完，操作期间不能被挂起或无限循环运行:Thread Process和Method Proces:的主要区别在于进程执行过程中可以被挂起和再次被激活，直到运行完毕。Clocked Thread Proces是Thread Process的一个子集，主要对时序电路和同步操作进行描述，它在时钟边沿触发时开始运行。端口/信号(Port/Signal)类主要负责模块间的相互连接和通信。其中端口有输入、输出和双向输入/输出3种类型。数据类型(Data Types)继承了C++中的所有数据类型，同时为描述硬件的物理信息扩展了时间、延时和逻辑等物理数据类型。
SystemC的体系构架如图2-1所示，有如下的特征:
1） 所有的SystemC都是基于C++的。
2） 上层的构架都是很明显地建立在下层构架的基础之上的。
3） SystemC内核提供了一个用于系统体系结构、并行、通信和同步时钟的模块（SC_MODULE）。
4） 完全支持内核描述以外的数据类型、用户定义数据类型。
5） 通常使用的通信方式，如信号、FIFO等都可以在内核的基础上建立，经常使用的计算模块也可以在内核基础上建立。
6） 如果需要，较低层的内容可以不依赖上层而直接使用。
图2-1 SystemC 语言结构图
在 SystemC 中，硬件模块的引脚是通过端口类对象来进行描述的，而连线则用到了信号类，进程则是用来描述硬件模块的并发性的结构。利用 SystemC 描述硬件系统的过程如下：
1 定义模块结构，利用 SystemC 的模块类来描述一个模块；
2 定义引脚，利用端口类定义特定模块的引脚，例如时钟引脚，数据引脚等。
3 定义进程，模块的功能描述主要是通过进程来实现，在 SystemC 中进程具有并发性。还需要说明的是进程的执行需要一定的触发条件，如可以通过引脚值的改变来触发进程。
4 通过上面的三个步骤基本上完成了对一个硬件模块的描述，接下来需要实例化模块，模块实际上是一个类，实例化的过程在 SystemC 的主函数中进行，在主函数中需要定义一些信号对象，这些信号对象用于连接系统中各个模块的引脚，接着创建各个模块的对象，把对象中对应的引脚与前面定义的信号对象相连接，信号对象和引脚都有数据类型，例如可以在程序中定义整型，布尔型等数据类型的信号或引脚对象。只有相同数据类型的引脚和信号才能进行连接。通过上面的四个步骤就可以完成一个系统的设计，后面的工作就是仿真运行和验证整个系统的正确性。
在系统开发初期，可以用UML对系统需求和架构进行分析和描述，算法部分可以使用Matlab、SPW、CCSS等进行分析，然后利用SystemC进行交易级别建模,划分系统软硬件，对目标系统进行比较详细的划分，然后再利用SystemC完成后续流程。
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