學(xué)習(xí)目標(biāo)為：
- 如何使用高級綜合生成流水線
- 如何使用Stratus進(jìn)行層次化設(shè)計
1.生成流水線
Stratus允許指定一個主循環(huán)（while(1)）中的內(nèi)容為流水線方式實現(xiàn)，即每個時鐘周期均可以進(jìn)入數(shù)據(jù)執(zhí)行靠闭，需要在主循環(huán)開始時添加如下語句指定使用流水線實現(xiàn)：
HLS_PIPELINE_LOOP(<STALL_TYPE>, <cycle>, <name>);
上述指定該loop為流水線實現(xiàn)愧膀，具有三個參數(shù)，分別如下所示：
- STALL_TYPE：實現(xiàn)類型矿咕，包括
HARD_STALL和SOFT_STALL兩種 - cycle：數(shù)據(jù)進(jìn)入間隔狼钮，即“每隔多少個時鐘周期可進(jìn)入一個數(shù)據(jù)”熬芜，當(dāng)cycle=1時表示每個周期均可進(jìn)入數(shù)據(jù)
- name：流水線配置名稱，每個循環(huán)流水線名稱不同即可
對于STALL_TYPE中的兩種瑞侮，具有以下的區(qū)別：
-
HARD_STALL：當(dāng)流水線的某一級阻塞時，整條流水線停止運行 -
SOFT_STALL：當(dāng)流水線的某一級阻塞時半火，僅阻塞級之前的流水線停止運行钮糖，阻塞級之后的流水線繼續(xù)運行
對于要生成流水線的代碼片（循環(huán)體），Stratus有以下的要求：
- 循環(huán)展開（Nested Loops）：循環(huán)體中僅可以嵌套次數(shù)指定的循環(huán)阎抒，且被指定生成流水線的循環(huán)要么為無限循環(huán)消痛，要么為指定次數(shù)循環(huán)
- 數(shù)據(jù)依賴（Data Dependencies）：需要保證每一級需要的數(shù)據(jù)在運行這一級之前已經(jīng)生成秩伞，即數(shù)據(jù)流向固定向前，不存在反向數(shù)據(jù)流（產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突）掰担，若發(fā)生這種情況Stratus會報錯：
Unable to satisfy HLS_HLS_PIPELINE_LOOP directive "main_pipeline",possibly because of a statement in this line. - 端口訪問（Port Access Conflicts）：對于端口的訪問需要謹(jǐn)慎怒炸，需要避免連續(xù)兩個周期訪問一個端口的寫法毡代，因為會產(chǎn)生對端口的訪問沖突（前一次進(jìn)入loop和后一次loop在同一周期需要訪問同一個接口）教寂，這種情況會報出Warning：
Pipelining forces multiple assignments to output data_out - 非平衡流水線（Unbalanced Protocol Blocks）：避免在展開為流水線的循環(huán)中使用消耗時鐘周期不同的條件判斷。即若在循環(huán)中使用if-else語句导梆，兩個代碼塊消耗的時鐘周期必須一致迂烁。
- 循環(huán)跳出（Conditional Exits in Pipelined Loops）：允許使用break語句跳出循環(huán)盟步，但用于判斷是否跳出循環(huán)的邏輯消耗的時間必須少于數(shù)據(jù)進(jìn)入間隔時鐘周期
學(xué)習(xí)過程使用上一次使用的+1功能電路，將其執(zhí)行線程改為以下按流水線展開：
void dut_template::t() {
{
HLS_DEFINE_PROTOCOL("reset");
x_in.reset();
y_out.reset();
wait();
}
while(1) {
// HLS_PIPELINE_LOOP(HARD_STALL, 1, "main_loop");
HLS_PIPELINE_LOOP(SOFT_STALL, 1, "main_loop");
DT x_val = x_in.get();
DT out_val = x_val + 1;
y_out.put(out_val);
}
}
這里使用了輸入間隔為1個周期（每個周期均可輸入）的SOFT_STALL形式的流水線狰域。
2.層次化設(shè)計
為了觀察流水線功能，這次將兩個+1功能模塊dut_template連在一起進(jìn)行仿真屈溉，頂層為pipeline_test抬探，代碼如下所所示：
#ifndef _DUT_PIPE
#define _DUT_PIPE
#include "cynw_p2p.h"
#include "cynw_fifo.h"
#include "defines.h"
#include "dut_template_wrap.h"
SC_MODULE(pipeline_test) {
public:
cynw_p2p<DT, ioConfig>::base_in x_in;
cynw_p2p<DT, ioConfig>::base_out y_out;
cynw_p2p<DT, ioConfig> tmp;
sc_in_clk clk;
sc_in<bool> rst;
dut_template_wrapper *ut0;
dut_template_wrapper *ut1;
SC_CTOR(pipeline_test):
x_in("x_in"),y_out("y_out"),tmp("tmp"),
clk("clk"),rst("rst") {
ut0 = new dut_template_wrapper("ut0");
ut0->clk(clk);
ut0->rst(rst);
ut0->x_in(x_in);
ut0->y_out(tmp);
ut1 = new dut_template_wrapper("ut1");
ut1->clk(clk);
ut1->rst(rst);
ut1->x_in(tmp);
ut1->y_out(y_out);
}
// void t(); 不可調(diào)用函數(shù)進(jìn)行連線Ｊ荒馈３『健！
};
#endif
首先關(guān)注使用的p2p接口如下所示：
cynw_p2p<DT, ioConfig>::base_in x_in;
cynw_p2p<DT, ioConfig>::base_out y_out;
需要注意的是本次使用了base_in和base_out而不是in和out（參考筆記1）僻造，因為這兩個端口的目的僅僅為連接使用孩饼，相當(dāng)于連線，因此不需要使用in和out立膛，也不需要指定時鐘與復(fù)位信號梯码。隨后關(guān)注調(diào)用部分：
dut_template_wrapper *ut0;
dut_template_wrapper *ut1;
這里的調(diào)用方式為調(diào)用dut_template_wrapper而不是dut_template轩娶，這是Stratus的區(qū)別，若要在高級綜合中保留層次結(jié)構(gòu)闯捎，則需要在這里調(diào)用wrapper而不是本身许溅，對應(yīng)的，也需要在tcl中指定子模塊dut_template為待綜合模塊娱仔。最后一點需要注意的是牲迫，SC_CTOR中連線部分需要在本函數(shù)中編寫，不可像system中一樣調(diào)用函數(shù)進(jìn)行連線筛峭，否則會在仿真過程中產(chǎn)生問題陪每。該設(shè)計對應(yīng)的project.tcl如下所示：
...
use_tech_lib "$LIB_PATH/$LIB_LEAF"
set_attr clock_period 10.0
set_attr message_detail 3
set_attr default_input_delay 0.1
set_attr cc_options " -g --std=c++0x"
enable_waveform_logging -vcd
set_attr end_of_sim_command "make saySimPassed"
define_system_module basic_ut/main.cpp
define_system_module basic_ut/system.cpp
define_system_module basic_ut/tb.cpp
define_hls_module pipeline_test dut_module/pipeline_test.cpp
define_hls_module dut_template dut_module/dut_template.cpp # 子模塊也需要指定為待綜合模塊
define_io_config * TLM
define_io_config * PIN
define_hls_config pipeline_test BASIC
define_hls_config dut_template BASIC # 子模塊也需要指定綜合等級
define_sim_config T -io_config TLM
define_sim_config B -io_config PIN
define_sim_config H {pipeline_test RTL_V BASIC}
3.仿真結(jié)果
仿真結(jié)束后使用verdi查看波形檩禾，未添加流水線的波形如下所示：
可以發(fā)現(xiàn)這種情況下每兩個周期才能輸入一個數(shù)據(jù)盼产，添加了流水線的波形如下所示：
添加了流水線展開后戏售，可以發(fā)現(xiàn)每個時鐘周期均可輸入新的數(shù)據(jù)。
