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

　　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

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