Intel® 高层次综合编译器专业版Pro版: 参考手册

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ID 683349
日期 12/04/2023
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文档目录 x
1. Intel® HLS Compiler Pro版参考手册 2. 编译器 3. C语言和库支持 4. 组件接口 5. 组件存储器（存储器属性） 6. 组件中的循环 7. 组件并发 8. 任意精度数学支持 9. 组件目标频率(Target Frequency) 10. 任务系统 11. 库 12. 高级硬件综合控制 13. Intel® High Level Synthesis Compiler Pro版参考总结 A. 高级数学源代码库 B. 支持的数学函数 C. Cyclone® V限制 D. Intel® HLS Compiler Pro版参考手册存档 E. Intel® HLS Compiler Pro版参考手册修订历史
1. Intel® HLS Compiler Pro版参考手册 x
1.1. Intel® HLS Compiler待弃用
2. 编译器 x
2.1. Intel® HLS Compiler Pro版命令选项 2.2. 在您的组件中使用库 2.3. 编译器互操作性（Interoperability） 2.4. Intel® HLS Compiler硬件模式
2.3. 编译器互操作性（Interoperability） x
2.3.1. 单独编译您的测试台和组件
3. C语言和库支持 x
3.1. 支持用于组件综合的C和C++子集 3.2. C和C++库 3.3. 模板和重载函数 3.4. Intel® HLS Compiler Pro版编译器定义的预处理器宏
3.3. 模板和重载函数 x
3.3.1. 模板函数 3.3.2. 重载函数 3.3.3. 函数名称映射
4. 组件接口 x
4.1. 组件调用接口 4.2. Avalon® 流（Streaming）接口 4.3. 管道 4.4. Avalon® 存储器映射Host接口 4.5. Agent（代理）接口 4.6. 稳定的组件参数 4.7. 全局变量 4.8. 组件接口中的结构体 4.9. 复位行为
4.1. 组件调用接口 x
4.1.1. 标量参数 4.1.2. 指针和引用参数 4.1.3. 接口定义实例：组件调用接口控制属性 4.1.4. 接口定义实例：具有标量和指针自变量的组件
4.3. 管道 x
4.3.1. pipe类别及其用途
4.4. Avalon® 存储器映射Host接口 x
4.4.1. 存储器映射Host测试台构造函数（Constructor） 4.4.2. 描述存储器接口的隐式和显式实例 4.4.3. Avalon® Memory-Mapped Host接口和加载-存储-单元（Load-Store Units）
4.4.3. Avalon® Memory-Mapped Host接口和加载-存储-单元（Load-Store Units） x
4.4.3.1. Load-Store Unit类型 4.4.3.2. 存储器访问合并和加载-存储单元
4.5. Agent（代理）接口 x
4.5.1. 控制和状态寄存器（CSR）Agent 4.5.2. Agent存储器
5. 组件存储器（存储器属性） x
5.1. 静态变量
6. 组件中的循环 x
6.1. 循环启动间隔（ii预处理指令） 6.2. 循环依赖项（ivdep预处理指令） 6.3. 循环合并（loop_coalesce预处理指令) 6.4. 循环展开（unroll预处理指令） 6.5. 循环并发(max_concurrency预处理指令) 6.6. 循环迭代推测（speculated_iterations预处理指令 6.7. 循环流水线控制（disable_loop_pipelining预处理指令） 6.8. 循环交叉存取控制（max_interleaving预处理指令） 6.9. 循环融合（Loop Fusion）
6.9. 循环融合（Loop Fusion） x
6.9.1. 循环融合控制（loop_fuse预处理指令） 6.9.2. 循环融合豁免（loop_fuse预处理指令）
7. 组件并发 x
7.1. 存储器空间或I/O内的串行等效性 7.2. 并发控制（hls_max_concurrency属性） 7.3. 组件流水线控制（hls_disable_component_pipelining属性）
8. 任意精度数学支持 x
8.1. 声明ac_int数据类型 8.2. 声明ac_fixed数据类型 8.3. 声明ac_complex数据类型 8.4. AC数据类型和本地编译器 8.5. 声明hls_float数据类型
8.1. 声明ac_int数据类型 x
8.1.1. 关于ac_int数据类型的重要使用信息 8.1.2. 整数提升（Integer Promotion）和ac_int数据类型整 8.1.3. 调试您使用的ac_int数据类型
8.2. 声明ac_fixed数据类型 x
8.2.1. 运算中的任意精度定点Literal（字面常量）
8.5. 声明hls_float数据类型 x
8.5.1. hls_float数据类型支持的操作符和返回类型 8.5.2. hls_float.h提供的其他数据类型
9. 组件目标频率(Target Frequency) x
9.1. 指定目标II和目标fMAX的效果
10. 任务系统 x
10.1. 任务函数 10.2. 内部流 10.3. 任务系统模拟
11. 库 x
11.1. 静态对象库 11.2. 创建静态对象库 11.3. 从HLS代码创建对象 11.4. 从RTL代码创建对象 11.5. 将对象文件打包到库中
11.3. 从HLS代码创建对象 x
11.3.1. 从HLS代码创建对象 11.3.2. 支持的 OpenCL* 语言结构体
11.4. 从RTL代码创建对象 x
11.4.1. RTL模块和HLS流水线（Pipeline） 11.4.2. 从RTL模块创建静态对象文件
11.4.1. RTL模块和HLS流水线（Pipeline） x
11.4.1.1. RTL模块到HLS流水线（Pipeline）的集成 11.4.1.2. RTL模块接口 11.4.1.3. RTL复位和时钟信号 11.4.1.4. 对象清单文件句法 11.4.1.5. 将HLS数据类型映射到RTL信号 11.4.1.6. 基于RTL的函数的HLS仿真模型 11.4.1.7. RTL模块与部分重配置之间的潜在不兼容性 11.4.1.8. 无停顿（Stall-Free）RTL 11.4.1.9. HLS库的RTL模块限制和局限性
11.4.1.2. RTL模块接口 x
11.4.1.2.1. RTL模块接口信号
11.4.1.3. RTL复位和时钟信号 x
11.4.1.3.1. Intel Agilex® 7和 Intel® Stratix® 10无停顿（Stall-Free）和可停顿（Stallable）RTL模块的特定设计复位要求
11.4.1.4. 对象清单文件句法 x
11.4.1.4.1. ATTRIBUTES的XML元素 11.4.1.4.2. INTERFACE的XML元素 11.4.1.4.3. RESOURCES的XML元素
11.4.1.4.1. ATTRIBUTES的XML元素 x
11.4.1.4.1.1. ALLOW_MERGING和HAS_SIDE_EFFECTS元素之间的交互。
12. 高级硬件综合控制 x
12.1. 数学函数的硬件实现控制 12.2. hls_fpga_reg()函数
12.1. 数学函数的硬件实现控制 x
12.1.1. 数学函数硬件实现总结 12.1.2. --dsp-mode命令选项 12.1.3. ihc::math_dsp_control函数
13. Intel® High Level Synthesis Compiler Pro版参考总结 x
13.1. Intel® HLS Compiler Pro版i++命令行参数 13.2. Intel® HLS Compiler Pro版头文件 13.3. Intel® HLS Compiler Pro版编译器定义的预处理器宏 13.4. Intel® HLS Compiler Pro版关键字 13.5. Intel® HLS Compiler Pro版模拟API（仅测试台） 13.6. Intel® HLS Compiler Pro版组件存储器属性 13.7. Intel® HLS Compiler Pro版循环预处理指令 13.8. Intel® HLS Compiler Pro版范围预处理指令 13.9. Intel® HLS Compiler Pro版组件属性 13.10. Intel® HLS Compiler Pro版组件默认值接口 13.11. Intel® HLS Compiler Pro版组件调用接口控制属性 13.12. Intel® HLS Compiler Pro版组件宏 13.13. Intel® HLS Compiler Pro版技术性任务系统API 13.14. Intel® HLS Compiler Pro版管道API 13.15. Intel® HLS Compiler Pro版流输入接口 13.16. Intel® HLS Compiler Pro版流输出接口 13.17. Intel® HLS Compiler Pro版存储器映射接口 13.18. Intel® HLS Compiler Pro版加载-存储单元控制 13.19. Intel® HLS Compiler Pro版任意精度数据类型
13.13. Intel® HLS Compiler Pro版技术性任务系统API x
13.13.1. ihc::stream分类
A. 高级数学源代码库 x
A.1. 随机数生成程序库 A.2. 矩阵乘法库 A.3. 乔莱斯基分解（Cholesky Decomposition）库
B. 支持的数学函数 x
B.1. math.h头文件提供的数学函数 B.2. extendedmath.h头文件提供的数学函数 B.3. ac_fixed_math.h头文件提供的数学函数 B.4. hls_float.h头文件提供的数学函数 B.5. hls_float_math.h头文件提供的数学函数 B.6. 默认舍入方案和非规格数（Subnormal Number）支持
1. Intel® HLS Compiler Pro版参考手册
2. 编译器
3. C语言和库支持
4. 组件接口
5. 组件存储器（存储器属性）
6. 组件中的循环
7. 组件并发
8. 任意精度数学支持
9. 组件目标频率(Target Frequency)
10. 任务系统
11. 库
12. 高级硬件综合控制
13. Intel® High Level Synthesis Compiler Pro版参考总结
A. 高级数学源代码库
B. 支持的数学函数
C. Cyclone® V限制
D. Intel® HLS Compiler Pro版参考手册存档
E. Intel® HLS Compiler Pro版参考手册修订历史

6.8. 循环交叉存取控制（max_interleaving预处理指令）

Intel® HLS Compiler Pro Edition尝试通过尽可能频繁地发出新的内循环迭代（最小化循环启动间隔）来最大化循环嵌套中流水线化内循环的吞吐量和硬件资源占用率。 当编译器无法实现内循环的循环II为1时，编译器将循环嵌套配置为内循环一次调用的迭代与内循环的其他调用的迭代交错进行。
术语提示
循环迭代是循环体的单次执行。循环调用是循环迭代流水线化执行的开始。
图 12. 交叉存取实例 1

交叉存取实例 2

该实例中，请考虑以下循环嵌套： 
// Loop j is pipelined with ii=1
for (int j = 0; j < M; j++) {
  int a[N];
  // Loop i is pipelined with ii=2
  for (int i = 1; i < N; i++) {
      a[i] = foo(i)
  }
}

本实例中，内循环i被流水线化，且II=2。在正常流水线式情况下，这个II意味着内环硬件只能实现50%的利用率，因为i循环每隔一个周期启动一次。为了利用这些空闲周期，编译器会将i循环的二次调用与外层j循环的下一次迭代交错进行。

因为i循环居于j循环内，并且j循环的行程计数为M， 表示i循环被invoked（调用）M次。j循环是最外层循环，仅被调用一次。

下表显示了i循环的正常流水线执行与N=5的交错式执行实例之间的差异。

周期 流水线化循环迭代

(j循环，i循环)

交错循环迭代

(j循环，i循环)

0 (0,0) (0,0)
1 --- (1,0)
2 (0,1) (0,1)
3 --- (1,1)
4 (0,2) (0,2)
5 --- (1,2)
6 (0,3) (0,3)
7 --- (1,3)
8 (0,4) (0,4)
9 --- (1,4)
10 (1,0) (2,0)
11 --- (3,0)
12 (1,1) (2,1)
13 --- (3,1)
14 (1,2) (2,2)
15 --- (3,2)
16 (1,3) (2,3)
17 --- (3,3)
18 (1,4) (2,4)
19 --- (3,4)

下表显示为每个周期被启动的每个内循环迭代的值（j,i）。在周期 0 处，两种执行模式都启动i循环的第（0,0）次迭代。正常流水线化执行下，周期1处无i循环迭代被启动。在交错式执行下，最内层循环的第 (1,0) 次迭代，即i循环的下一个 (j=1) 调用的第一次迭代被启动。到周期10时，交错式执行已启动i循环j=0调用，和i循环j=1调用的所有迭代。这就代表它是正常流水线化执行效率的两倍。

有时您可能会发现，相对于启用交错存取所需要的额外FPGA面积而言，进行这种交错存取不会带来性能优势。在这些情况下，您可以限制或约束交错量以减少FPGA面积利用率。

使用max_interleaving指令

要限制内循环中可以同时执行交错存取式调用的次数，请使用max_interleaving指令批注该内循环。被注释的循环必须包含在另一个流水线循环内。

需要的参数（n）指定允许交错的程度上限，即，在给定时间内，对所包含循环的调用能执行多少次被注释的循环。

以下列方式之一指定max_interleaving指令：
  • #pragma max_interleaving 1

    编译器限制注释的（内部）循环在每个外部循环迭代中仅被调用一次。也就是说，内部循环的所有迭代都经过管道后才能调用下一次内部循环。

  • #pragma max_interleaving 0

    编译器允许流水线包含的内部循环同步调用的次数，与内循环的循环启动间隔 (II) 相等。例如，II为2的内循环可以同时在管道中进行两次调用的迭代。

    如果您没有指定max_interleaving指令，则该行为会是编译器的默认行为。

在以下代码片段中，编译器限制了i循环的流水线化执行。i循环仅对应于j训话的后续迭代。 
// Loop j is pipelined with ii=1
for (int j = 0; j < M; j++) {
  int a[N];
  // Loop i is pipelined with ii=2 
  #pragma max_interleaving 1
  for (int i = 1; i < N; i++) {
      a[i] = foo(i)
  }
  …
  }
另一个实例显示使用max_interleaving指令的效果，请参考以下教程： 
<quartus_installdir>/hls/examples/tutorials/loop_controls/max_interleaving
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