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1 提高抽象層次 Vivado HLS能提高系統設計的抽象層次，為設計人員帶來(lái)切實(shí)的幫助。Vivado HLS通過(guò)下面兩種方法提高抽象層次： ● 使用C/C++作為編程語(yǔ)言，充分利用該語(yǔ)言中提供的高級結構; ● 提供更多數據原語(yǔ)，便于設計人員使用基礎硬件構建塊(位向量、隊列等)。 與使用RTL相比，這兩大特性有助于設計人員使用Vivado HLS更輕松地解決常見(jiàn)的協(xié)議系統設計難題。最終簡(jiǎn)化系統匯編，簡(jiǎn)化FIFO和存儲器訪(fǎng)問(wèn)，實(shí)現控制流程的抽象。HLS的另一大優(yōu)勢是便于架構研究和仿真。 Vivado HLS把C++函數視為模塊，函數定義等效于模塊的RTL描述，函數調用等效于模塊實(shí)例化。這種方法能減少需要用戶(hù)編寫(xiě)的代碼量，進(jìn)而顯著(zhù)簡(jiǎn)化用于系統描述的結構代碼，最終加速系統匯編進(jìn)程。 在Vivado HLS中，存儲器或FIFO可通過(guò)兩種方法訪(fǎng)問(wèn)。一種是通過(guò)合適的對象(比如對流對象的讀寫(xiě))。另一種是直接訪(fǎng)問(wèn)綜合工具隨后將實(shí)現為Block RAM或分布式RAM的標準C陣列。綜合工具會(huì )根據需要處理額外的信令、同步或尋址問(wèn)題。 從控制流的角度，Vivado HLS從簡(jiǎn)單的FIFO接口到完整的AXI4-Stream均可提供整套流控制感知接口。使用這些接口，設計人員可直接訪(fǎng)問(wèn)數據，無(wú)需檢查背壓或數據可用性。Vivado HLS會(huì )適當地調度執行，應對一切緊急情況，同時(shí)確保正確完成執行。 設計人員還會(huì )感激Vivado HLS提供的另一項功能，即簡(jiǎn)便的架構研究功能。用戶(hù)只需在代碼中插入程序指令(如使用GUI或批處理模式時(shí)的Tcl命令)，就可以把設計所需特性傳遞給綜合工具。這樣用戶(hù)可以在不修改設計代碼本身的情況下研究大量備選架構方案。研究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隊列深度等較常見(jiàn)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。設計一般采用兩步流程驗證：第一步是C語(yǔ)言仿真。這個(gè)步驟中C/C++的編譯和執行與常見(jiàn)的C/C++程序相同;第二步是C/RTL協(xié)仿真。在這步驟中，Vivado HLS會(huì )根據C/C++測試平臺自動(dòng)生成RTL測試平臺，然后設置并執行RTL仿真，檢查實(shí)現方案8的正確性。 如能充分發(fā)揮這些優(yōu)勢，這將對于用戶(hù)的系統設計大有裨益。這不僅體現在開(kāi)發(fā)時(shí)間和生產(chǎn)力上，還由于Vivado HLS代碼更加緊湊的特點(diǎn)，體現在代碼可維護性和可讀性上。此外通過(guò)高層次綜合，用戶(hù)仍能有效控制架構及其特性。正確理解和使用Vivado HLS程序對實(shí)現這一控制起著(zhù)根本作用。 高層次綜合在賽靈思提供的包處理解決方案的層級結構中起著(zhù)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使用特定領(lǐng)域語(yǔ)言，提供一種大為簡(jiǎn)便但相當受限的協(xié)議處理系統表達方法。RTL則可以用于Vivado HLS無(wú)法表達的大量系統的實(shí)現工作(例如使用DCM或差分信號并需要詳細時(shí)鐘管理的各類(lèi)系統)。雖然有種種局限，Vivado HLS仍然是在保證結果質(zhì)量或設計人員靈活性的前提下設計大部分協(xié)議處理解決方案的有效途徑。 2 設置簡(jiǎn)單系統 開(kāi)始新設計時(shí)需要完成的最基本工作首先是確定設計的結構，然后將其實(shí)現在Vivado HLS中。Vivado HLS中的基本系統構建塊是C/C++函數。構建一個(gè)由模塊和子模塊組成的系統意味著(zhù)需要用一個(gè)頂層函數來(lái)調用底層函數。圖1所示的是一個(gè)極為簡(jiǎn)單的三級流水線(xiàn)，我們以此為例來(lái)介紹Vivado HLS中系統構建的基本思路。一般采用流水線(xiàn)化設計執行協(xié)議處理，由每一級負責解決處理的特定部分。 如圖1所示。 構建一個(gè)由模塊和子模塊組成的系統意味著(zhù)需要用一個(gè)頂層函數來(lái)調用底層函數。 例1：在Vivado HLS中創(chuàng )建簡(jiǎn)單系統 1 void topLevelModule(stream&inData, stream&outData) { 2 #pragma HLS dataflow interval=1 3 4 #pragma INTERFACE axis port=inData 5 #pragma INTERFACE axis port=outData 6 7 static stream> modOne2modTwo; 8 static stream> modTwo2modThree; 9 10 moduleOne(inData, modOne2modTwo); 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，供調用所有其它子函數使用。頂層模塊函數使用兩個(gè)參數，均屬于“流”(stream)類(lèi)(Vivado HLS庫中提供的模塊類(lèi)之一)。流是一種HLS建模架構，代表準備以流方式交換的數據通過(guò)的接口。流可以實(shí)現為FIFO隊列或內存，也可以是一種能夠配合任何C++架構使用的模板類(lèi)。在本例中，我們定義了一種稱(chēng)為axiWord的數據結構(Struct)，如例2所示。 例2：定義流接口使用的C++ 結構 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，使用編譯指令(pragma)語(yǔ)句即可完成設定。編譯指令是對高層次綜合工具的指令，用于指導工具實(shí)現要求的結果。例1中第4行和第5行的編譯指令用于告知Vivado HLS這兩個(gè)指令(具體是頂層模塊的輸入和輸出端口)將使用AXI4-Stream接口。AXI4-Stream I/F包含兩個(gè)必備信號，分別是有效信號和就緒信號，但它們沒(méi)有包含在聲明的數據結構中。這是由于Vivado HLS AX4 I/F會(huì )在內部處理這些信號，也就是說(shuō)它們對用戶(hù)邏輯而言是透明的。如前文所述，在使用AXI4-Stream I/F時(shí)，從用戶(hù)處抽象流控制完全由Vivado HLS完成。 當然未必一定使用AXI4-Stream接口。Vivado HLS提供有豐富的總線(xiàn)接口。這里選擇AXI4-Stream作為常見(jiàn)標準接口的示例，供用戶(hù)進(jìn)行包處理。 實(shí)現我們的設計的下一項工作是確保我們的三個(gè)模塊彼此互聯(lián)。這項工作也通過(guò)流完成，不過(guò)這次它們是位于頂層模塊的內部。第7行和第8行用于聲明實(shí)現這一目標的兩個(gè)流。這兩個(gè)流使用了另一種Vivado HLS結構ap_uint。這是一種無(wú)符號一維位陣列，隨后將按此對其操作。同時(shí)這也是又一種模板類(lèi)，因此必須設定這個(gè)陣列的寬度。在本例中使用64位，與頂層模塊輸入輸出I/F的數據成員寬帶匹配。還有一點(diǎn)需要詳細說(shuō)明的是這些流全部聲明為靜態(tài)變量。靜態(tài)變量是指其值不隨函數調用變化的一種變量。由于在作為順序C/C++程序執行時(shí)頂層模塊(以及全部的子模塊)每個(gè)時(shí)鐘周期會(huì )被調用一次，所以任何需要保持其值不隨時(shí)鐘周期變化的變量都需要聲明為靜態(tài)變量。 3 創(chuàng )建流水線(xiàn)設計 將要討論的最后也是最重要的一個(gè)是編譯指令。第2行中的數據流編譯指令指示Vivado HLS盡量以并行方式安排執行該函數的所有子函數�！癷nternal”參數用于設置該模塊的初始化間隔(II)。初始化間隔(II)告知Vivado HLS該模塊必須具備的處理新輸入數據字的頻次，故決定了設計的吞吐量。不過(guò)這并不妨礙模塊內部的流水線(xiàn)化和擁有>1的時(shí)延。當II=2時(shí)，該模塊將用兩個(gè)周期完成數據字的處理，然后再讀入新的數據字。以這種方式Vivado HLS可以簡(jiǎn)化模塊最終的RTL。也就是說(shuō)，在一個(gè)典型的協(xié)議處理應用中，設計必須具備每個(gè)時(shí)鐘周期處理一個(gè)數據字的能力，故從現在起我們令I(lǐng)I=1。 初始化間隔(II)告知Vivado HLS該模塊必須具備的處理新輸入數據字的頻次，故決定了設計的吞吐量。 最后要解決的問(wèn)題是函數調用本身。在Vivado HLS中，這個(gè)過(guò)程對應的是模塊的實(shí)例化。傳遞給每個(gè)模塊的參數實(shí)質(zhì)上定義了模塊的通信端口。在本例中，通過(guò)將輸入連接到第一個(gè)模塊，然后用 modOne2modTwo流把第一個(gè)模塊連接到第二個(gè)模塊，依次類(lèi)推，將三個(gè)模塊鏈接起來(lái)。(未完待續) |
