在本文中，我将探讨在 gem5 模拟器中如何创建、调度事件，并深入理解背后的原理。

Event

gem5 是一个事件驱动（Event-driven）的模拟器。在事件驱动模型中，每个事件（Event）都有一个回调函数用于处理事件。
官方教程是基于HelloObject开始，创建和调度事件。下面我们也以 HelloObject 类代码为例。

1. 创建简单的事件回调

1. 在 HelloObject.hh 头文件中，需要声明一个新的函数 processEvent() ，每次事件触发时都会执行该函数(此函数必须不带参数并且不返回任何内容)。
2. 添加一个 Event 实例，使用 EventFunctionWrapper，允许执行任何函数。
3. 最后，添加了一个 startup() 函数，其中使用 schedule() 函数开始调度事件，即让该事件安排在未来的某个时刻被触发（事件驱动的模拟不允许事件在过去执行）。

class HelloObject : public SimObject {
  private:
    void processEvent();
    EventFunctionWrapper event;
  public:
    HelloObject(const HelloObjectParams &p);
    void startup() override;
};

4. 在 HelloObject 构造函数中构造这个事件。EventFunctionWrapper接受两个参数：要执行的函数（function to execute）和一个名称（name）。

• 第一个参数是一个没有参数和返回值的函数（std::function<void(void)>），通常情况是一个简单的lambda函数，调用一个成员函数。例如：下面这段代码主要是通过调用SimObject的构造函数实现了HelloObject 的构造函数。
• 第二个参数name通常是拥有该事件的 SimObject 的名称，当打印名称时，名称的末尾会自动添加 ".wrapped_function_event"。【主要是用来标记事件所属的SimObject】例如：有一个名为 "ExampleObject" 的 SimObject，并在其中创建了一个名为 "processEvent" 的事件，那么事件的完整名称将是 "ExampleObject.processEvent.wrapped_function_event"。

    // HelloObject::HelloObject(const HelloObjectParams &params)：这是HelloObject类的构造函数的定义，它接受一个类型为HelloObjectParams的参数引用。
    // SimObject(params)：在构造函数的成员初始化列表中，调用了基类SimObject的构造函数，传递了params参数。这表明HelloObject类是SimObject类的派生类，且通过构造函数参数初始化了基类。
    // event([this]{processEvent();}, name())：这是另一个成员初始化，初始化了event成员变量。event是gem5中的一个事件对象，其构造函数接受两个参数：一个Lambda表达式和一个字符串。
HelloObject::HelloObject(const HelloObjectParams & params):
    SimObject(params), event([this]{processEvent();}, name())
{
    DPRINTF(HelloExample, "Created the hello object\\n");
}

5. 定义 processEvent 函数的实现。
   这段代码会简单打印一段文字。同时说明 processEvent 函数是 HelloObject 类的成员函数，用于处理事件的逻辑。

void
HelloObject::processEvent()
{
    DPRINTF(HelloExample, "Hello world! Processing the event!\\n");
}

2. event调度事件

使用:cppschedule 函数完成事件执行时间的调度。
事件驱动模型不允许事件在过去执行，所以:cppschedule 函数可以在未来的某个时间安排一个Event实例完成执行。

1. 在 HelloObject 类中的添加 startup() 函数中进行事件的初始调度，startup() 函数用在于 SimObject 内部安排事件。它在模拟开始之前不会执行（即从 Python 配置文件中调用 simulate() 函数时）。

# 在 startup() 函数中使用 schedule 函数来安排事件的触发时间。
# 参数包括要调度的事件（event）和触发时间（当前时钟周期 curTick() 加上 100 个周期）
# 事件将在指定的时间点执行 processEvent() 函数中定义的逻辑。

void HelloObject::startup()
{
  schedule(event, 100);
}

在上面的代码中，事件会在第 100 个 tick 时被触发。通常，需使用 curTick() 加时间偏移来确定事件触发的时间。但在这一简单示例中，开始模拟的函数（即 Python 配置文件中调用 simulate() 函数） 是以 tick = 0 的原点开始执行的，因此这里的 startup() 可以显式地标明要调度的时间点。

当运行 gem5 模拟器后，会得到如下输出，具体如何运行不是本博客的重点，感兴趣的读者可参考官方文档运行。从下面的输出信息可知，我们实现了在 100 tick 时执行 processEvent() 函数。

gem5 Simulator System.  http://gem5.org
gem5 is copyrighted software; use the --copyright option for details.

gem5 compiled Jan  4 2017 11:01:46
gem5 started Jan  4 2017 13:41:38
gem5 executing on chinook, pid 1834
command line: build/X86/gem5.opt --debug-flags=Hello configs/learning_gem5/part2/run_hello.py

Global frequency set at 1000000000000 ticks per second
      0: hello: Created the hello object
Beginning simulation!
info: Entering event queue @ 0.  Starting simulation...
    100: hello: Hello world! Processing the event!
Exiting @ tick 18446744073709551615 because simulate() limit reached

3. More event scheduling

为 HelloObject 添加一个延迟参数和一个控制触发事件次数的参数。

1. 在 HelloObject 类的声明中，添加一个成员变量用于存储延迟和触发事件次数。

class HelloObject : public SimObject
{
  private:
    void processEvent();

    EventFunctionWrapper event;

    const Tick latency;

    int timeLeft;
  public:
    HelloObject(const HelloObjectParams &p);
  
    void startup() override;
};

2. 在构造函数中为延迟（latency）和生育触发次数（timesLeft）添加默认值。

HelloObject::HelloObject(const HelloObjectParams &params) :
    SimObjecct(params), event([this{processEvent();}, name()]),
    latency(100), timeLeft(10)
{
    DPRINTF(HelloExample, "Created the hello object\\n");
}

3. 更新 startup() 和 processEvent()。

void HelloObject::starup()
{
    schedule(event, latency);
}

void HelloObject::processEvent()
{
    timesLeft--;
    DPRINTF(HelloExample, "Hello world! Processing the event! %d left\\n", timesLeft);

    if (timesLeft <= 0) {
        DPRINTF(HelloExample, "Done firing!\\n");
    } else {
        schedule(event, curTick() + latency);
    }
}

上面代码中，在 timeleft 还未小于 0 时，processEvent() 函数每次打印出信息后，都会再次调用 schedule() 函数增加一个事件。注意，此处使用的 schedule() 函数 就利用了 curTick() 生成时间偏移量，进而指定了事件被调度的时间。

4. 测试代码

创建一个HelloObject类

1. hello_object.hh

2. hello_object.cc

3. HelloObject.py

4. SConscript

5. run_hello.py

输出结果

接下来，我会带领大家深入分析以下 gem5 的事件驱动原理，以及其代码实现细节。

官网教程