SystemC：Dynamic Processes（动态进程）

SystemC 的动态进程机制，核心是在仿真运行时（而非 elaboration 阶段）动态创建、调度和管理进程，突破静态进程（SC_THREAD/SC_METHOD）的 "预注册" 限制，大幅提升建模灵活性，尤其适用于测试台动态配置、事务跟踪、动态流量生成等场景。

一、动态进程的核心概念

1. 定义 ：仿真执行期间（sc_start () 之后）通过sc_spawn创建的进程，可按需创建 / 终止，支持带参数、返回值的进程调用，弥补静态进程 "elaboration 阶段固定注册" 的局限性。

2. 核心优势 ：

   • 适配动态场景：如测试台根据配置启动不同数量的流量生成器、跟踪拆分事务的完成状态。
   • 资源优化：无需预分配最大数量的静态进程，仅在需要时创建，节省仿真资源。

3. 与静态进程的关键区别 ：

   特性	静态进程（SC_THREAD/SC_METHOD）	动态进程（sc_spawn 创建）
   创建时机	elaboration 阶段（模块构造时）	仿真运行时（sc_start () 之后）
   参数传递	不支持直接传递	支持最多 8 个参数（值 / 引用传递）
   返回值	不支持	支持通过引用接收返回值
   灵活性	固定数量和行为	按需创建 / 终止，动态配置

二、动态进程的启用与基础语法

（一）启用动态进程

必须在包含 SystemC 头文件前定义宏SC_INCLUDE_DYNAMIC_PROCESSES，启用动态进程功能：

cpp

运行

#define SC_INCLUDE_DYNAMIC_PROCESSES // 必须在#include <systemc>之前
#include <systemc>

（二）动态进程的函数声明

被 spawn 的函数可是普通函数 或模块成员函数，支持参数和返回值（静态进程不支持）：

cpp

运行

// 普通函数示例（无参数、无返回值）
void inject(void);

// 普通函数示例（带参数、带返回值）
int count_changes(sc_signal<int>& sig);

// 模块成员函数示例
class TestChan : public sc_module {
public:
    bool Track(sc_signal<packet>& pkt); // 带引用参数、返回bool
};

（三）动态进程注册：sc_spawn

通过sc_spawn函数注册动态进程，返回sc_process_handle对象，用于后续进程控制（如等待终止、暂停 / 恢复）。

1. 核心语法

• 注册普通函数（无返回值）： cpp

  运行

  sc_process_handle h = sc_spawn(
      sc_bind(&funcName, ARGS...), // 绑定函数与参数（sc_bind用于参数传递）
      "process_name", // 进程名（可选，建议唯一）
      spawnOptions    // 进程选项（可选，如设置为SC_METHOD）
  );

• 注册成员函数（带返回值）： cpp

  运行

  int ret_val; // 存储返回值的变量
  sc_process_handle h = sc_spawn(
      sc_bind(&ClassName::methName, this, ARGS...), // this指向当前模块实例
      "process_name",
      spawnOptions,
      &ret_val // 接收返回值的引用
  );

2. 参数传递规则

• 默认按值传递：参数会被拷贝到进程栈中。

• 按引用 / 常量引用传递：需使用sc_ref(var)或sc_cref(var)包装，避免拷贝大对象或修改外部变量：

  cpp

  运行

  sc_signal<int> sig;
  sc_spawn(sc_bind(&count_changes, sc_ref(sig))); // 引用传递sig

（四）进程选项：sc_spawn_option

通过sc_spawn_option配置动态进程的特性，核心用法：

cpp

运行

sc_spawn_option opt;
opt.spawn_method(); // 设置为SC_METHOD类型（默认是SC_THREAD）
opt.dont_initialize(); // 跳过初始化执行
opt.set_sensitivity(&evt); // 设置静态灵敏度（绑定事件）
opt.set_stack_size(1024); // 设置进程栈大小（仅专家级使用）

三、动态进程的关键操作

（一）进程句柄：sc_process_handle

sc_spawn返回的sc_process_handle是动态进程的 "控制接口"，核心功能：

• 等待进程终止：wait(h.terminated_event())（仅适用于 SC_THREAD，SC_METHOD 无终止逻辑）。
• 获取进程名：h.name()。
• 进程控制：暂停、恢复、终止等（见下文 "进程控制方法"）。

示例：简单动态进程创建与等待

cpp

运行

void spawned_thread() {
    cout << "动态进程启动：" << sc_get_current_process_handle().name() << endl;
    wait(10, SC_NS);
    cout << "动态进程退出" << endl;
}

void main_thread() {
    // 创建动态进程，获取句柄
    sc_process_handle h = sc_spawn(sc_bind(&spawned_thread), "dyn_thread");
    wait(h.terminated_event()); // 等待动态进程终止
    cout << "主进程：动态进程已完成" << endl;
}

（二）SC_FORK/SC_JOIN：并行启动多个动态进程

用于批量启动多个动态进程，并等待所有进程完成（类似 Verilog 的 fork/join），核心语法：

cpp

运行

SC_FORK
    sc_spawn(sc_bind(&func1, args1), "p1"),
    sc_spawn(sc_bind(&func2, args2), "p2"),
    sc_spawn(sc_bind(&func3, args3), "p3")
SC_JOIN

示例：多接口并行测试

cpp

运行

SC_MODULE(ForkTest) {
    sc_fifo<double> fifo1, fifo2;
    SC_CTOR(ForkTest) { SC_THREAD(main_thread); }

    void main_thread() {
        // 并行启动两个动态进程，分别处理两个FIFO
        SC_FORK
            sc_spawn(sc_bind(&ForkTest::process_fifo, this, sc_ref(fifo1)), "fifo1_proc"),
            sc_spawn(sc_bind(&ForkTest::process_fifo, this, sc_ref(fifo2)), "fifo2_proc")
        SC_JOIN
        cout << "所有FIFO处理完成" << endl;
    }

    void process_fifo(sc_fifo<double>& fifo) {
        double data;
        while (fifo.nb_read(data)) {
            cout << "处理数据：" << data << endl;
            wait(5, SC_NS);
        }
    }
};

（三）进程控制方法（提议中的标准特性）

SystemC 2.3+ 提议在sc_process_handle中添加进程控制方法，支持暂停、恢复、终止等操作，核心接口：

cpp

运行

// 枚举：控制是否影响子进程
enum sc_descendant_inclusion_info {
    SC_NO_DESCENDANTS,    // 仅影响当前进程
    SC_INCLUDE_DESCENDANTS // 影响当前进程及子进程
};

// 核心控制方法
h.suspend(SC_NO_DESCENDANTS);  // 暂停进程
h.resume(SC_NO_DESCENDANTS);   // 恢复进程
h.disable(SC_NO_DESCENDANTS);  // 禁用进程（忽略灵敏度）
h.enable(SC_NO_DESCENDANTS);   // 启用进程
h.kill(SC_NO_DESCENDANTS);     // 终止进程
h.reset(SC_NO_DESCENDANTS);    // 异步重启进程
h.throw_it(exc, SC_NO_DESCENDANTS); // 向进程抛出异常（模拟中断）

关键说明：

• 这些方法目前是标准提议，需确认所用 SystemC 版本是否支持。
• suspend/resume：暂停时仍收集事件，恢复后立即响应；disable/enable：禁用时忽略所有事件。

四、核心要点与实践建议

1. 启用动态进程的宏必须前置 ：SC_INCLUDE_DYNAMIC_PROCESSES需在#include <systemc>之前定义，否则编译报错。
2. 参数传递注意事项 ：
   • 引用传递必须用sc_ref/sc_cref包装，否则编译失败。
   • 返回值的存储变量需保证在进程生命周期内有效（避免栈变量被释放）。
3. 进程名唯一性：动态进程名会自动拼接父模块层级名，建议显式指定唯一名称，便于调试。
4. SC_METHOD 类型的动态进程 ：需通过sc_spawn_option::spawn_method()设置，且不可调用wait()（与静态 SC_METHOD 规则一致）。
5. 资源管理 ：动态进程创建后需通过sc_process_handle跟踪，避免 "孤儿进程" 导致仿真资源泄漏。
6. 适用场景优先 ：动态进程适合测试台、事务跟踪等灵活场景；核心功能建模（如固定硬件逻辑）仍建议用静态进程（仿真效率更高）。

五、练习指引

• 核心示例：simple_spawn（基础动态进程创建）、Fork（SC_FORK/SC_JOIN 并行测试）、process_control（进程控制方法演示）。
• 练习重点：尝试动态创建带参数的进程、用sc_process_handle等待进程终止、通过 SC_FORK/SC_JOIN 实现多接口并行仿真。