• 動的ループ境界または分岐は、エリア・オーバーヘッドを引き起こす可能性があります。
• コンパイラーは、動的メモリー割り当て、仮想関数、関数ポインター、およびこの資料の付録で明示的に言及しているサポートされる数学関数を除く C++ または C ライブラリーの関数を合成できません。一般的に、コンパイラーは、クラス、構造、関数、テンプレート、およびポインターを含む関数を合成できます。

コンパイル時にコードがコンパイラーに提供できる情報が多いほど、結果となるハードウェアはより小さく、より速くなります。いくつかの C++ コンストラクターは合成可能ですが、可能な場合は C99 でコンポーネント関数を作成してください。

hls_max_concurrencyコンポーネント属性を使用して、コンポーネントの最大並行処理を増減することができます。コンポーネントの並行処理は、一度に実行できるコンポーネント呼び出し数です。デフォルトでは、 インテル^® HLS コンパイラーはコンポーネントがピーク・スループットで動作するため、並行処理を最大化しようと試みます。

#include "HLS/hls.h"

hls_max_concurrency(3)
component void foo ( /* arguments */ ){
  // Component code
}

また、max_concurrency(N)プラグマを使用して、ループの並行処理を制御することも可能です。max_concurrency(N)プラグマについて詳しくは、ループ並行処理の制御を参照してください。

パラメーター・インターフェイスは、関数の引数の中にデータをプッシュしたり関数からのデータを返したりするために使用するプロトコルです。次の関数の定義を考察します。

component int interfaces(int a, int b);

関数の定義は 2 つの引数 ( すなわち aとb) があります。ハードウェアで使用するプロトコルを各引数に渡す際にどのように指定するかについて詳しくは、パラメーター・プロトコルを参照してください。

コンポーネントへのコール動作やコンポーネントから返す動作を表すには、コンポーネント呼び出しインターフェイスが必要です。このインターフェイスは、戻り値 ( nonvoid 関数で ) と、コンポーネントに制御を渡し、関数が実行を完了すると制御を戻すハンドシェイク信号が含まれています。

コンポーネント内の構造体での実装インターフェイスのパディングおよび Packed-ness に関する情報は、 <a.prj>/components/<component_name> フォルダー内のinterface_structs.svファイルを確認し、参照してください。

interface_structs.svファイルには、コンポーネント・インターフェイスで見つかった Verilog 形式の定義が含まれています。

mm_master<>オブジェクトを作成するには、コードに次のコンストラクターを追加します。

ihc::mm_master<int, … > mm(void* ptr, int size, bool use_socket=false);

位置

• void* ptrはテストベンチでのメモリーへの基となるポインターです。
• int sizeはバイト単位のバッファーの合計サイズです。
• bool use_socketはメモリーバッファーのコピーをオーバーライドして、すべてのメモリーアクセスをテストベンチ・メモリーに戻すオプションです。

  デフォルトでは、HLSコンパイラーはメモリーバッファーをシミュレーターにコピーし、コンポーネントが実行された後にそれをコピーして戻します。リンクされたリストのポインターチェーシングなどの場合、メモリーバッファーを前後にコピーすることは好ましくありません。この動作はbool use_socketをtrueに設定することでオーバーライドできます。

  注: bool use_socketをtrueに設定すると、64 ビット幅アドレスのmm_mastersのみがサポートされます。更に、このオプション設定はシミュレーションのランタイムを増加させます。

コンポーネントはグローバル変数の使用と更新ができます。HLSコンパイラーは、コンポーネントへのポインター引数と同様の方法でグローバル変数をモデル化します。

コンポーネントが使用する各グローバル変数は、@<global variable name> という名前のコンデュイット引数があり、この変数はシステムメモリー内の特定のグローバル変数のアドレスが指定されている必要があります。その結果、コンポーネント内のグローバル変数を使用すると、グローバル変数を定数として宣言する場合と比べて、デザインに必要なエリアが増えます。追加エリアは、グローバル変数とロード・ストアー・ユニットのやり取りに必要です。

HLSコパイラーはレジスターに CSR スレーブを実装します。

CSR スレーブを使用するコンポーネントのコード例 :

#include "HLS/hls.h"

struct MyStruct {
    int f;
    double j;
    short k;
};


hls_avalon_slave_component
component MyStruct mycomp_xyz (hls_avalon_slave_register_argument int y,
                hls_avalon_slave_register_argument MyStruct struct_argument,
                hls_avalon_slave_register_argument unsigned long long mylong,
                hls_avalon_slave_register_argument char char_arg
                           ) { 
    return struct_argument;
}

コンポーネントmycomp_xyzで生成される C ヘッダーファイル :

/* This header file describes the CSR Slave for the mycomp_xyz component */

#ifndef __MYCOMP_XYZ_CSR_REGS_H__
#define __MYCOMP_XYZ_CSR_REGS_H__



/******************************************************************************/
/* Memory Map Summary                                                         */
/******************************************************************************/

/*
  Register  | Access  |   Register Contents      | Description
  Address   |         |      (64-bits)           | 
------------|---------|--------------------------|-----------------------------
        0x0 |       W |         {reserved[62:0], |  Write 1 to signal start to
            |         |              start[0:0]} |               the component
------------|---------|--------------------------|-----------------------------
        0x8 |     R/W |         {reserved[62:0], |      0 - Disable interrupt,
            |         |   interrupt_enable[0:0]} |        1 - Enable interrupt
------------|---------|--------------------------|-----------------------------
       0x10 |  R/Wclr |         {reserved[61:0], | Signals component completion
            |         |               done[0:0], |       done is read-only and
            |         |   interrupt_status[0:0]} | interrupt_status is write 1
            |         |                          |                    to clear
------------|---------|--------------------------|-----------------------------
       0x18 |       R |       {returndata[63:0]} |        Return data (0 of 3)
------------|---------|--------------------------|-----------------------------
       0x20 |       R |     {returndata[127:64]} |        Return data (1 of 3)
------------|---------|--------------------------|-----------------------------
       0x28 |       R |    {returndata[191:128]} |        Return data (2 of 3)
------------|---------|--------------------------|-----------------------------
       0x30 |     R/W |         {reserved[31:0], |                  Argument y
            |         |                 y[31:0]} |                            
------------|---------|--------------------------|-----------------------------
       0x38 |     R/W |  {struct_argument[63:0]} | Argument struct_argument (0 of 3)
------------|---------|--------------------------|-----------------------------
       0x40 |     R/W | {struct_argument[127:64]} | Argument struct_argument (1 of 3)
------------|---------|--------------------------|-----------------------------
       0x48 |     R/W | {struct_argument[191:128]} | Argument struct_argument (2 of 3)
------------|---------|--------------------------|-----------------------------
       0x50 |     R/W |           {mylong[63:0]} |             Argument mylong
------------|---------|--------------------------|-----------------------------
       0x58 |     R/W |         {reserved[55:0], |           Argument char_arg
            |         |           char_arg[7:0]} |                            

NOTE: Writes to reserved bits will be ignored and reads from reserved
      bits will return undefined values.
*/


/******************************************************************************/
/* Register Address Macros                                                    */
/******************************************************************************/

/* Byte Addresses */
#define MYCOMP_XYZ_CSR_START_REG (0x0)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_INTERRUPT_ENABLE_REG (0x8)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_INTERRUPT_STATUS_REG (0x10)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_RETURNDATA_0_REG (0x18)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_RETURNDATA_1_REG (0x20)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_RETURNDATA_2_REG (0x28)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_ARG_Y_REG (0x30)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_ARG_STRUCT_ARGUMENT_0_REG (0x38)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_ARG_STRUCT_ARGUMENT_1_REG (0x40)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_ARG_STRUCT_ARGUMENT_2_REG (0x48)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_ARG_MYLONG_REG (0x50)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_ARG_CHAR_ARG_REG (0x58)

/* Argument Sizes (bytes) */
#define MYCOMP_XYZ_CSR_RETURNDATA_0_SIZE (8)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_RETURNDATA_1_SIZE (8)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_RETURNDATA_2_SIZE (8)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_ARG_Y_SIZE (4)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_ARG_STRUCT_ARGUMENT_0_SIZE (8)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_ARG_STRUCT_ARGUMENT_1_SIZE (8)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_ARG_STRUCT_ARGUMENT_2_SIZE (8)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_ARG_MYLONG_SIZE (8)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_ARG_CHAR_ARG_SIZE (1)

/* Argument Masks */
#define MYCOMP_XYZ_CSR_RETURNDATA_0_MASK (0xffffffffffffffffULL)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_RETURNDATA_1_MASK (0xffffffffffffffffULL)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_RETURNDATA_2_MASK (0xffffffffffffffffULL)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_ARG_Y_MASK (0xffffffff)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_ARG_STRUCT_ARGUMENT_0_MASK (0xffffffffffffffffULL)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_ARG_STRUCT_ARGUMENT_1_MASK (0xffffffffffffffffULL)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_ARG_STRUCT_ARGUMENT_2_MASK (0xffffffffffffffffULL)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_ARG_MYLONG_MASK (0xffffffffffffffffULL)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_ARG_CHAR_ARG_MASK (0xff)

/* Status/Control Masks */
#define MYCOMP_XYZ_CSR_START_MASK   (1<<0)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_START_OFFSET (0)

#define MYCOMP_XYZ_CSR_INTERRUPT_ENABLE_MASK   (1<<0)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_INTERRUPT_ENABLE_OFFSET (0)

#define MYCOMP_XYZ_CSR_INTERRUPT_STATUS_MASK   (1<<0)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_INTERRUPT_STATUS_OFFSET (0)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_DONE_MASK   (1<<1)
#define MYCOMP_XYZ_CSR_DONE_OFFSET (1)


#endif /* __MYCOMP_XYZ_CSR_REGS_H__ */`

小から中サイズのオンチップ・メモリーでは、スレーブメモリーのポインター引数は上記の欠点にアドレスする可能性があります。ポインター引数をスレーブメモリーとして宣言することは、コンポーネントの中で静的アレイを宣言することと類似しています。静的アレイの宣言とは異なり、内部初期化はメモリーに外部から公開されたポートに置き換えられます。メモリーは現在コンポーネントの内部にあるため、HLS コンパイラーは通常のメモリー最適化をすべて利用して、コンポーネントのアクセスパターン ( つまり、バンキング、結合など ) に最適化されたメモリー・アーキテクチャーを作成することができます。

HLSコンパーラーはオンチップ・メモリーブロックにスレーブメモリーを実装します。

コンポーネントは多数のメモリー・インターフェイスを有することができます。CSR スレーブ・インターフェイスとともにグループ化されたスレーブレジスター引数とは異なり、スレーブメモリーはコンポーネントで独自のスレーブ・インターフェイスを有します。スレーブメモリー・インターフェイスのデータバス幅はスレーブタイプの幅により決定します。メモリーへの内部アクセスが結合した場合、スレーブメモリー・インターフェイスのデータバス幅はスレーブタイプの幅の倍数になる可能性があります。

restrict キーワードを可能な場合にポインター引数に挿入します。 restrict キーワードを含めることで、 インテル^® HLS コンパイラーは競合しないリードおよびライト動作の間に不要なメモリーの依存関係の作成を回避します。

各反復があるアレイからデータを読み出し、データを同じ物理メモリー内の別のアレイに書き込むループを考慮します。これらのポインター引数に restrict キーワードがない場合、コンパイラーは 2 つのアレイ間で依存関係を仮定し、結果としてパイプライン並列化をより少なく抽出する必要があります。

コード例 :

1  #pragma unroll <N>
2  for (int i = 0; i < M; ++i) {
3      // Some useful work
4  }

この例では、Nはアンロール係数、すなわち、HLSコンパイラーが生成するループのコピーの数をサポートしています。アンロール係数を指定しない場合、HLSコンパイラーはループを完全に展開します。最適化レポートで各ループのアンロールステータスを確認することができます。

使用ケース 1:

ループ内部のメモリーアレイへのすべてのアクセスがループ伝搬依存性を引き起こさない場合、ループの前に#pragma ivdepを追加します。

1  // no loop-carried dependencies for A and B array accesses
2  #pragma ivdep
3  for(int i = 0; i < N; i++) {
4      A[i] = A[i + N]; 
5      B[i] = B[i + N];
6  }

使用ケース 2:

#pragma ivdep array (array_name)はすべてのアレイアクセスに代わり、特定のメモリーアレイに指定できます。このプラグマはアレイ、ポインター、または構造体のポインターメンバーに適用されます。指定したアレイがポインターの場合、ivdepプラグマは指定したポインターでエイリアスする可能性のあるすべてのアレイに適用します。

 1  // No loop-carried dependencies for A array accesses
 2  // Compiler inserts hardware that reinforces dependency constraints for B
 3  #pragma ivdep array(A)
 4  for(int i = 0; i < N; i++) {
 5      A[i] = A[i - X[i]];
 6      B[i] = B[i - Y[i]];
 7  }
 8
 9  // No loop-carried dependencies for array A inside struct
10  #pragma ivdep array(S.A)
11  for(int i = 0; i < N; i++) {
12      S.A[i] = S.A[i - X[i]];
13  }
14
15  // No loop-carried dependencies for array A inside the struct pointed by S
16  #pragma ivdep array(S->X[2][3].A)
17  for(int i = 0; i < N; i++) {
18      S->X[2][3].A[i] = S.A[i - X[i]];
19  }
20
21  // No loop-carried dependencies for A and B because ptr aliases
22  // with both arrays
23  int *ptr = select ? A : B;
24  #pragma ivdep array(ptr)
25  for(int i = 0; i < N; i++) {
26      A[i] = A[i - X[i]];
27      B[i] = B[i - Y[i]];
28  }
29
30  // No loop-carried dependencies for A because ptr only aliases with A
31  int *ptr = &A[10];
32  #pragma ivdep array(ptr)
33  for(int i = 0; i < N; i++) {
34      A[i] = A[i - X[i]];
35      B[i] = B[i - Y[i]];
36  }

インテル^® はHLSコンパイラーが以下の理由のためにハードウェアの生成に使用するヘッダーファイルの最適化バージョンを開発しました。

• Mentor Graphics の一部のヘッダーファイルは インテル^® 高位合成 (HLS) コンパイラーと互換性がない。
• Mentor Graphics のヘッダーファイルを使用する場合、HLSコンパイラーは最適な品質の結果を得られない。

ac_intおよびac_fixedデータ型の使用による利点 :

• より小さいデータ型および回路のさまざまな動作でのエレメント処理が実現できる。
• データ型は、コンテナーサイズを 32 または 64 ビットに昇格せずに、十分なサイズのコンテナーでのさまざまな動作結果を返すための整数昇格の優れたサポートを提供する。

HLSコンパイラーのac_intおよび ac_fixedデータ型の現在の実装での制限事項 :

• 512 ビットの結果の生成に限定された乗算器
• 最大 64 ビットに制限された除算器
• cout出力ストリームはコンポーネントでサポートされるが、コンポーネントを FPGA アーキテクチャーにコンパイルする際には含まれないようにする必要がある。

ac_intデータ型は整数昇格サポートしています。次の例を考察します。

// For a 14-bit addition, the result should be stored in a 15-bit container
int15 s_adder(int14 a, int14 b) {
    return (a + b);
} 

この場合、加算演算は自動的に 15 ビットの結果を出力します。しかしながら、結果を適切なデータ型に格納するのはユーザーの責任となります。HLSコンパイラーは指定されたコンテナーのサイズに自動的に切り捨てまたは拡張します。

ac_intデータ型は C および Verilog を含め、他の言語とはビットシフトが異なります。デフォルトでは、シフト量が符号付きデータ型の場合、下のコード例にようにac_intは負のシフトを許容します。ハードウェアでは、この負のシフトは左シフトと右シフトの両方の実装をもたらします。

int14 shift_left(int14 a, int14 b) {
    return (a << b);
} 

シフトが常に一方向にあるとわかっている場合、効率的なシフト演算子を実装するには、次のようにシフト量を符号なしのデータ型として宣言します。

int14 efficient_left_only_shift(int14 a, uint14 b) {
    return (a << b);
}

HLSコンパイラー・インストレーション・パッケージはチュートリアル・デザインのいくつかの例が含まれています。推奨される例については、これらのデザインを参照してください。

{b0, b1, ... ,bn} 引数はHLSコンパイラーがバンク選択ビットで使用すべきワードアドレス・ビットを参照します。hls_bankbits(b0, b1, ..., bn) 属性を指定することは、バンク数が 2^( バンクビット数 ) と同等であることを意味します。

component int bank_arb_consecutive_multidim (int raddr, int waddr, int wdata, int upperdim) {

  int a[2][4][128];

  #pragma unroll
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    a[upperdim][i][(waddr & 0x7f)] = wdata + i;
  }

  int rdata = 0;

  #pragma unroll
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    rdata += a[upperdim][i][(raddr & 0x7f)];
  }

  return rdata;
}

component int bank_arb_consecutive_multidim (int raddr, int waddr, int wdata, int upperdim) {

  int a[2][4][128] hls_bankbits(8,7);

  #pragma unroll
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    a[upperdim][i][(waddr & 0x7f)] = wdata + i;
  }

  int rdata = 0;

  #pragma unroll
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    rdata += a[upperdim][i][(raddr & 0x7f)];
  }

  return rdata;
}

component int bank_arb_consecutive_multidim (int raddr,
                                             int waddr,
                                             int wdata,
                                             int upperdim){

  int a[2][4][128] hls_bankbits(5,4);

  #pragma unroll
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    a[upperdim][i][(waddr & 0x7f)] = wdata + i;
  }

  int rdata = 0;

  #pragma unroll
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    rdata += a[upperdim][i][(raddr & 0x7f)];
  }

  return rdata;
}