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

1、vivado hls推動協(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)計的抽象層次，為設(shè)計人員帶來切實的協(xié)助。vivado hls通過下面兩種辦法提高抽象層次： 用法c/c+作為編程語言，充分利用該語言中提供的高級結(jié)構(gòu); 提供更多數(shù)據(jù)原語，便于設(shè)計人員用法基礎(chǔ)硬件構(gòu)建塊(位向量、隊列等)。與用法rtl相比，這兩大特性有助于設(shè)計人員用法vivado hls更輕松地解決頻繁的協(xié)議系統(tǒng)設(shè)計難題。終于簡化系統(tǒng)匯編，簡化fifo和存儲器拜訪，實現(xiàn)控制流程的抽象。hls的另一大優(yōu)勢是便于架構(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)用等效于模塊實例化。這種辦法能削減需要用戶編寫的代碼量，進而顯著簡化用于系統(tǒng)描述的結(jié)構(gòu)代碼，終于加速系統(tǒng)匯編進程。在vivado hls中，存儲器或fifo可通過兩種辦法拜訪。一種是通過合適的對象(比如對流對象的讀寫)。另一種是挺直拜訪綜合工具隨后將實現(xiàn)為block ram或分布式ram的標準c陣列。綜合工具會按照需要處理額外的信令、同步或?qū)ぶ穯栴}。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)計人員可挺直拜訪數(shù)據(jù)，無需檢查背壓或數(shù)據(jù)可用性。vivado hls會適當?shù)卣{(diào)度執(zhí)行，應(yīng)對一切緊張狀況，同時確保正確

3、完成執(zhí)行。設(shè)計人員還會感激vivado hls提供的另一項功能，即簡便的架構(gòu)討論功能。用戶只需在代碼中插入程序命令(如用法gui或批處理模式時的tcl指令)，就可以把設(shè)計所需特性傳遞給綜合工具。這樣用戶可以在不修改設(shè)計代碼本身的狀況下討論大量備選架構(gòu)計劃。討論的范圍可以是模塊流水線化等根本性問題，也可以是fifo隊列深度等較頻繁的問題。最后，c和rtl仿真是vivado hls另一個大放異彩的地方。設(shè)計普通采納兩步流程驗證：第一步是仿真。這個步驟中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會按照c/c+測試平臺自動生成rtl測試平臺

4、，然后設(shè)置并執(zhí)行rtl仿真，檢查實現(xiàn)計劃8的正確性。如能充分發(fā)揮這些優(yōu)勢，這將對于用戶的系統(tǒng)設(shè)計大有裨益。這不僅體現(xiàn)在開發(fā)時光和生產(chǎn)力上，還因為vivado hls代碼越發(fā)緊湊的特點，體現(xiàn)在代碼可維護性和可讀性上。此外通過高層次綜合，用戶仍能有效控制架構(gòu)及其特性。正確理解和用法vivado hls程序?qū)崿F(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劃的層級結(jié)構(gòu)中起著承上啟下、承前啟后的作用。而vivado sdnet和rtl則對其起到補充作用。vivado sdnet用法特定領(lǐng)域語言，提供一種大為簡便但相當受限的協(xié)議處理系統(tǒng)表達辦法。rtl則可以用于vivado hls無法表達的大量

5、系統(tǒng)的實現(xiàn)工作(例如用法dcm或差分信號并需要具體時鐘管理的各類系統(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)計人員靈便性的前提下設(shè)計大部分協(xié)議處理解決計劃的有效途徑。2 設(shè)置容易系統(tǒng)開頭新設(shè)計時需要完成的最基本工作首先是確定設(shè)計的結(jié)構(gòu)，然后將其實現(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)建一個由模塊和子模塊組成的系統(tǒng)意味著需要用一個頂層函數(shù)來調(diào)用底層函數(shù)。圖1所示的是一個極為容易的三級流水線，我們以此為例來介紹vivado hls中系統(tǒng)構(gòu)建的基本思路。普通采納流水線化設(shè)計執(zhí)行協(xié)議處理，由每一級負責(zé)解決處理的特定部分。1所示。構(gòu)建

6、一個由模塊和子模塊組成的系統(tǒng)意味著需要用一個頂層函數(shù)來調(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)用法兩個參數(shù)，均屬于“流”(stream)類(vivado hls庫中提供的模塊類之一)。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)通過的接口。流可以實現(xiàn)為fifo隊列或內(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。在本例中，我們定義了一種稱為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能自動支持此類接口，用法編譯命令(pragma)語句即可完成設(shè)定。編譯命令是對高層次綜合工具的命令，用于指導(dǎo)工具實現(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這兩個命令(詳細是頂層模塊的輸入和輸出端口)將用法axi4-stream接口。axi4-stream i/f包含兩個必備信號，分離是有效信號和就緒信號，但它們沒有包含在聲明的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。這是因為vivado h

9、ls ax4 i/f會在內(nèi)部處理這些信號，也就是說它們對用戶規(guī)律而言是透亮的。如前文所述，在用法axi4-stream i/f時，從用戶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作為常見標準接口的示例，供用戶舉行包處理。實現(xiàn)我們的設(shè)計的下一項工作是確保我們的三個模塊彼此互聯(lián)。這項工作也通過流完成，不過這次它們是位于頂層模塊的內(nèi)部。第7行和第8行用于聲明實現(xiàn)這一目標的兩個流。這兩個流用法了另一種vivado hls結(jié)構(gòu)ap_uint。這是一種無符號一維位陣列，隨后將按此對其操作。同時

10、這也是又一種模板類，因此必需設(shè)定這個陣列的寬度。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。因為在作為挨次c/c+程序執(zhí)行時頂層模塊(以及所有的子模塊)每個時鐘周期會被調(diào)用一次，所以任何需要保持其值不隨時鐘周期變幻的變量都需要聲明為靜態(tài)變量。3 創(chuàng)建流水線設(shè)計將要研究的最后也是最重要的一個是編譯命令。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)計的吞吐量。不過這并不阻礙模塊內(nèi)部的流水線化和擁有1的時延。當ii=2時，該模塊將用兩個周期完成數(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可以簡化模塊終于的rtl。也就是說，在一個典型的協(xié)議處理應(yīng)用中，設(shè)計必需具備每個時鐘周期處理一個數(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)