SoC实现Printf

2024-12-22

要实现实时输出，即每次写入数据到内存时立即打印出来，您可以使用一种更高效、即时的机制来实现数据的写入和读取。这种机制可能是通过共享内存、socket通信或管道，并且系统Verilog的DPI或VPI接口可以通过某些同步机制和轮询方式实时检查和读取这些数据。

方法 1：通过共享内存和轮询方式（实时打印）

通过共享内存，我们可以在 C 代码 中实时更新内存内容，并在 SystemVerilog 中轮询读取共享内存的内容，实现在每次写入时立即打印。

步骤：

C 代码：每次更新共享内存时，我们会通过 write_to_shared_memory 函数直接写入新的数据。
SystemVerilog 代码：使用 DPI-C 轮询共享内存，一旦有新的数据更新，立即调用 $display 打印。

C 代码（共享内存写入）：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

#define SHM_NAME "/shm_display" // 共享内存的名称
#define SHM_SIZE 1024          // 共享内存大小

void write_to_shared_memory(const char *str) {
    // 打开或创建共享内存
    int shm_fd = shm_open(SHM_NAME, O_CREAT | O_RDWR, 0666);
    if (shm_fd == -1) {
        perror("Failed to open shared memory");
        exit(1);
    }

    // 调整共享内存大小
    ftruncate(shm_fd, SHM_SIZE);

    // 映射共享内存到进程地址空间
    char *shared_memory = (char *) mmap(NULL, SHM_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, shm_fd, 0);
    if (shared_memory == MAP_FAILED) {
        perror("Failed to map shared memory");
        exit(1);
    }

    // 将字符串写入共享内存
    strncpy(shared_memory, str, SHM_SIZE);

    // 解除映射
    munmap(shared_memory, SHM_SIZE);
    close(shm_fd);
}

int main() {
    // 每次调用都会向共享内存写入新的数据
    write_to_shared_memory("Hello from server memory!"); // 在内存中写入字符串
    return 0;
}

SystemVerilog 代码（轮询共享内存并打印）：

`timescale 1ns / 1ps

module print_output;
    import "DPI-C" function void read_from_server_memory(input string address, output string data);

    // 轮询方式实时读取共享内存并打印
    initial begin
        string data;
        while (1) begin
            read_from_server_memory("/shm_display", data);  // 从共享内存中读取数据
            if (data != "") begin  // 如果读取到数据，则打印
                $display("Data from server memory: %s", data);
            end
            #10ns; // 每10ns检查一次共享内存
        end
    end
endmodule

C 代码（读取共享内存并返回给 Verilog）：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <svdpi.h>

#define SHM_NAME "/shm_display"
#define SHM_SIZE 1024

// 读取共享内存并返回数据
void read_from_shared_memory(char *address, char *data) {
    // 打开共享内存
    int shm_fd = shm_open(address, O_RDWR, 0666);
    if (shm_fd == -1) {
        perror("Failed to open shared memory");
        return;
    }

    // 映射共享内存到进程地址空间
    char *shared_memory = (char *) mmap(NULL, SHM_SIZE, PROT_READ, MAP_SHARED, shm_fd, 0);
    if (shared_memory == MAP_FAILED) {
        perror("Failed to map shared memory");
        return;
    }

    // 将共享内存中的数据复制到 data 中
    strncpy(data, shared_memory, SHM_SIZE);

    // 解除映射并关闭文件
    munmap(shared_memory, SHM_SIZE);
    close(shm_fd);
}

// SystemVerilog DPI-C 函数
void read_from_server_memory(const char *address, char *data) {
    read_from_shared_memory(address, data);
}

解释：

C 代码：
- 通过 shm_open 和 mmap 打开并映射一个共享内存区域。
- 每次调用 write_to_shared_memory 时，都会将新的字符串写入共享内存。
SystemVerilog 代码：
- 通过 DPI-C 从共享内存读取数据，每隔一定时间（比如 10ns）就会检查一次共享内存中的数据。
- 如果读取到新数据，则通过 $display 打印。
实时性：
- 这个方法基本上可以实现实时输出，因为每次数据更新时，SystemVerilog 会定期检查共享内存并打印新内容。

方法 2：通过 Socket 连接（实时打印）

另一种常见的方式是使用 Socket 连接进行实时通信。仿真环境中的 VPI 可以通过 socket 接口将数据发送到一个运行在服务器上的程序，然后程序通过 printf 输出。

服务器端 C 代码（使用 socket 输出）：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

#define PORT 8080

void send_to_server(const char *msg) {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in serv_addr;

    // 创建 socket
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        perror("Socket failed");
        exit(1);
    }

    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);

    // 连接到服务器
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        perror("Connection failed");
        exit(1);
    }

    // 发送消息
    send(sockfd, msg, strlen(msg), 0);
    printf("Message sent: %s\n", msg);

    close(sockfd);
}

int main() {
    // 模拟实时发送数据
    send_to_server("Hello from server memory!");
    return 0;
}

SystemVerilog 代码（通过 VPI 调用）：

`timescale 1ns / 1ps

module print_output;
    import "DPI-C" function void send_to_server(input string msg);

    initial begin
        // 通过 VPI 调用发送数据
        send_to_server("Real-time print from SystemVerilog!");
    end
endmodule

解释：

C 代码：通过 socket 连接将数据发送到服务器，服务器接收到数据后进行打印。
SystemVerilog 代码：通过 VPI 调用 C 代码，每当仿真环境需要打印数据时就调用 send_to_server 函数。

总结：

共享内存与轮询：这种方式适合于内存共享，仿真环境通过定时检查内存中的数据实时打印。
Socket通信：这种方式适用于实时传输数据，仿真环境可以将数据传递到服务器进行打印。

如果希望每次 write 都能立即触发打印，使用 轮询和共享内存 是更为直接和简单的方式。

本文作者： ICXNM-ZLin
本文链接： https://talent-tudou.github.io/2024/12/22/SoC/SoC实现Printf/
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