Vivado HLS推動(dòng)協(xié)議處理系統(tǒng)蓬勃發(fā)展(上)

1、vivado hls推動(dòng)協(xié)議處理系統(tǒng)蓬勃發(fā)展(上) 1 提高抽象層次 vivado hls能提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的抽象層次，為設(shè)計(jì)人員帶來(lái)切實(shí)的協(xié)助。vivado hls通過(guò)下面兩種辦法提高抽象層次： 用法c/c+作為編程語(yǔ)言，充分利用該語(yǔ)言中提供的高級(jí)結(jié)構(gòu); 提供更多數(shù)據(jù)原語(yǔ)，便于設(shè)計(jì)人員用法基礎(chǔ)硬件構(gòu)建塊(位向量、隊(duì)列等)。與用法rtl相比，這兩大特性有助于設(shè)計(jì)人員用法vivado hls更輕松地解決頻繁的協(xié)議系統(tǒng)設(shè)計(jì)難題。終于簡(jiǎn)化系統(tǒng)匯編，簡(jiǎn)化fifo和存儲(chǔ)器拜訪(fǎng)，實(shí)現(xiàn)控制流程的抽象。hls的另一大優(yōu)勢(shì)是便于架構(gòu)討論和。vivado hls把c+函數(shù)視為模塊，函數(shù)定義等效于模塊的rtl描述，函數(shù)

2、調(diào)用等效于模塊實(shí)例化。這種辦法能削減需要用戶(hù)編寫(xiě)的代碼量，進(jìn)而顯著簡(jiǎn)化用于系統(tǒng)描述的結(jié)構(gòu)代碼，終于加速系統(tǒng)匯編進(jìn)程。在vivado hls中，存儲(chǔ)器或fifo可通過(guò)兩種辦法拜訪(fǎng)。一種是通過(guò)合適的對(duì)象(比如對(duì)流對(duì)象的讀寫(xiě))。另一種是挺直拜訪(fǎng)綜合工具隨后將實(shí)現(xiàn)為block ram或分布式ram的標(biāo)準(zhǔn)c陣列。綜合工具會(huì)按照需要處理額外的信令、同步或?qū)ぶ穯?wèn)題。從控制流的角度，vivado hls從容易的fifo接口到完整的axi4-stream均可提供整套流控制感知接口。用法這些接口，設(shè)計(jì)人員可挺直拜訪(fǎng)數(shù)據(jù)，無(wú)需檢查背壓或數(shù)據(jù)可用性。vivado hls會(huì)適當(dāng)?shù)卣{(diào)度執(zhí)行，應(yīng)對(duì)一切緊張狀況，同時(shí)確保正確

3、完成執(zhí)行。設(shè)計(jì)人員還會(huì)感激vivado hls提供的另一項(xiàng)功能，即簡(jiǎn)便的架構(gòu)討論功能。用戶(hù)只需在代碼中插入程序命令(如用法gui或批處理模式時(shí)的tcl指令)，就可以把設(shè)計(jì)所需特性傳遞給綜合工具。這樣用戶(hù)可以在不修改設(shè)計(jì)代碼本身的狀況下討論大量備選架構(gòu)計(jì)劃。討論的范圍可以是模塊流水線(xiàn)化等根本性問(wèn)題，也可以是fifo隊(duì)列深度等較頻繁的問(wèn)題。最后，c和rtl仿真是vivado hls另一個(gè)大放異彩的地方。設(shè)計(jì)普通采納兩步流程驗(yàn)證：第一步是仿真。這個(gè)步驟中c/c+的編譯和執(zhí)行與頻繁的c/c+程序相同;其次步是c/rtl協(xié)仿真。在這步驟中，vivado hls會(huì)按照c/c+測(cè)試平臺(tái)自動(dòng)生成rtl測(cè)試平臺(tái)

4、，然后設(shè)置并執(zhí)行rtl仿真，檢查實(shí)現(xiàn)計(jì)劃8的正確性。如能充分發(fā)揮這些優(yōu)勢(shì)，這將對(duì)于用戶(hù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)大有裨益。這不僅體現(xiàn)在開(kāi)發(fā)時(shí)光和生產(chǎn)力上，還因?yàn)関ivado hls代碼越發(fā)緊湊的特點(diǎn)，體現(xiàn)在代碼可維護(hù)性和可讀性上。此外通過(guò)高層次綜合，用戶(hù)仍能有效控制架構(gòu)及其特性。正確理解和用法vivado hls程序?qū)?shí)現(xiàn)這一控制起著根本作用。高層次綜合在提供的包處理解決計(jì)劃的層級(jí)結(jié)構(gòu)中起著承上啟下、承前啟后的作用。而vivado sdnet和rtl則對(duì)其起到補(bǔ)充作用。vivado sdnet用法特定領(lǐng)域語(yǔ)言，提供一種大為簡(jiǎn)便但相當(dāng)受限的協(xié)議處理系統(tǒng)表達(dá)辦法。rtl則可以用于vivado hls無(wú)法表達(dá)的大量

5、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)工作(例如用法dcm或差分信號(hào)并需要具體時(shí)鐘管理的各類(lèi)系統(tǒng))。雖然有種種局限，vivado hls仍然是在保證結(jié)果質(zhì)量或設(shè)計(jì)人員靈便性的前提下設(shè)計(jì)大部分協(xié)議處理解決計(jì)劃的有效途徑。2 設(shè)置容易系統(tǒng)開(kāi)頭新設(shè)計(jì)時(shí)需要完成的最基本工作首先是確定設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，然后將其實(shí)現(xiàn)在vivado hls中。vivado hls中的基本系統(tǒng)構(gòu)建塊是c/c+函數(shù)。構(gòu)建一個(gè)由模塊和子模塊組成的系統(tǒng)意味著需要用一個(gè)頂層函數(shù)來(lái)調(diào)用底層函數(shù)。圖1所示的是一個(gè)極為容易的三級(jí)流水線(xiàn)，我們以此為例來(lái)介紹vivado hls中系統(tǒng)構(gòu)建的基本思路。普通采納流水線(xiàn)化設(shè)計(jì)執(zhí)行協(xié)議處理，由每一級(jí)負(fù)責(zé)解決處理的特定部分。1所示。構(gòu)建

6、一個(gè)由模塊和子模塊組成的系統(tǒng)意味著需要用一個(gè)頂層函數(shù)來(lái)調(diào)用底層函數(shù)。例1：在vivado hls中創(chuàng)建容易系統(tǒng)1 void toplevelmodule(stream&indata,stream&outdata) 2 pragma hls dataflow interval=134 pragma interface axis port=indata5 pragma interface axis port=outdata67 static stream modone2modtwo;8 static stream modtwo2modthree;910 moduleone(indata, modo

7、ne2modtwo);11 moduletwo(modone2modtwo, modtwo2modthree);12 modulethree(modtwo2modthree, outdata);13 例1中的代碼用于創(chuàng)建頂層模塊函數(shù)，供調(diào)用全部其它子函數(shù)用法。頂層模塊函數(shù)用法兩個(gè)參數(shù)，均屬于“流”(stream)類(lèi)(vivado hls庫(kù)中提供的模塊類(lèi)之一)。流是一種hls建模架構(gòu)，代表預(yù)備以流方式交換的數(shù)據(jù)通過(guò)的接口。流可以實(shí)現(xiàn)為fifo隊(duì)列或內(nèi)存，也可以是一種能夠協(xié)作任何c+架構(gòu)用法的模板類(lèi)。在本例中，我們定義了一種稱(chēng)為axiword的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(struct)，如例2所示。例2：定義流接口

8、用法的c+ 結(jié)構(gòu)struct axiword ap_uint data;ap_uint strb;ap_uint last;該struct用于定義axi4-stream接口的部分字段。vivado hls能自動(dòng)支持此類(lèi)接口，用法編譯命令(pragma)語(yǔ)句即可完成設(shè)定。編譯命令是對(duì)高層次綜合工具的命令，用于指導(dǎo)工具實(shí)現(xiàn)要求的結(jié)果。例1中第4行和第5行的編譯命令用于告訴vivado hls這兩個(gè)命令(詳細(xì)是頂層模塊的輸入和輸出端口)將用法axi4-stream接口。axi4-stream i/f包含兩個(gè)必備信號(hào)，分離是有效信號(hào)和就緒信號(hào)，但它們沒(méi)有包含在聲明的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。這是因?yàn)関ivado h

9、ls ax4 i/f會(huì)在內(nèi)部處理這些信號(hào)，也就是說(shuō)它們對(duì)用戶(hù)規(guī)律而言是透亮的。如前文所述，在用法axi4-stream i/f時(shí)，從用戶(hù)處抽象流控制徹低由vivado hls完成。固然未必一定用法axi4-stream接口。vivado hls提供有豐盛的接口。這里挑選axi4-stream作為常見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)接口的示例，供用戶(hù)舉行包處理。實(shí)現(xiàn)我們的設(shè)計(jì)的下一項(xiàng)工作是確保我們的三個(gè)模塊彼此互聯(lián)。這項(xiàng)工作也通過(guò)流完成，不過(guò)這次它們是位于頂層模塊的內(nèi)部。第7行和第8行用于聲明實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的兩個(gè)流。這兩個(gè)流用法了另一種vivado hls結(jié)構(gòu)ap_uint。這是一種無(wú)符號(hào)一維位陣列，隨后將按此對(duì)其操作。同時(shí)

10、這也是又一種模板類(lèi)，因此必需設(shè)定這個(gè)陣列的寬度。在本例中用法64位，與頂層模塊輸入輸出i/f的數(shù)據(jù)成員寬帶匹配。還有一點(diǎn)需要具體解釋的是這些流所有聲明為靜態(tài)變量。靜態(tài)變量是指其值不隨函數(shù)調(diào)用變幻的一種變量。因?yàn)樵谧鳛榘ご蝐/c+程序執(zhí)行時(shí)頂層模塊(以及所有的子模塊)每個(gè)時(shí)鐘周期會(huì)被調(diào)用一次，所以任何需要保持其值不隨時(shí)鐘周期變幻的變量都需要聲明為靜態(tài)變量。3 創(chuàng)建流水線(xiàn)設(shè)計(jì)將要研究的最后也是最重要的一個(gè)是編譯命令。第2行中的數(shù)據(jù)流編譯命令指示vivado hls盡量以并行方式支配執(zhí)行該函數(shù)的全部子函數(shù)?！癷nternal”參數(shù)用于設(shè)置該模塊的初始化間隔(ii)。初始化間隔(ii)告訴vivado hls該模塊必需具備的處理新輸入數(shù)據(jù)字的頻次，故打算了設(shè)計(jì)的吞吐量。不過(guò)這并不阻礙模塊內(nèi)部的流水線(xiàn)化和擁有1的時(shí)延。當(dāng)ii=2時(shí)，該模塊將用兩個(gè)周期完成數(shù)據(jù)字的處理，然后再讀入新的數(shù)據(jù)字。以這種方式vivado hls可以簡(jiǎn)化模塊終于的rtl。也就是說(shuō)，在一個(gè)典型的協(xié)議處理應(yīng)用中，設(shè)計(jì)必需具備每個(gè)時(shí)鐘周期處理一個(gè)數(shù)據(jù)字的能力，故從現(xiàn)在起我們令ii=1。初始化間隔(ii)告訴vivado hls該模塊必需具備的處理新輸入數(shù)