SystemC在GPU/CPU SoC驗證中的應用案例

       摘要：SystemC 是一種基于 C++ 的系統級建模語言，廣泛用于 SoC (System on Chip) 設計的建模和驗證，尤其在 GPU SoC 驗證中，SystemC 可用于模擬硬件模塊、系統行為和性能評估。SystemC 的主要優勢在于支持系統級抽象建模、時序仿真以及與硬件描述語言（如 Verilog/SystemVerilog）的集成。以下是 20 個 SystemC 在 GPU SoC 驗證中的用例，包含詳細代碼實現，涵蓋 Memory Model、RISC-V Model 等多個方面，并提供將 SystemC 代碼集成到 UVM (Universal Verification Methodology) 環境中的示例。

       由于篇幅限制，每個用例的代碼將以核心功能為主，注釋說明其作用和適用場景。完整仿真環境可能需要額外的庫和工具支持（如 SystemC 庫、仿真工具）。這些用例和代碼旨在展示 SystemC 在 GPU SoC 驗證中的應用，供學習和參考。

1. 20 個 SystemC 在 GPU SoC 驗證中的用例及詳細代碼

       以下用例分為不同類別，針對 GPU SoC 驗證的特定需求，展示了 SystemC 的應用場景。每個用例包含簡要描述、適用場景和詳細代碼實現。

1.1 存儲系統建模 (Memory System Modeling)

1. DDR Memory Model

   • 描述：模擬 DDR 內存控制器的行為，包括讀寫延遲和帶寬限制，用于 GPU SoC 的內存訪問性能評估。
   • 場景：驗證 GPU 內存訪問的延遲和吞吐量。
   • 代碼：

     #include <systemc.h>
     #define MEM_SIZE 1024*1024 // 1MB 內存
     #define READ_LATENCY 10 // 讀延遲 10ns
     #define WRITE_LATENCY 15 // 寫延遲 15nsSC_MODULE(DdrMemory) {sc_in<bool> clk;sc_in<bool> rst_n;sc_in<sc_uint<32>> addr;sc_in<sc_uint<32>> data_in;sc_out<sc_uint<32>> data_out;sc_in<bool> read_en;sc_in<bool> write_en;sc_uint<32> mem[MEM_SIZE/4]; // 內存數組 (32-bit 字)SC_CTOR(DdrMemory) {SC_METHOD(access_process);sensitive << clk.pos();reset_signal_is(rst_n, false);}void access_process() {if (!rst_n.read()) {// 復位邏輯data_out.write(0);} else {sc_uint<32> index = addr.read() / 4; // 按字尋址if (read_en.read() && index < MEM_SIZE/4) {wait(READ_LATENCY, SC_NS); // 模擬讀延遲data_out.write(mem[index]);std::cout << "DDR Read: addr=0x" << std::hex << addr.read() << ", data=0x" << mem[index] << std::endl;} else if (write_en.read() && index < MEM_SIZE/4) {wait(WRITE_LATENCY, SC_NS); // 模擬寫延遲mem[index] = data_in.read();std::cout << "DDR Write: addr=0x" << std::hex << addr.read() << ", data=0x" << data_in.read() << std::endl;}}}
     };
     

2. L1 Cache Model

   • 描述：建模 GPU 核心的 L1 緩存，模擬緩存命中/缺失和替換策略（如 LRU）。
   • 場景：分析 GPU 核心的緩存性能對渲染任務的影響。
   • 代碼：

     #include <systemc.h>
     #define CACHE_SIZE 256 // 256 行緩存
     #define LINE_SIZE 16 // 每行 16 字節SC_MODULE(L1Cache) {sc_in<bool> clk;sc_in<bool> rst_n;sc_in<sc_uint<32>> addr;sc_in<sc_uint<32>> data_in;sc_out<sc_uint<32>> data_out;sc_in<bool> read_en;sc_in<bool> write_en;sc_out<bool> hit;struct CacheLine {bool valid;sc_uint<32> tag;sc_uint<32> data[LINE_SIZE/4]; // 每行存儲 4 個字int lru_count; // 用于 LRU 替換};CacheLine cache[CACHE_SIZE];SC_CTOR(L1Cache) {SC_METHOD(access_process);sensitive << clk.pos();reset_signal_is(rst_n, false);}void access_process() {if (!rst_n.read()) {for (int i = 0; i < CACHE_SIZE; i++) {cache[i].valid = false;cache[i].lru_count = 0;}hit.write(false);data_out.write(0);} else {sc_uint<32> index = (addr.read() / LINE_SIZE) % CACHE_SIZE;sc_uint<32> tag = addr.read() / (CACHE_SIZE * LINE_SIZE);sc_uint<32> off