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

　　7 用多級層級創(chuàng )建系統

　　上文討論了如何使用Vivado HLS實(shí)現簡(jiǎn)單的三級流水線(xiàn)。但是一般的包處理系統可能會(huì )包含分布在層級結構中多個(gè)層面的多個(gè)模塊。圖2即是這種系統的示例。在本例中，層級結構的第一層由兩個(gè)模塊組成，每個(gè)模塊下面包括三個(gè)子模塊。這個(gè)示例中的頂層模塊與前面介紹的簡(jiǎn)單系統中頂層模塊相似。但包含有三個(gè)子模塊的較低層模塊使用INLINE編譯指令來(lái)解析函數，將其子模塊推送到頂層，如例6所示。

　　例6：Vivado HLS中的中間模塊

　　1 void module2 (stream < axiWord > &inData,
　　stream&outData) {
　　2 #pragma HLS INLINE
　　3
　　4 ………

　　因此在Vivado HLS完成綜合后，系統基本如圖3所示。這樣Vivado HLS就能正確地根據這些模塊創(chuàng )建數據流架構，完成模塊的流水線(xiàn)化，然后同步執行。在嵌入該函數后，各模塊和信號保持原來(lái)的名稱(chēng)不變。

　　8 使用高級語(yǔ)言結構

　　高層次綜合的主要優(yōu)勢之一在于可以使用高級語(yǔ)言結構來(lái)表達復雜對象，與傳統RTL設計相比，顯著(zhù)提高了抽象水平。下面的例子是描述一個(gè)小型查找表。

　　例7中的代碼用于內容可尋址存儲器(CAM)類(lèi)定義，它使用類(lèi)對象創(chuàng )建一個(gè)表，供存儲和恢復上述原型系統的ARP數據。該類(lèi)有一個(gè)私有成員，這個(gè)私有成員是一個(gè)由“noOfArpTableEntries”條“arpTableEntry”類(lèi)型記錄組成的陣列。這種類(lèi)型屬于一種數據結構，包括MAC地址、對應的IP地址和用于說(shuō)明該條記錄是否包含有效數據的一個(gè)數位。

　　例7：CAM類(lèi)定義

　　1 class cam {
　　2 private:
　　3 arpTableEntry filterEntries[noOfArpTableEntries];
　　4 public:
　　5 cam();
　　6 bool write(arpTableEntry writeEntry);
　　7 bool clear(ap_uint<32> clearAddress);
　　8 arpTableEntry compare(ap_uint<32>
　　searchAddress);
　　9 };

　　這個(gè)類(lèi)也包括四種在這個(gè)表上運算方法(其中一個(gè)是構造器)。其中的一個(gè)，即比較法，用于實(shí)現真正的查找功能。本例通過(guò)提供IP地址來(lái)返回相應的MAC地址。處理的方法是使用“for”循環(huán)查找表中的每一條記錄，搜索有相同IP地址的有效記錄。然后完整地返回這條記錄。如果沒(méi)有找到，就返回無(wú)效記錄。為讓設計實(shí)現II=1的目標，必須完全展開(kāi)這個(gè)循環(huán)。

　　例8：用于CAM類(lèi)的比較法

　　1 arpTableEntry cam::compare(ap_uint<32> searchAddress)
　　{
　　2 for (uint8_t i=0; i
　　3 if (this->filterEntries[i].valid == 1 &&
　　searchAddress == this->filterEntries[i].ipAddress)
　　4 return this->filterEntries[i];
　　5 }
　　6 arpTableEntry temp = {0, 0, 0};
　　7 return temp;
　　8 }

　　上述經(jīng)驗和示例明確說(shuō)明，用戶(hù)可以使用Vivado HLS充分發(fā)揮高級編程結構的作用，用類(lèi)似軟件的方法描述包處理系統。采用RTL是難以實(shí)現的。

　　9 10GBps速率下的協(xié)議處理

　　與傳統RTL相比，Vivado HLS可使用C/C++在FPGA上迅速方便地實(shí)現協(xié)議處理設計，充分發(fā)揮高級語(yǔ)言帶來(lái)的效率提升優(yōu)勢。另外還具有下列優(yōu)點(diǎn)：使用C函數輕松完成系統構建;數據通過(guò)流交換，提供類(lèi)似FIFO的標準化接口;靈活的流控制和HLS編譯指令，便于使用該工具實(shí)現需要的架構。借助這些功能，用戶(hù)無(wú)需重寫(xiě)源代碼就能夠迅速判研多種不同設計方案的利弊。

　　出于解釋這類(lèi)設計的基本概念的目的，上文討論了一種能夠應答ping和ARP請求，解析IP地址查詢(xún)的簡(jiǎn)單ARP服務(wù)器。結果證明用Vivado HLS設計的模塊能夠以10Gbp乃至更高的線(xiàn)速完成協(xié)議處理。