如何利用Vivado HLS处理许多位准确或任意精度数据类型.doc
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如何利用Vivado HLS处理许多位准确或任意精度数据类型.doc
如何利用Vivado HLS处理许多位准确或任意精度数据类型我们在设计硬件时,它往往是要求更精确的位宽。例如,一个filter的输入是12位和一个累加器的结果只需要一个最大范围为27位。然而对于硬件设计来说,使用标准的C数据类型会造成硬件成本的浪费。这就会造成我们要使用更多的LUT和寄存器,延迟甚至可能超过时钟周期和需要更多的周期来计算结果。这往往不是我们需要的结果。因此下面我将介绍如何利用Vivado HLS处理许多位准确或任意精度数据类型,以及允许使用任何(任意)宽度的模型变量。C-base 数据类型我们从硬件的角度来看数据类型,采用C/C+的数据类型都是以8bit为边界,即:? char (8-bit)? short (16-bit)? int (32-bit)? long long (64-bit)? float (32-bit)? double (64-bit)? 确切的宽度的整数类型如int16_t (16-bit) 和 int32_t (32-bit)注意:char16_t和char32_t在Vivado Hls 中是不支持的从上面发现,C的数据位宽是比较死板的,然而描述RTL里面的位宽是任意的。例如,采用C语言去描述一个18*18 bits的乘法器,那么就需要将输入数据都声明为32 bits(int),结果声明为64 bits(long long),这将会在FPGA中消耗4个DSP48E1,显然这是很浪费资源的。任意精度数据类型 Language Integer Data Type Required HeaderC uint W(1024 bits) .#include ap_cint.h C+ ap_uint W(1024 bits) .#include ap_int.h C+ ap_ufixed W,I,Q,O,N .#include ap_fixed.h其优点有:1.更高的时钟频率 2.更好的数据吞吐率 3.消耗资源更少因此,使用任意精度数据类型能以更少的资源,获得相同的精度,同时可以运行在更高的时钟频率下。注意:在声明任意数据类型的时候,我们往往在头文件里面声明,这会使得我们在做debug的时候会非常有用。C-base 数据类型projectStep1 创建和打开projectI.打开Vivado HLS Command Prompt,按照下图输入命令II.输入vivado_hls -p window_fn_prjStep2 Review Test Bench 和run C SimulaTIonI.在Source打开window_fn_top.cppII.找到window_fn_top.h,按住Control键,并右击,打开window_fn_top.h(头文件)在这里,我们可以看到,本设计所有数据类型的操作都是标准C/C+的浮点型。III点击Run C SimulaTIonStep3 Run C SimulaTIon 和 Review ResultsI.点击Run C Synthesis图中我们发现,顶层中的instances占用了大部分资源。II.打开Interface SummaryIII.点击Analysis,打开winfn_loop这是浮点型乘法器(fmul),图中可以看出,第一个状态是读取内存操作(两个周期),然后是fmul操作(五个周期),最后的操作状态是一个写内存操作(一个周期)III.退出Vivado Hls,并返回到command prompt任意数据类型projectStep1 创建和仿真projectI.打开Vivado HLS Command Prompt,按照下图输入命令II.输入vivado_hls -p window_fn_prjIII.在Source打开window_fn_top.cppIV.找到window_fn_top.h,按住Control键,并右击,打开window_fn_top.h(头文件)这里的数据类型的操作是ap_fixed点类型,它类似于float和double(因为它们支持整数和分数位表示的类型),window_fn_top.h是唯一不同于上一个project的头文件。这些数据类型是在头文件中定义的ap_fixed。注意:你可以通过修改C代码,将任意精度类型代替标准C类型,在这里必须做的更改是减少数据类型的大小。在这例子中,我们使用8位,24位,和18位,而不是32位浮点类型。通过较少的操作,减少面积,和更少的时钟周期就可以完成project。我们也可以改变更常见的C类型(如int,short,和char),例如,更改数据类型(18位int(32位)可以确保只要一个dsp48就可以执行任何乘法,但是你必须确认设计仍然执行正确的操作和它这样做所需的精度。由VIvado Hls提供的任意精度类型的好处是,可以仿真更新的C代码来确认其功能和准确性。V.点击Run C SimulaTIon控制台面板显示了C仿真的结果。随着数据类型的更新,结果不再跟预期结果相同,然而他们是在误差范围内。Step2 Run C Synthesize和 Review ResultsI.点击Run C Synthesis注意:通过使用任意精度类型,已经减少了延迟和面积(50%和80%),并简化了RTL硬件的操作。由于memory中的总位小于1024 bit,所以现在是自动执行LUTs和FFS而不是模块RAM。II.打开Interface Summary注意:现在的数据端口是8 bits和24 bitsIII.点击Analysis,打开winfn_loop总结本文介绍任意精度数据类型的处理方法。通过Vivado HLs中两个project的比较,得到结论,跟C-base 数据类型相比,使用任意精度数据类型能以更少的资源,获得相同的精度,同时可以运行在更高的时钟频率下。