В прошлый раз я показал демо с двумя процессами, работающими параллельно, но без всякого взаимодействия. Давайте теперь добавим взаимодействие. Введём понятие
сигнала. Поскольку я веду дело к моделированию цифровой логики, такой термин будет в самый раз.
Сигнал это по сути переменная, значение которой процессы могут использовать или изменять. С точки зрения хардвера сигнал состоит из одного или нескольких битов (в нашем случае до 64 битов). Но самое полезное в концепции сигнала - что процессы могут
реагировать на его изменение. Обычно в моделировании каждый процесс определяет значение одного сигнала (выход), и при этом использует значения других сигналов (входы). Когда сигнал изменяет значение, процессы,
чувствительные к нему, разблокируются и получают возможность перевычислить свои выходы.
Введём класс
signal_t, реализующий сигналы. Создавать сигналы будем в виде глобальных переменных. Все процессы могут ссылаться на нужные им сигналы. Каждому сигналу дадим имя в виде строки - пригодится при отладке. Вторым аргументом конструктора сигналу можно присвоить начальное значение (необязательное). По умолчанию это ноль. Текущее значение сигнала можно опросить методом
get(). Вот пример создания четырёх сигналов:
signal_t clk("clock"); // Синхросигнал
signal_t reset("reset"); // Общий сброс
signal_t enable("enable"); // Сигнал разрешения для счётчика
signal_t count("count"); // 4-битный счётчик
В предыдущем посте упоминался процесс - генератор синхросигнала. Вот он в законченном виде. Метод
simulator::set() изменяет значение нужного сигнала на указанное значение.
co_void_t do_clock(simulator_t &sim)
{
for (;;) {
sim.set(clk, 1);
co_await sim.delay(1);
sim.set(clk, 0);
co_await sim.delay(1);
}
}
Но установка значений сигналов это еще не взаимодействие процессов. Взаимодействие начинается, когда процессы реагируют на
изменение сигналов. Каждый процесс определяет для себя, какие сигналы его интересуют, и по какому фронту: переднему, заднему или обоим.
Введём класс
sensitivity_t, каждый объект которого будет привязывать один сигнал к одному (текущему) процессу, по заданному фронту. Если нужна чувствительность к нескольким сигналам - процесс вправе создать несколько таких привязок.
Вот пример реализации 4-битного синхронного счётчика, со сбросом и сигналом разрешения. Как традиционно принято в цифровой логике, счетчик изменяет значение по переднему фронту синхросигнала:
co_void_t do_counter(simulator_t &sim)
{
sensitivity_t hook(sim, clk, POSEDGE);
for (;;) {
co_await co_await_t{};
if (reset.get() != 0) {
sim.set(count, 0);
} else if (enable.get() != 0) {
sim.set(count, (count.get() + 1) & 15);
std::cout << '(' << sim.time() << ") Increment Counter " << count.get() << std::endl;
}
}
}
Для знакомых с языком Verilog - вышеуказанная процедура в точности соответствует следующему коду на Верилоге:
always @(posedge clk)
if (reset)
count <= 0;
else if (enable)
count <= (count + 1) & 15;
Также нам понадобится управляющий процесс, чтобы сформировать сигналы сброса и разрешения:
co_void_t master(simulator_t &sim)
{
std::cout << '(' << sim.time() << ") Started" << std::endl;
co_await sim.delay(10);
sim.set(reset, 1);
std::cout << '(' << sim.time() << ") Asserting Reset" << std::endl;
co_await sim.delay(20);
sim.set(reset, 0);
std::cout << '(' << sim.time() << ") De-Asserting Reset" << std::endl;
co_await sim.delay(10);
std::cout << '(' << sim.time() << ") Asserting Enable" << std::endl;
sim.set(enable, 1);
co_await sim.delay(40);
std::cout << '(' << sim.time() << ") De-Asserting Enable" << std::endl;
sim.set(enable, 0);
std::cout << '(' << sim.time() << ") Terminating simulation" << std::endl;
sim.finish();
}
Главная программа создаёт три процесса и запускает симуляцию:
int main()
{
simulator_t sim;
sim.make_process("clock", do_clock);
sim.make_process("counter", do_counter);
sim.make_process("master", master);
sim.run();
}
Компилируем и запускаем:
$ make demo2
g++-10 -std=c++20 -fcoroutines -c demo2.cpp
g++-10 -std=c++20 -fcoroutines -c simulator.cpp
g++-10 -std=c++20 -fcoroutines demo2.o simulator.o -o demo2
$ ./demo2
(0) Started
(10) Asserting Reset
(30) De-Asserting Reset
(40) Asserting Enable
(40) Increment Counter 0
(42) Increment Counter 1
(44) Increment Counter 2
(46) Increment Counter 3
(48) Increment Counter 4
(50) Increment Counter 5
(52) Increment Counter 6
(54) Increment Counter 7
(56) Increment Counter 8
(58) Increment Counter 9
(60) Increment Counter 10
(62) Increment Counter 11
(64) Increment Counter 12
(66) Increment Counter 13
(68) Increment Counter 14
(70) Increment Counter 15
(72) Increment Counter 0
(74) Increment Counter 1
(76) Increment Counter 2
(78) Increment Counter 3
(80) De-Asserting Enable
(80) Terminating simulation
Исходники можно взять здесь:
https://github.com/sergev/simulation-with-coroutines
![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
