SystemC：时间建模

SystemC 仿真中的时间建模，详细介绍仿真时间的表示、分辨率配置、时间控制方法，以及进程延时的实现，为后续并发、时序相关建模奠定基础。

一、三类时间测量维度

SystemC 仿真涉及三种不同时间概念，需明确区分：

壁钟时间（Wall-Clock Time）：从仿真启动到结束的实际流逝时间（含系统其他进程占用时间）。
处理器时间（Processor Time）：CPU 实际用于执行仿真的时间，通常小于壁钟时间。
仿真时间（Simulated Time）：模型所模拟的系统时间，可短于或长于壁钟时间（如用 2 秒壁钟时间模拟 15 毫秒系统时间）。

二、时间的核心表示：sc_time 类

作用：SystemC 中表示时间的核心数据类型，用于存储仿真时间、指定延时和超时时间。

语法格式 ：

cpp

复制代码

sc_time name; // 无初始化
sc_time name(double value, sc_time_unit unit); // 带值和单位初始化
sc_time name(const sc_time& other); // 拷贝构造，用已经创建的对象再创建另一个

支持的时间单位 （由sc_time_unit枚举定义）：
- 从飞秒（SC_FS，10⁻¹⁵秒）到秒（SC_SEC，10⁰秒），覆盖硬件建模的细粒度到系统级的粗粒度时间需求。
核心操作 ：
- 算术运算：支持+、-、*、/（如t1 + t2、t * 2）。
- 比较运算：支持==、!=、<、>等（如t1 > t2判断时间长短）。
- 转换方法：to_double()（转换为数值）、to_seconds()（转换为秒数），支持流输出（cout << t）。

三、时间分辨率配置

定义：仿真时间的最小精度单位，默认值为 1 皮秒（SC_PS）。
配置方法 ：通过sc_set_time_resolution(double value, sc_time_unit unit)设置，示例：

cpp
复制代码
```
sc_set_time_resolution(1, SC_NS); // 设为1纳秒
```
关键限制 ：
- 仅能设置一次，且必须在创建sc_time对象和调用sc_start()之前完成。
- 配置值必须是 10 的正整数次幂（如 1、10、100，不能是 3 或 5）。

四、仿真时间的核心控制函数

（一）sc_time_stamp ()：获取当前仿真时间

作用：返回当前仿真时刻的sc_time对象，用于日志输出、时序判断等。

示例：

cpp

复制代码

cout << "当前时间：" << sc_time_stamp() << endl; // 输出如"0 ns"

（二）sc_start ()：启动仿真

作用：触发仿真内核开始执行，控制仿真运行时长。

语法格式 ：

cpp

复制代码

sc_start(); // 无参数：运行至无事件可执行、调用sc_stop()或时间溢出
sc_start(const sc_time& max_time); // 运行至指定最长时间
sc_start(double max_time, sc_time_unit unit); // 简化格式（如sc_start(10, SC_NS)）

示例：

cpp

复制代码

sc_start(60.0, SC_SEC); // 限制仿真最长运行60秒

（三）wait ()：进程延时 / 挂起

作用：使 SC_THREAD 进程挂起，等待指定时间后恢复，是实现时序的核心函数。

语法格式 ：

cpp

复制代码

wait(sc_time delay); // 按sc_time对象延时
wait(double delay, sc_time_unit unit); // 按数值+单位延时（如wait(5, SC_MS)）

注意事项 ：
- 若延时时间的分辨率高于系统配置的时间分辨率，会自动 rounding（具体规则由仿真器实现）。
- 仅能在 SC_THREAD 进程中使用，SC_METHOD 进程不可调用。

示例：

cpp

复制代码

void my_thread() {
    wait(10, SC_NS); // 延时10纳秒
    cout << "延时后时间：" << sc_time_stamp() << endl;
}

五、核心要点与实践建议

时间分辨率需根据模型精度需求配置：细粒度模型（如 RTL 级）用 PS/NS，粗粒度模型（如算法级）用 MS/SEC，平衡精度与仿真速度。
sc_start()无参数时，仿真会持续运行至无活跃进程，需通过sc_stop()或进程逻辑主动终止。
wait()的延时时间应避免负数，否则行为未定义（多数仿真器会报错）。
日志输出中结合sc_time_stamp()，可精准追踪进程执行时序，便于调试。