高层次综合（HLS）常用时间术语的解释

Posted 2022-12-09 朽月

高层次综合（HLS）常用时间术语的解释

• 参考文献
• 项目简述
• HLS工作原理
• 高层次综合（HLS）指标
• 总结

参考文献

[1]、小鱼FPGA(微信公众号)
[2]、lauren的FPGA(微信公众号)

项目简述

前面一篇关于HLS的文章，我们已经进行了讲解，我们学习HLS并不是为了学习C、C++代码如何编写。我们是为了学习如何使用HLS进行加速，将高层次代码编译成底层逻辑。那么编译的好坏必然会引入一些指标，接下来我们将对这些指标进行进一步的说明，以便大家可以理解HLS设计。

HLS工作原理

进行HLS约束的主要原理如下：

这里说明HLS工具有两种仿真方式：
1、直接对C、C++函数进行仿真
2、对C、C++函数生成的HDL文件进行Modelsim仿真
通过上面两种仿真方式验证自己代码的正确性。其中Directives用来指导C代码编译成Verilog文件的策略。

对于HLS有以下几个特点：
1、顶层函数的参数综合成RTL代码的I/O引脚
2、不同的C函数综合成不同的RTL模块
3、默认的C函数是不展开的
4、C代码中的数组综合成Block RAM或者Ultra RAM

HLS综合主要分为三步：
1、Scheduling：决定了每一步C代码在多少周期内完成，每个周期完成什么样的操作。
2、Binding：决定了代码使用什么样的FPGA资源来实现。
3、Control logic extraction：从C代码中提取有限状态机来指导RTL设计。

高层次综合（HLS）指标

这里只有理解了HLS给我们报告中的指标是什么意思，才有可能看懂HLS的报告进而确定下一步的优化方向。
1、Area：实现该C代码多用的资源量，该资源包括LUT、registers、Block RAM、DSP48等等。
2、Latency：C函数完成所有的一次输出所需要的周期数。
3、Initiation interval(II)：C函数需要多少时间才可以重新接受新的数据，也就是C函数本次开始到下一次开始所需要的周期数。
4、Loop iteration latendy：C函数中的for循环每迭代一次需要多少时钟周期。
5、Loop initiation interval：本次循环开始到下一次循环开始所需要的周期数。
6、Loop latency：完成整个循环需要多少个时钟周期。
7、Trip Count：for循环的循环迭代的次数。
下面的一个例子详细解释了上面的时间术语，大家一定要搞懂。

这里为了进一步理解上面的数据继续引入例子：

体现在时序图中如下：

对上面的例子加了流水线操作：

体现在时序图中如下：

总结

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