SystemC在GPU/CPU SoC验证中的应用案例

       摘要：SystemC 是一种基于 C++ 的系统级建模语言，广泛用于 SoC (System on Chip) 设计的建模和验证，尤其在 GPU SoC 验证中，SystemC 可用于模拟硬件模块、系统行为和性能评估。SystemC 的主要优势在于支持系统级抽象建模、时序仿真以及与硬件描述语言（如 Verilog/SystemVerilog）的集成。以下是 20 个 SystemC 在 GPU SoC 验证中的用例，包含详细代码实现，涵盖 Memory Model、RISC-V Model 等多个方面，并提供将 SystemC 代码集成到 UVM (Universal Verification Methodology) 环境中的示例。

       由于篇幅限制，每个用例的代码将以核心功能为主，注释说明其作用和适用场景。完整仿真环境可能需要额外的库和工具支持（如 SystemC 库、仿真工具）。这些用例和代码旨在展示 SystemC 在 GPU SoC 验证中的应用，供学习和参考。

1. 20 个 SystemC 在 GPU SoC 验证中的用例及详细代码

       以下用例分为不同类别，针对 GPU SoC 验证的特定需求，展示了 SystemC 的应用场景。每个用例包含简要描述、适用场景和详细代码实现。

1.1 存储系统建模 (Memory System Modeling)

1. DDR Memory Model

   • 描述：模拟 DDR 内存控制器的行为，包括读写延迟和带宽限制，用于 GPU SoC 的内存访问性能评估。
   • 场景：验证 GPU 内存访问的延迟和吞吐量。
   • 代码：

     #include <systemc.h>
     #define MEM_SIZE 1024*1024 // 1MB 内存
     #define READ_LATENCY 10 // 读延迟 10ns
     #define WRITE_LATENCY 15 // 写延迟 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]; // 内存数组 (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()) {// 复位逻辑data_out.write(0);} else {sc_uint<32> index = addr.read() / 4; // 按字寻址if (read_en.read() && index < MEM_SIZE/4) {wait(READ_LATENCY, SC_NS); // 模拟读延迟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); // 模拟写延迟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 缓存，模拟缓存命中/缺失和替换策略（如 LRU）。
   • 场景：分析 GPU 核心的缓存性能对渲染任务的影响。
   • 代码：

     #include <systemc.h>
     #define CACHE_SIZE 256 // 256 行缓存
     #define LINE_SIZE 16 // 每行 16 字节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]; // 每行存储 4 个字int lru_count; // 用于 LRU 替换};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