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)計人員帶來切實的幫助。Vivado HLS通過下面兩種方法提高抽象層次：

　　● 使用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)計人員使用基礎(chǔ)硬件構(gòu)建塊(位向量、隊列等)。

　　與使用RTL相比，這兩大特性有助于設(shè)計人員使用Vivado HLS更輕松地解決常見的協(xié)議系統(tǒng)設(shè)計難題。最終簡化系統(tǒng)匯編，簡化FIFO和存儲器訪問，實現(xiàn)控制流程的抽象。HLS的另一大優(yōu)勢是便于架構(gòu)研究和仿真。

　　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)調(diào)用等效于模塊實例化。這種方法能減少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，最終加速系統(tǒng)匯編進程。

　　在Vivado HLS中，存儲器或FIFO可通過兩種方法訪問。一種是通過合適的對象(比如對流對象的讀寫)。另一種是直接訪問綜合工具隨后將實現(xiàn)為Block RAM或分布式RAM的標(biāo)準(zhǔn)C陣列。綜合工具會根據(jù)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從簡單的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(shè)計人員可直接訪問數(shù)據(jù)，無需檢查背壓或數(shù)據(jù)可用性。Vivado HLS會適當(dāng)?shù)卣{(diào)度執(zhí)行，應(yīng)對一切緊急情況，同時確保正確完成執(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)研究功能。用戶只需在代碼中插入程序指令(如使用GUI或批處理模式時的Tcl命令)，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)計代碼本身的情況下研究大量備選架構(gòu)方案。研究的范圍可以是模塊流水線化等根本性問題，也可以是FIFO隊列深度等較常見的問題。

　　最后，C和RTL仿真是Vivado HLS另一個大放異彩的地方。設(shè)計一般采用兩步流程驗證：第一步是C語言仿真。這個步驟中C/C++的編譯和執(zhí)行與常見的C/C++程序相同;第二步是C/RTL協(xié)仿真。在這步驟中，Vivado HLS會根據(jù)C/C++測試平臺自動生成RTL測試平臺，然后設(shè)置并執(zhí)行RTL仿真，檢查實現(xiàn)方案8的正確性。

　　如能充分發(fā)揮這些優(yōu)勢，這將對于用戶的系統(tǒng)設(shè)計大有裨益。這不僅體現(xiàn)在開發(fā)時間和生產(chǎn)力上，還由于Vivado HLS代碼更加緊湊的特點，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。正確理解和使用Vivado HLS程序?qū)崿F(xiàn)這一控制起著根本作用。

　　高層次綜合在賽靈思提供的包處理解決方案的層級結(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使用特定領(lǐng)域語言，提供一種大為簡便但相當(dāng)受限的協(xié)議處理系統(tǒng)表達方法。RTL則可以用于Vivado HLS無法表達的大量系統(tǒng)的實現(xiàn)工作(例如使用DCM或差分信號并需要詳細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)計人員靈活性的前提下設(shè)計大部分協(xié)議處理解決方案的有效途徑。

　　2 設(shè)置簡單系統(tǒng)

　　開始新設(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所示的是一個極為簡單的三級流水線，我們以此為例來介紹Vivado HLS中系統(tǒng)構(gòu)建的基本思路。一般采用流水線化設(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。

　　如圖1所示。

　　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)。

　　例1：在Vivado HLS中創(chuàng)建簡單系統(tǒng)

　　1 void topLevelModule(stream&inData,

　　stream&outData) {

　　2 #pragma HLS dataflow interval=1

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