Intel®高层次综合编译器Pro版: 最佳实践指南

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ID 683152
日期 4/01/2024
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文档目录
文档目录 x
1. Intel® HLS Compiler专业版最佳实践指南 2. 编码和编译组件的最佳实践 3. FPGA概念 4. 接口最佳实现 5. 循环的最佳实践 6. fMAX瓶颈最佳实践 7. 存储器架构最佳实践 8. 任务系统最佳实践 9. 数据类型最佳实践 10. 高级故障排查 A. Intel® HLS Compiler Pro版最佳实践指南存档 B. Intel® HLS Compiler Pro版最佳实践指南文档修订历史
1. Intel® HLS Compiler专业版最佳实践指南 x
1.1. 停用 Intel® HLS Compiler
3. FPGA概念 x
3.1. FPGA架构概述 3.2. FPGA硬件设计概念 3.3. 硬件设计方法
3.1. FPGA架构概述 x
3.1.1. 自适应逻辑模块(ALM) 3.1.2. 数字信号处理(DSP)模块 3.1.3. 随机存取存储器 (RAM) 块
3.1.1. 自适应逻辑模块(ALM) x
3.1.1.1. 查找表（LUT） 3.1.1.2. 寄存器
3.2. FPGA硬件设计概念 x
3.2.1. 最大频率(fMAX) 3.2.2. 延时 3.2.3. 流水线 3.2.4. 吞吐量 3.2.5. 数据通路 3.2.6. 控制通路 3.2.7. 占用
3.3. 硬件设计方法 x
3.3.1. 源代码如何成为自定义硬件数据通路 3.3.2. 调度(Scheduling) 3.3.3. 将并行模型映射到FPGA硬件 3.3.4. 存储器类型
3.3.1. 源代码如何成为自定义硬件数据通路 x
3.3.1.1. 将源代码指令映射到硬件 3.3.1.2. 映射数组及其对硬件的访问
3.3.2. 调度(Scheduling) x
3.3.2.1. 动态调度 3.3.2.2. 数据通路集群 3.3.2.3. 集群之间握手
3.3.3. 将并行模型映射到FPGA硬件 x
3.3.3.1. 数据并行性 3.3.3.2. 任务并行性
3.3.3.1. 数据并行性 x
3.3.3.1.1. 同时执行独立操作 3.3.3.1.2. 流水线
3.3.3.1.2. 流水线 x
3.3.3.1.2.1. 组件内的流水线循环 3.3.3.1.2.2. 流水线跨组件调用
3.3.4. 存储器类型 x
3.3.4.1. 组件存储器 3.3.4.2. 外部存储器
4. 接口最佳实现 x
4.1. 为组件选择适合的接口 4.2. 可变延时MM主接口的LSU控制 4.3. 避免指针混淆
4.1. 为组件选择适合的接口 x
4.1.1. 指针接口 4.1.2. Avalon® 存储器映射主接口（Host Interface） 4.1.3. Avalon® 存储器映射从存储器（Agent Memories ） 4.1.4. Avalon® 存储器映射从寄存器（Agent Register ） 4.1.5. Avalon® Streaming（流）接口 4.1.6. Pass-by-Value接口
5. 循环的最佳实践 x
5.1. 在循环中调用硬件以重复使用 5.2. 并行化循环 5.3. 构建Well-Formed（结构良好）的循环 5.4. 最小化循环携带的依赖性 5.5. 避免复杂循环退出条件 5.6. 将嵌套循环转换为单个循环 5.7. 将if-Statements放置在循环嵌套中尽可能最低的范围 5.8. 在尽可能深的范围内声明变量 5.9. 提升Loop II以提高fMAX 5.10. 控制循环交叉存取
5.2. 并行化循环 x
5.2.1. 流水线循环 5.2.2. 展开循环（Unroll Loop） 5.2.3. 实例：循环流水线和展开
6. fMAX瓶颈最佳实践 x
6.1. 平衡目标fMAX和目标II
7. 存储器架构最佳实践 x
7.1. 实例：覆盖组合式存储器架构 7.2. 实例：覆盖Banked存储器架构 7.3. 合并存储器减少面积 7.4. 实例：指定局部存储器地址的Bank选择位
7.3. 合并存储器减少面积 x
7.3.1. 实例：从深度范畴合并存储器 7.3.2. 实例：从宽度范畴合并存储器
8. 任务系统最佳实践 x
8.1. 并行执行多个循环 8.2. 共享昂贵计算块 8.3. 实现层次设计 8.4. 平衡任务系统中的容量
8.4. 平衡任务系统中的容量 x
8.4.1. 启用 Intel® HLS Compiler来推断数据通路缓冲区容量要求 8.4.2. 必要时对设计明确添加缓冲容量
9. 数据类型最佳实践 x
9.1. 避免隐式数据类型转换 9.2. 使用ac_int数据类型时避免负位移
10. 高级故障排查 x
10.1. 仅在仿真中出现的组件失败 10.2. 组件的结果质量较差
1. Intel® HLS Compiler专业版最佳实践指南
2. 编码和编译组件的最佳实践
3. FPGA概念
4. 接口最佳实现
5. 循环的最佳实践
6. fMAX瓶颈最佳实践
7. 存储器架构最佳实践
8. 任务系统最佳实践
9. 数据类型最佳实践
10. 高级故障排查
A. Intel® HLS Compiler Pro版最佳实践指南存档
B. Intel® HLS Compiler Pro版最佳实践指南文档修订历史

7.4. 实例：指定局部存储器地址的Bank选择位

有选项可告知 Intel® HLS Compiler Pro Edition从局部存储器中哪些位选择存储bank或从哪些位可选择bank中的字。可通过hls_bankbits(b 0, b 1, ..., b n) 属性指定“bank选择”位。

(b 0 , b 1 , ... ,b n )自变量指的是局部存储器地址位的位置， Intel® HLS Compiler Pro Edition将他们用作“bank选择”位。指定hls_bankbits(b 0, b 1 , ..., b n) 属性表示bank数目等于2 bank位号 。

表 8.  局部存储器地址实例显示字和“Bank选择”位

本局部存储器地址表显示局部存储器可能会如何选址的实例。存储器属性设置为hls_bankbits(3,4)。存储器bank选择位（bits 3, 4）在表格中为粗体字，而字选择位（bits 0-2）为斜体字。

  Bank 0 Bank 1 Bank 2 Bank 3
Word 0 00 000 01 000 10 000 11 000
Word 1 00 001 01 001 10 001 11 001
Word 2 00 010 01 010 10 010 11 010
Word 3 00 011 01 011 10 011 11 011
Word 4 00 100 01 100 10 100 11 100
Word 5 00 101 01 101 10 101 11 101
Word 6 00 110 01 110 10 110 11 110
Word 7 00 111 01 111 10 111 11 111
限制： 目前，hls_bankbits(b 0，b 1, ..., b n)属性仅支持连续bank位。

实现hls_bankbits属性的实例

考虑以下实例组件代码：
1 
component int bank_arbitration (int raddr,
                                int waddr,
                                int wdata) {

  #define DIM_SIZE 4

  // Adjust memory geometry by preventing coalescing
  hls_numbanks(1)
  hls_bankwidth(sizeof(int)*DIM_SIZE)

  // Force each memory bank to have 2 ports for read/write
  hls_singlepump
  hls_max_replicates(1) 

  int a[DIM_SIZE][DIM_SIZE][DIM_SIZE];
  // initialize array a…
  int result = 0; 
 
  #pragma unroll
  for (int dim1 = 0; dim1 < DIM_SIZE; dim1++)
    #pragma unroll
    for (int dim3 = 0; dim3 < DIM_SIZE; dim3++)
      a[dim1][waddr&(DIM_SIZE-1)][dim3] = wdata;

  #pragma unroll
  for (int dim1 = 0; dim1 < DIM_SIZE; dim1++)
    #pragma unroll
    for (int dim3 = 0; dim3 < DIM_SIZE; dim3++)
      result += a[dim1][raddr&(DIM_SIZE-1)][dim3];

  return result;
}

如下图所示，该代码实例生成多个加载和存储指令，因此硬件中有多个加载/存储单元（LSU）。如果存储系统未拆分成多个bank，则端口少于存储器访问指令，并导致仲裁性访问。该仲裁结果为高循环启动间隔（II）值。尽可能避免仲裁，因为会增加组件中的FPGA面积使用率且损害组件性能。

图 41. 访问组件bank_arbitration的局部存储器

默认情况下， Intel® HLS Compiler Pro Edition将存储器拆分成bank，如果其确定此拆分有利于组件的性能。编译器检查访问之间是否有任何位保持不变，且自动推断bank选择位。

现在，考虑如下组件代码： 
component int bank_no_arbitration (int raddr, 
                                   int waddr, 
                                   int wdata) {
  #define DIM_SIZE 4

  // Adjust memory geometry by preventing coalescing and splitting memory
  hls_bankbits(4, 5)
  hls_bankwidth(sizeof(int)*DIM_SIZE)

  // Force each memory bank to have 2 ports for read/write
  hls_singlepump
  hls_max_replicates(1)
 
  int a[DIM_SIZE][DIM_SIZE][DIM_SIZE];

  // initialize array a…
  int result = 0; 
 
  #pragma unroll
  for (int dim1 = 0; dim1 < DIM_SIZE; dim1++)
    #pragma unroll
    for (int dim3 = 0; dim3 < DIM_SIZE; dim3++)
      a[dim1][waddr&(DIM_SIZE-1)][dim3] = wdata;

  #pragma unroll
  for (int dim1 = 0; dim1 < DIM_SIZE; dim1++)
    #pragma unroll
    for (int dim3 = 0; dim3 < DIM_SIZE; dim3++)
      result += a[dim1][raddr&(DIM_SIZE-1)][dim3];

  return result;
}

下图显示该实例代码创建了具有4个bank的存储器配置。使用位4和5作为bank选择位可确保每个加载/存储访问直接到达其存储bank。

图 42. 访问组件bank_no_arbitration的局部存储器

该代码实例中，设置hls_numbanks(4)代替hls_bankbits(4,5)可带来相同的存储器配置，因为 Intel® HLS Compiler Pro Edition自动推断最佳bank选择位。

Function Memory Viewer（inf the High-Level Design Reports）中，Address bit information显示bank选择位为b6和b7，而非b4和b5：



之所以出现该差异，是因为Function Memory Viewer中报告的地址位都基于字节地址而非元素地址。由于数组a中的每个元素都是4个字节，元素地址位中的位b4和b5对应字节寻址中的位b6和b7。

1 对于该实例，初始组件由设置为1 (hls_numbanks(1))的hls_numbanks属性生成的初始组件来防止编译器自动将存储器差分成bank。
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