SystemC 矩阵乘法 | Noxim

本文介绍了如何使用 SystemC 完成矩阵乘法。

向量乘法

SC_MODULE(vector_mul) {
    // 端口定义
    sc_in<bool> clk, rst_n;
    sc_in<sc_int<WIDTH> > vec1[KK], vec2[KK];
    sc_out<sc_int<WIDTH * 2> > vec_o;
    
    // 功能描述
    void compute_vector_mul(void) {
        int temp = 0;
        if (rst_n.read() == false) {
            vec_o.write(0);
            return;
        }
        for (int k = 0; k < KK; ++k) {
            temp = temp + vec1[k].read() * vec2[k].read();
        }
        vec_o.write(temp);
    };
    
    // 构造函数
    SC_CTOR(vector_mul) {
        SC_METHOD(compute_vector_mul); // 注册为 METHOD，敏感列表被触发后才会运行
        sensitive_pos << clk; // 设为正跳变敏感信号
        sensitive_neg << rst_n; // 设为负跳变敏感信号
    };
};

矩阵乘法

SC_MODULE(matrix_mul) {
    sc_in<bool> clk, rst_n;
    sc_in<sc_int<WIDTH> > matA[MM][KK], matB[KK][NN];
    sc_out<sc_int<WIDTH * 2> > matC[MM][NN];

    vector_mul *pe[MM][NN];

    SC_CTOR(matrix_mul) {
        std::ostringstream pe_name;
        for (int i = 0; i < MM; ++i) {
            for (int j = 0; j < NN; ++j) {
                pe_name << "pe_" << i << "_" << j;
                pe[i][j] = new vector_mul(pe_name.str().c_str());
                pe[i][j]->clk(clk);
                pe[i][j]->rst_n(rst_n);
                for (int k = 0; k < KK; ++k) {
                    pe[i][j]->vec1[k](matA[i][k]);
                    pe[i][j]->vec2[k](matB[k][j]);
                }
                pe[i][j]->vec_o(matC[i][j]);
                pe_name.str("");
            }
        }
    };
};

激励源

SC_MODULE(driver) {
    sc_in <bool> clk;
    sc_out<bool> rst_n;
    sc_out<sc_int<WIDTH> > matA[MM][KK], matB[NN][KK];

    void generate_input(void) {
        for (int i = 0; i < MM; ++i) {
            for (int k = 0; k < KK; ++k) {
                matA[i][k].write(i * KK + k);
            }
        }
        for (int k = 0; k < KK; ++k) {
            for (int j = 0; j < NN; ++j) {
                matB[k][j].write(k * NN + j);
            }
        }
        while(1) {
            wait();
            for (int i = 0; i < MM; ++i) {
                for (int k = 0; k < KK; ++k) {
                    matA[i][k].write(i * KK + k);
                }
            }
            for (int k = 0; k < KK; ++k) {
                for (int j = 0; j < NN; ++j) {
                    matB[k][j].write(k * NN + j);
                }
            }
        }
    };

    void generate_reset(void) {
        rst_n.write(1);
        wait(1, SC_NS);
        rst_n.write(0);
        wait(1, SC_NS);
        rst_n.write(1);
    };

    SC_CTOR(driver) {
        SC_THREAD(generate_input); // 注册为 THREAD，由输入信号的变化触发，碰到 wait() 挂起，直到敏感列表中的信号再次触发这一进程
        sensitive_neg << clk;
        SC_THREAD(generate_reset);
    };
};

主函数

#define WIDTH 32
#define VEC_WIDTH 8
#define MM 4
#define NN 4
#define KK 4

#include <systemc.h>

using namespace std;

int sc_main(int argc,char* argv[]) {
    sc_core::sc_report_handler::set_actions( "/IEEE_Std_1666/deprecated", sc_core::SC_DO_NOTHING );
    
    // 声明信号
    sc_clock clk("clk", 10, SC_NS);
    sc_signal<bool> rst_n;
    sc_signal<sc_int<WIDTH> > matA[MM][KK], matB[KK][NN];
    sc_signal<sc_int<WIDTH * 2> > matC[MM][NN];
    
    // 声明模块并连接信号
    matrix_mul dut("dut");
    dut.clk(clk);
    dut.rst_n(rst_n);
    for (int i = 0; i < MM; ++i) {
        for (int k = 0; k < KK; ++k) {
            dut.matA[i][k](matA[i][k]);
        }
    }
    for (int k = 0; k < KK; ++k) {
        for (int j = 0; j < NN; ++j) {
            dut.matB[k][j](matB[k][j]);
        }
    }
    for (int i = 0; i < MM; ++i) {
        for (int j = 0; j < NN; ++j) {
            dut.matC[i][j](matC[i][j]);
        }
    }

    driver dri("dri");
    dri.clk(clk);
    dri.rst_n(rst_n);
    for (int i = 0; i < MM; ++i) {
        for (int k = 0; k < KK; ++k) {
            dri.matA[i][k](matA[i][k]);
        }
    }
    for (int k = 0; k < KK; ++k) {
        for (int j = 0; j < NN; ++j) {
            dri.matB[k][j](matB[k][j]);
        }
    }
    
    // 启动仿真
    sc_start(1000, SC_NS);
    
    // 打印输出
    for (int i = 0; i < MM; ++i) {
        for (int j = 0; j < NN; ++j) {
            cout << matC[i][j] << " ";
        }
        cout << endl;
    }

    return 0;
};

参考

SystemC入门笔记