Особенности моделей аппаратного обеспечения
Модели аппаратного обеспечения на таких языках как Verilog HDL [] и SystemC [] представляют собой системы из нескольких взаимодействующих модулей. Как и в языках программирования, модули используются для декомпозиции сложной системы на множество независимых или слабо связанных подсистем. Каждый модуль имеет интерфейс - набор входов и выходов, через которые осуществляется соединение модуля с окружением, и реализацию, определяющую способ обработки модулем входных сигналов: вычисление значений выходных сигналов и изменение внутреннего состояния.
Обработка модулем входных сигналов инициируется событиями со стороны окружения. Под событиями в моделях аппаратного обеспечения понимают любые изменения уровней сигналов. Поскольку обычно рассматривают двоичные сигналы, выделяют два основных вида событий: фронт сигнала (posedge, positive edge) - изменение уровня сигнала с низкого на высокий и срез сигнала (negedge, negative edge) - изменение уровня сигнала с высокого на низкий.
Как правило, каждый модуль состоит из нескольких статически заданных параллельных процессов, каждый из которых реализует следующий цикл: сначала осуществляется ожидание одного или нескольких событий из заданного набора событий, затем их обработка, после чего цикл повторяется. Набор событий, ожидаемых процессом для обработки, называется списком чувствительности (sensitive list) процесса. Будем называть процесс пассивным, если он находится в состоянии ожидания событий, и активным в противном случае.
Важной особенностью моделей аппаратного обеспечения является наличие в них понятия времени: поведение таких моделей определяется не только последовательностью событий, но и длительностью временных интервалов между ними. Время моделируется дискретной целочисленной величиной, физический смысл единицы времени можно задавать. Для описания причинно-следственных отношений между событиями, происходящими в одну единицу модельного времени используется понятие дельта-задержки (delta delay). События, между которыми есть дельта-задержка, выполняются последовательно одно за другим, но в одну и ту же единицу модельного времени.
Для выполнения моделей с целью анализа их поведения обычно используют симуляцию по событиям (event-driven simulation).
В отличие от симуляции по интервалам времени (time-driven simulation), в которой значения сигналов и внутренние состояния модулей вычисляются через регулярные интервалы времени, в этом способе модель рассматривается только в те моменты времени, когда наступают некоторые события. Работа событийного симулятора (event-driven simulator) осуществляется следующим образом. В начале симуляции модельное время устанавливается в ноль. Далее в цикле, пока есть активные процессы, выбирается один из них и выполняется до тех пор, пока этот процесс не станет пассивным. После того, как выполнены все активные процессы, симулятор проверяет, есть ли события, запланированные через дельта-задержку на текущий момент времени. Если такие события есть, симулятор реализует эти события и перевычисляет множество активных процессов, после чего цикл повторяется. Если, после очередного выполнения цикла, событий запланированных на текущий момент времени нет, симулятор проверяет, есть ли события, запланированные на будущие моменты времени. Если таких событий нет, симуляция заканчивается, в противном случае, симулятор изменяет модельное время на время ближайшего события, реализует события, запланированные на этот момент времени и перевычисляет множество активных процессов, после чего цикл повторяется.
