Vivado Design Suite ユー
ザー ガ イ ド
高位合成
UG902 (v2013.4) 2013 年 12 月 19 日
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改訂履歴
次の表に、 こ の文書の改訂履歴を示 し ます。
日付
バージ ョ ン
改訂内容
2013/03/20
2013.1
内容全般を ア ッ プデー ト
2013/06/19
2013.2
内容全般を ア ッ プデー ト し 、 第 3 章の 「高位合成コ ーデ ィ ン グ ス タ イ ル」 に詳細を追加
2013/10/02
2013.3
内容全般を ア ッ プデー ト し 、 第 3 章の 「高位合成コ ーデ ィ ン グ ス タ イ ル」 に詳細を追加
2013/12/19
2013.4
全体的に内容の構造を ア ッ プデー ト し 、 HLS リ フ ァ レ ン ス セ ク シ ョ ン を新 し く 追加
高位合成
UG902 (v2013.4) 2013 年 12 月 19 日
japan.xilinx.com
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目次
改訂履歴 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
第 1 章 : 高位合成の概要
概要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
高位合成 (HLS) の コ ン セプ ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Vivado HLS の使用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
高位合成フ ロ ー . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
チ ュ ー ト リ アル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
C の検証 と コ ーデ ィ ン グ ス タ イ ル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
C デザ イ ンのシ ミ ュ レーシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
任意精度デー タ 型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
浮動小数点型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
イ ン タ ーフ ェ イ ス の管理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
イ ン タ ーフ ェ イ ス合成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
ポー ト イ ン タ ーフ ェ イ ス の指定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
SystemC の イ ン タ ーフ ェ イ ス合成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
手動の イ ン タ ーフ ェ イ ス仕様 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
デザ イ ン最適化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
チ ェ ッ ク リ ス ト お よ びガ イ ド ラ イ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
ク ロ ッ ク 、 タ イ ミ ン グ、 お よ び RTL 出力 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
関数の最適化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
関数の再利用、 イ ン ラ イ ン化、 お よ び イ ン ス タ ン シエーシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
関数のパ イ プ ラ イ ン処理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
レ イ テ ン シ制約 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
関数の イ ン タ ーフ ェ イ ス プ ロ ト コ ル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
ループの最適化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
ループの展開 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
ループの結合 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
ネ ス ト 化 さ れたループの フ ラ ッ ト 化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
ループのデー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
ループのパ イ プ ラ イ ン処理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
ループ キ ャ リ ー依存性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
ループ反復の制御 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
ループの レ イ テ ン シ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
ア レ イ の最適化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
ア レ イ の初期化 と リ セ ッ ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
メ モ リ リ ソ ース の選択 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
ア レ イ のマ ッ プ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
ア レ イ のパーテ ィ シ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
ア レ イ の変更 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
ア レ イ の ス ト リ ー ミ ン グ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
ロ ジ ッ ク 構造の最適化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
演算子選択 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
ハー ド ウ ェ ア リ ソ ース の制御 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
構造体パ ッ キ ン グ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
演算調整 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
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検証 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
RTL の自動検証 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
RTL デザ イ ンのエ ク ス ポー ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
RTL 合成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
IP カ タ ロ グ形式でのエ ク ス ポー ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
System Generator へのエ ク ス ポー ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pcore フ ォーマ ッ ト でのエ ク ス ポー ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
合成済みチ ェ ッ ク ポ イ ン ト のエ ク ス ポー ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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第 2 章 : 高位合成演算子および コ ア
演算子お よ び コ ア . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
合成の概要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ス ケジ ュー リ ング と は . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
バ イ ンデ ィ ン グ と は . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
演算子、 コ ア、 指示子について . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
演算子お よ び コ アの制御 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
演算子の制限 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
リ ソ ース の制御 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ス ケ ジ ュ ールの制御 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
バ イ ンデ ィ ン グの制御 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
高位合成の演算子 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
高位合成の コ ア . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
フ ァ ン ク シ ョ ン ユニ ッ ト コ ア . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ス ト レージ コ ア . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
コネ ク ター コ ア . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
アダプ タ ー コ ア . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
浮動小数点 コ ア . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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第 3 章 : 高位合成 コ ーデ ィ ング ス タ イル
構文の表記規則 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
は じ めに . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
コー ド 例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C の合成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
最上位デザ イ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
テ ス ト ベンチ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
デザ イ ン フ ァ イ ル と テ ス ト ベンチ フ ァ イ ル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
最上位の引数 : RTL イ ン タ ーフ ェ イ ス ポー ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
デー タ 型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
関数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ループ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
アレ イ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
assert の使用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
サポー ト さ れない C コ ン ス ト ラ ク ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C++ の合成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C++ ク ラ ス . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
テ ンプ レー ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
デー タ 型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
サポー ト さ れない C++ コ ン ス ト ラ ク ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
SystemC の合成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
デザ イ ンの記述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
最上位 SystemC ポー ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
サポー ト さ れない SystemC コ ン ス ト ラ ク ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C ラ イブラ リ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Vivado HLS の math ラ イ ブ ラ リ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Vivado HLS の video ラ イ ブ ラ リ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
HLS FFT ラ イ ブ ラ リ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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FFT の static パ ラ メ ー タ ー . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
FFT の ラ ン タ イ ム コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン と ラ ン タ イ ム ス テー タ ス . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
FFT 関数. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
HLS FIR ラ イ ブ ラ リ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
FIR の static パ ラ メ ー タ ー. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
FIR 関数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オプシ ョ ンの FIR ラ ン タ イ ム コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ハー ド ウ ェ アの コ ー ド 記述方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C++ でのユーザー定義の レ ジ ス タ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
DSP48 への加算器お よ び減算器の イ ンプ リ メ ン ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
SRL リ ソ ースへの直接マ ッ プ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ス ト リ ー ミ ン グ デー タ を使用 し た設計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C の任意精度型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
[u]int#W 型の コ ンパ イ ル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
[u]int#W 変数の宣言/定義 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
定数 ( リ テ ラ ル) か ら の初期化お よ び代入 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
コ ン ソ ール I/O (出力) のサポー ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
[u]int#W 型を使用 し た式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ビ ッ ト レベル演算 :サポー ト さ れ る 関数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C++ の任意精度型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ap_[u]<> 型の コ ンパ イ ル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ap_[u] 変数の宣言/定義 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
定数 ( リ テ ラ ル) か ら の初期化お よ び代入 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
コ ン ソ ール I/O (出力) のサポー ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ap_[u]<> 型を使用 し た式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ク ラ ス演算子お よ び メ ソ ッ ド . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
その他の ク ラ ス メ ソ ッ ド お よ び演算子 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ap_[u]fixed 表現 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
量子化モー ド . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オーバーフ ロ ー モー ド . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ap_[u]fixed<> 型の コ ンパ イ ル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ap_[u]fixed<> 変数の宣言 と 定義 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
定数 ( リ テ ラ ル) か ら の初期化お よ び代入 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
コ ン ソ ール I/O (出力) のサポー ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ap_[u]fixed<> 型を使用 し た式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ク ラ ス演算子お よ び メ ソ ッ ド . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
SystemC 型 と Vivado HLS 型の比較. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
デフ ォ ル ト コ ン ス ト ラ ク タ ー . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
整数除算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
整数係数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
負のシ フ ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
シ フ ト レ フ ト のオーバーフ ロ ー . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
range 演算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
固定小数点型の除算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
固定小数点型の右シ フ ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
固定小数点型の左シ フ ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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第 4 章 : 高位合成 コ マ ン ド
高位合成 コ マ ン ド の使用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ロ ジ ェ ク ト の管理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
高位合成の最適化の ロ ケーシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
コ マ ン ド お よ びプ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
add_files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
cosim_design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
csynth_design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
close_project . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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例...........................................................................................
config_array_partition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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例...........................................................................................
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プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
open_project . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
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構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
open_solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376
説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376
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オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_clock_uncertainty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_directive_allocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_directive_array_map. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_directive_array_partition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_directive_array_reshape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_directive_clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_directive_dataflow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_directive_data_pack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_directive_dependence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_directive_expression_balance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_directive_function_instantiate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_directive_inline. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_directive_interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_directive_latency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_directive_loop_flatten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_directive_loop_merge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_directive_loop_tripcount . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_directive_occurrence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_directive_pipeline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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set_directive_protocol. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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set_directive_reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_directive_resource . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_directive_stream . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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set_directive_top. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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set_directive_unroll . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
例...........................................................................................
set_part . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
オプシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
pragma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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set_top. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
プ ラ グマ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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-tool. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
構文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
リ フ ァ レ ン ス コ マン ド . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
イ ン タ ーフ ェ イ ス合成 リ フ ァ レ ン ス . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C ド ラ イ バー リ フ ァ レ ン ス . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
AXI4-Stream I/O 関数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ビデオ プ ロ セ ッ シ ン グ関数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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付録 5 : その他の リ ソ ース
ザ イ リ ン ク ス リ ソ ース . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ソ リ ュ ーシ ョ ン セ ン タ ー . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ト レーニ ン グ ビデオ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
参照資料 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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第 1章
高位合成の概要
概要
本書では、 高位合成 (HLS) に関す る コ ン セプ ト と 、 ザ イ リ ン ク ス の高位合成ツールについて説明 し ます。
•
Vivado 高位合成 (HLS) では、 C、 C++、 ま たは SystemC デザ イ ン仕様が レ ジ ス タ ト ラ ン ス フ ァ ー レベル (RTL)
イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンに変換 さ れ、 ザ イ リ ン ク ス フ ィ ール ド プ ロ グ ラ マブル ゲー ト ア レ イ (FPGA) に合成
•
Vivado HLS と 最適化を使用 し て高い QoR (結果の品質) を提供す る 方法
•
ザ イ リ ン ク ス FPGA デバ イ ス の イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン用に C コ ー ド (C++ お よ び SystemC も 含む) を記述す る
方法を示 し た コ ーデ ィ ン グ ス タ イ ル
•
高位合成の リ フ ァ レ ン ス情報
本章では、 高位合成 (HLS) に関す る さ ま ざ ま な コ ン セプ ト と 、 高位合成お よ びザ イ リ ン ク ス の
の基本的な概要について説明 し ます。
Vivado HLS ツール
高位合成 (HLS) の コ ン セ プ ト
C の RTL への合成では、 デザ イ ン エ リ ア と パフ ォーマ ン ス の さ ま ざ ま な面を考慮 し た高度な変換が多数実行 さ れま
す。 Vivado HLS では、 C、 C++、 お よ び SystemC の 3 つの C 入力すべてがサポー ト さ れ、 C コ ー ド を最小限の変更で
合成で き ます。
Vivado HLS は、 デザ イ ンに対 し て主に 2 種類の合成を実行 し ます。
•
アルゴ リ ズ ム合成 : 機能文を複数 ク ロ ッ ク サ イ ク ル数で RTL 文に合成 し ます。
•
イ ン タ ーフ ェ イ ス合成 : 関数引数 (ま たはパ ラ メ ー タ ー ) を特定の タ イ ミ ン グ プ ロ ト コ ルを使用 し て RTL ポー ト
に変換 し 、 デザ イ ンがシ ス テ ム上のほかのデザ イ ン と 通信で き る よ う に し ます。
手動の RTL デザ イ ン と 同様に、 可能な イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ンお よ び最適化は数多 く あ り 、 その組み合わせ も 非常
に多数です。 Vivado HLS を使用す る と 、 ユーザーが こ の よ う な詳細を考慮する 必要はな く 、 短時間で最適なデザ イ ン
を得 る こ と がで き ます。
Vivado HLS に よ り こ の よ う な詳細が ど の よ う に処理 さ れ る か を理解す る ため、こ のセ ク シ ョ ンの残 り の部分では高位
合成の基本的な概念 と Vivado HLS で実行 さ れ る 最適化について説明 し ます。
制御 と デー タ パスの抽出
Vivado HLS で まず最初に実行 さ れ る のは、 コ ー ド に よ り 推論 さ れ る 制御お よ びデー タ パ ス の抽出です。 図 1-1 に、 こ
れが ど の よ う に実行 さ れ る かの例を示 し ます。
制御機能は、 コ ー ド ではループお よ び条件分岐で示 さ れます。 図 1-1 は、 コ ー ド か ら 制御動作を ど の よ う に抽出で き
る か を示 し てい ます。 関数がループに出入 り す る のは、 RTL 有限ス テー ト マシ ン (FSM) のいずれかの ス テー ト に出
入 り す る のに対応 し ます。
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概要
図 1-1 では、 すべての演算が 1 ク ロ ッ ク サ イ ク ル (ス テー ト ) で実行 さ れ る と 想定 し てい ます。 実際には、 タ イ ミ ン グ
遅延お よ び ク ロ ッ ク 周波数に よ り 演算を完了す る のに こ れ以上のサ イ ク ルが必要な場合 も あ り ま す。 た と えば、 ス
テー ト 1 が ス テー ト 11、 12、 お よ び 13 に拡張 さ れ、 制御 ロ ジ ッ ク は イ ン タ ーフ ェ イ ス合成で推論 さ れ る I/O プ ロ ト
コ ルに影響 さ れ る 場合があ り ます。
デー タ パ ス の抽出は も う 少 し 簡単で、 ループ を展開 し 、 デザ イ ンの条件文を評価す る こ と に よ り 決定で き ます。
X-Ref Target - Figure 1-1
図 1‐1 : 制御およびデー タ の抽出
RTL の最終的なデー タ パ ス イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンは、 通常図 1-1 に示す よ う な単純な も のではあ り ません。 Vivado
HLS では、 最初の加算器は 0 の加算なので必要な く 、 最後のシ フ ト 操作は 2 のべ き 乗であ り 、 ハー ド ウ ェ ア を必要 と
し ない と 判断で き ます。 複数の最適化は、 最適化指示子で指定す る と 実行で き ます。
スケジ ュ ー リ ングおよびバイ ンデ ィ ング
ス ケ ジ ュ ー リ ン グお よ びバ イ ンデ ィ ン グは、 高位合成の中心 と な る プ ロ セ ス です。 Vivado HLS では、 ス ケ ジ ュ ー リ ン
グ プ ロ セ ス中に、 ど の ク ロ ッ ク サ イ ク ルで演算が実行 さ れ る かが決定 さ れます。 ス ケ ジ ュ ー リ ン グ中の決定には、 ク
ロ ッ ク 周波数、 ク ロ ッ ク のば ら つ き 、 デバ イ ス テ ク ノ ロ ジ ラ イ ブ ラ リ か ら の タ イ ミ ン グ情報、 ユーザー指定の最適
化指示子な ど が考慮 さ れます。
図 1-1 に示す コ ー ド 例の場合、複数の RTL イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンが可能です。図 1-2 に、その う ちの 3 つを示 し ます。
•
オプシ ョ ン 1 : Vivado HLS では複数の ク ロ ッ ク サ イ ク ルで加算器 と 乗算期を共有で き る ので、4 ク ロ ッ ク サ イ ク
ルを使用す る と い う こ と は、 加算器を 1 つ と 乗算器 1 つを使用で き る と い う こ と です。 加算器 1 つ、 乗算器 1 つ
を使用 し て、 4 ク ロ ッ ク サ イ ク ルで完了 し ます。
•
オプシ ョ ン 2 : タ ーゲ ッ ト テ ク ノ ロ ジの タ イ ミ ン グの解析に よ り 加算器のチ ェーン を 1 ク ロ ッ ク で完了で き る と
判断 さ れた場合、 加算器 3 つ と 乗算器 4 つが使用 さ れますが、 演算を 1 ク ロ ッ ク サ イ ク ルで完了で き ます。 つま
り 、 オプシ ョ ン 1 よ り も 高速ですが、 大型にな り ます。
•
オプシ ョ ン 3 : 加算器 2 つ と 乗算器 2 つを使用 し て、 2 ク ロ ッ ク サ イ ク ルで完了 し ます。 つま り 、 オプシ ョ ン 2
よ り も 小型で、 オプシ ョ ン 1 よ り 高速です。
Vivado HLS では、 ツールのデフ ォ ル ト と ユーザーが指定 し た制約や指示子に基づいて、最適な イ ンプ リ メ ン テーシ ョ
ン を短時間で作成で き ます。 こ の後の章で、 特定の要件において最 も 理想的な ソ リ ュ ーシ ョ ン を短時間で達成で き る
よ う 制約お よ び指示子を設定す る 方法を示 し ます。
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概要
X-Ref Target - Figure 1-2
図 1‐2 : スケジ ュ ー リ ング
バ イ ンデ ィ ン グは、ス ケ ジ ュ ー リ ン グ さ れた各演算に使用する ハー ド ウ ェ ア リ ソ ース ま たは コ ア を決定す る プ ロ セ ス
です。 た と えば、 加算器 と 減算器を 1 つずつ使用す る か、 加減算器 1 つを両方の演算に使用す る か を Vivado HLS が
判断 し ます。
通常の組み合わせ乗算器の代わ り にパ イ プ ラ イ ン乗算器を使用す る な ど の、バ イ ンデ ィ ン グ プ ロ セ ス での決定は演算
の ス ケ ジ ュ ー リ ン グに影響す る ので、 バ イ ンデ ィ ン グに関す る 決定は ス ケ ジ ュ ー リ ン グ中に考慮 さ れます。
最適化 と パ フ ォ ーマ ン スの測定
高位合成では、 デザ イ ンに複数の最適化を実行 し 、 パフ ォ ーマ ン スお よ びエ リ アの要件を満たす質の高い RTL を生
成で き ます。 こ のセ ク シ ョ ンでは、 最適化手法のい く つかを紹介 し 、 その機能の概要を示 し ます。
パフ ォーマ ン ス の改善について説明す る 前に、 まず、 高位合成で作成 さ れ る デザ イ ンのパフ ォーマ ン ス測定に使用 さ
れ る メ ト リ ッ ク ス について説明 し ます。
•
エリア
•
レ イ テンシ
•
開始間隔 (II)
「エ リ ア」 は、 最 も 理解 し やすいパフ ォーマ ン ス メ ト リ ッ ク ス で、 デザ イ ン を イ ンプ リ メ ン ト す る のに必要なハー ド
ウ ェ ア リ ソ ース数が測定 さ れます。 レ イ テ ン シお よ び開始間隔 (II) は、 それに比較す る と 理解 し に く いので、 次に進
む前に まず説明 し てお き ます。 エ リ アは、 FPGA:LUT、 フ リ ッ プ フ ロ ッ プ、 ブ ロ ッ ク RAM お よ び DSP4 で使用可能
な リ ソ ース に よ っ て測定 さ れます。 .
図 1-3 は、 C プ ロ グ ラ ムに含まれ る 典型的な タ ス ク の 2 例 (関数お よ びループ) で、 図 1-3 は両方の タ ス ク のビヘ イ ビ
ア ま たは潜在的な RTL イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン を示 し てい ま す。 ど ち ら の イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン のパ フ ォ ーマ ン
ス も レ イ テ ン シ と 開始間隔を理解す る こ と で、 わか る よ う にな っ てい ます。 ど ち ら の例で も 操作がシーケ ン シ ャ ルに
実行 さ れ る よ う に擬似 コ ー ド が書 き 込まれてい ます。
•
こ の関数の例の場合、 下位関数の func_C は func_B が完了す る ま で実行を開始で き ません。 同様に、 func_B は
func_A が完了す る ま で待機す る 必要があ り ます。
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概要
•
ループの例では、 読み出 し 操作が実行 さ れ、 計算 さ れてか ら 、 書 き 込み操作が実行 さ れてい ます。
X-Ref Target - Figure 1-3
図 1‐3 : パイ プ ラ イ ン処理を使用 し ない関数およびループ
「レ イ テ ン シ」 は、 出力値を生成す る のに必要な ク ロ ッ ク サ イ ク ル数です。 関数の例では、 デザ イ ンの レ イ テ ン シは
8 ク ロ ッ ク サ イ ク ルなので、関数 top の開始か ら TMC に書 き 込まれ る ま で 8 ク ロ ッ ク サ イ ク ル サ イ ク ルかか り ます。
ループの例では、 各ループ を繰 り 返すのに 3 ク ロ ッ ク サ イ ク ルかか る ので、 すべてのループの繰 り 返 し を実行す る の
に合計 6 ク ロ ッ ク サ イ ク ルかか り ます。
単に イ ン タ ーバルや II と 呼ばれ る こ と が よ く あ る 「開始間隔 (II)」 は、 タ ス ク が新 し い入力デー タ を受信 し 始め る ま
での ク ロ ッ ク サ イ ク ル数です。 こ の関数の例の場合、 func_A は func_C が終了する ま で再実行で き ません。 func_C が
終了す る のに 8 ク ロ ッ ク サ イ ク ルかか る ので、 関数 top の II は 8 ク ロ ッ ク サ イ ク ルです。 つま り 、 新 し い入力デー タ
の処理が開始 さ れ る 前に 8 ク ロ ッ ク サ イ ク ルかか り ます。 ループはすべての ト ラ ンザ ク シ ョ ン を実行す る のに 6 ク
ロ ッ ク サ イ ク ルかか り ますが、 新 し い入力は 3 ク ロ ッ ク サ イ ク ルご と に受信 さ れ る ので、 ループの II は 3 ク ロ ッ ク
サ イ ク ルです。
こ れ ら の例の ど ち ら で も 、 C コ ー ド の よ う にすべてがシーケ ン シ ャ ルに実行 さ れます。 並列処理は さ れないので、 レ
イ テ ン シ と II はど ち ら の タ ス ク で も 同 じ にな り ます。
ソ フ ト ウ ェ アに比べたハー ド ウ ェ アの主なパフ ォーマ ン ス利点の 1 つは、ハー ド ウ ェ アでは同時処理 (並列処理) が実
行可能な点です。 パ イ プ ラ イ ン処理は、 シーケ ン シ ャ ルの C 記述を並列のハー ド ウ ェ ア イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン と
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概要
し て イ ンプ リ メ ン ト 可能な最適化です。 図 1-4 は、 Vivado HLS で関数 top 内の下位関数お よ びループ内の演算が自動
的にパ イ プ ラ イ ン処理 さ れた場合の結果を示 し てい ます。
X-Ref Target - Figure 1-4
図 1‐4 : パイ プ ラ イ ン処理を使用 し た関数およびループ
パ イ プ ラ イ ン処理が さ れ る と 、 ど ち ら の タ ス ク も よ り 優れたパフ ォーマ ン ス にな り ます。 関数レベルでは、 デー タ フ
ロ ー最適化に よ り デー タ が到着す る と す ぐ に下位関数 (func_A、 func_B、 お よ び func_C) が実行 さ れます。
•
func_A 関数が完全に終了す る 前にデー タ を出力 し 始め る 場合、 func_B は準備がで き 次第、 デー タ を受信 し 始め
る こ と がで き 、 func_A の終了を待つ必要があ り ません。
•
同様に、 func_C は func_B か ら のデー タ が使用可能にな り 次第、 実行開始で き ます。
•
さ ら に、 func_A は func_C が現在の ト ラ ンザ ク シ ョ ン を終了する 前に次の ト ラ ンザ ク シ ョ ン を開始で き ます。
並列で実行 さ れ る ハー ド ウ ェ ア を作成す る と 、 デザ イ ン のパ フ ォ ーマ ン ス が改善で き ま す。 レ イ テ ン シ と 開始間隔
(II) の メ ト リ ッ ク ス は、 パフ ォーマ ン ス改善を示 し ます。 図 1-3の関数の場合、 レ イ テ ン シ と II は両方 と も 8 ク ロ ッ
ク サ イ ク ルです。 こ のパ イ プ ラ イ ン を使用 し たデザ イ ン では、 レ イ テ ン シは 5 ク ロ ッ ク サ イ ク ルのみで、 II が 3 ク
ロ ッ ク サ イ ク ルです。 パ イ プ ラ イ ン処理 さ れたデザ イ ンは、 デー タ を よ り 短い時間で出力 し 、 よ り 高速の レー ト (ほ
ぼ 3 倍) でデー タ を受信 し ます。
同様に、 ループをパ イ プ ラ イ ンで イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン し て も パフ ォーマ ン ス は改善 さ れます。 読み出 し が終了次
第、 次の読み出 し が開始で き ます。 ループのパフ ォーマ ン ス に よ り 、 II が 3 ク ロ ッ ク サ イ ク ルか ら 1 ク ロ ッ ク サ イ
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Vivado HLS の使用
ク ルに改善 さ れます。 ま た、 重複ループの繰 り 返 し を実行す る こ と で、 全体的なループ レ イ テ ン シが 4 に削減で き ま
す (各繰 り 返 し の レ イ テ ン シは 3 の ま ま)。
デフ ォ ル ト では、Vivado HLS で こ れ ら の演算を並列実行する 方法が検索 さ れ、デザ イ ンの レ イ テ ン シが削減 さ れ最小
限に抑え ら れます。 パ イ プ ラ イ ン処理は、 パフ ォーマ ン ス を改善す る ためにユーザーが適用する 最適化です。
パ イ プ ラ イ ン処理は、 デザ イ ンに実行 さ れ る 最 も 典型的な最適化ですが、 さ ら に多 く の最適化を適用す る こ と も で き
ます。 こ れについては、 後で説明 し ます。
シーケ ン シ ャ ル C 記述の場合、 最適化を使用す る と ハー ド ウ ェ アで さ ら に多 く の並列処理がで き 、 パフ ォーマ ン ス の
改善を レ イ テ ン シ と 開始間隔 (II) を確認する こ と で測定で き ます。
デザイ ン制約の使用
Vivado HLS では、 ク ロ ッ ク 周期、 ク ロ ッ ク のば ら つ き 、選択デバ イ ス のほかに、次の よ う な制約を複数使用で き ます。
•
関数、 ループ、 お よ び領域の レ イ テ ン シ を指定
•
使用 さ れ る リ ソ ース の数を制限
•
コ ー ド に固有の ま たは コ ー ド で暗示 さ れ る 依存性を変更 し た演算を可能にす る ( メ モ リ に書 き 込む前に読み出す
な ど)
こ れ ら の制約を Vivado HLS 指示子を使用 し て適用 し 、 必要な特性を持つデザ イ ン を作成で き ます。
Vivado HLS で設計す る と 、 コ ー ド 内の依存度お よ び Vivado HLS のデフ ォ ル ト の C 言語 コ ン ス ト ラ ク ト の変換で定義
さ れ る 初期アーキ テ ク チ ャ を素早 く イ ンプ リ メ ン ト で き 、 指示子を使用す る こ と で、 目標の高パフ ォーマ ン ス イ ンプ
リ メ ン テーシ ョ ンに近づけてい く こ と がで き ます。
Vivado HLS の使用
図 1-5 に示す よ う に、Vivado HLS には C 言語ベース のデザ イ ン記述のほか、Vivado Integrated Design Environment (IDE)
ま たは Tcl バ ッ チ ス ク リ プ ト を使用 し て指定 し た指示子お よ び制約を入力で き ます。
出力は Verilog、 VHDL、 お よ び SystemC 形式の RTL デザ イ ン フ ァ イ ルです。 Vivado HLS では C お よ び RTL の検証
が実行で き ます。 ま た、 ザ イ リ ン ク ス デザ イ ン フ ロ ーのほかの部分で使用で き る よ う に、 デザ イ ンは IP と し て処理
す る こ と も で き ます。
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Vivado HLS の使用
j こ のセ ク シ ョ ンでは、 Vivado HLS デザ イ ンの使用モデルについて説明 し ます。
X-Ref Target - Figure 1-5
図 1‐5 : 高位合成の使用モデル
Vivado HLS ラ イ セ ン ス付き デバイ ス
Vivado® HLS には、 VIVADO_HLS ま たは HLS のいずれかの名前が付いた ラ イ セ ン ス が提供 さ れます。
•
HLS ラ イ セ ン ス は、Vivado HLS ソ フ ト ウ ェ ア を含む Vivado System Edition 用で、タ ーゲ ッ ト テ ク ノ ロ ジに Vivado
RTL 合成でサポー ト さ れ る デバ イ ス (7 シ リ ーズ ま たは Zynq デバ イ ス) が指定で き ます。
•
VIVADO_HLS ラ イ セ ン ス は、 Vivado HLS の ス タ ン ド ア ロ ン オプシ ョ ン を購入 し た場合に提供 さ れ、 タ ーゲ ッ ト
テ ク ノ ロ ジには Vivado ま たは ISE® でサポー ト さ れ る すべてのデバ イ ス が指定で き ます。
•
Vivado HLS は Vivado Design Suite の System Edition を イ ン ス ト ールす る と イ ン ス ト ール さ れます。
デザイ ン フ ァ イルの使用
C ま たは C ベース デザ イ ン と 言っ た場合、 次の規格すべてが含まれてい ます。
•
ANSI-C (GCC 4.6)
•
C++ (G++ 4.6)
•
SystemC (IEEE 1666-2006 -Version 2.2-)
Vivado HLS では C お よ びC ベース デザ イ ンの ど ち ら に も 任意精度デー タ 型が提供 さ れてい ます。
こ のガ イ ド では、 入力仕様のシ ミ ュ レーシ ョ ン方法を、 任意精度の拡張 も 含めて説明 し ます。
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Vivado HLS の使用
C ベース入力には、 テ ス ト ベンチを含め る こ と がで き ます。 C テ ス ト ベンチを入力 し た場合、 出力 RTL の自動検証に
再利用で き 、 RTL 検証用に RTL テ ス ト ベンチを別に作成する 必要がな く な る ので、 生産性が向上 し ます。 Vivado HLS
では複数の入力フ ァ イ ルがサポー ト さ れてい る ので、 テ ス ト ベンチを合成す る デザ イ ン と は別の フ ァ イ ルに分離す る
こ と をお勧め し ます。 ただ し 、 こ れは必須ではあ り ません。
デバイ ス テ ク ノ ロ ジ ラ イ ブ ラ リ
デバ イ ス テ ク ノ ロ ジ ラ イ ブ ラ リ は、 サポー ト さ れ る 各ザ イ リ ン ク ス デバ イ ス のエ リ アお よ び タ イ ミ ン グ を モデ リ ン
グ し た も ので、 最適化エン ジ ンに よ り ト レー ド オ フ を考慮 し た適切な選択が実行 さ れ る よ う にな っ てい ます。 デバ イ
ス テ ク ノ ロ ジ ラ イ ブ ラ リ は Vivado HLS に組み込まれてお り 、 供給する 必要はあ り ません。
指示子お よび制約
指示子お よ び制約は Vivado HLS の GUI ま たは Tcl ベース の コ マ ン ド で指定 し 、 目標のパフ ォーマ ン スお よ び RTL
アーキ テ ク チ ャ を達成で き る よ う 最適化エン ジ ンが実行 さ れ る よ う に し ます。
RTL 出力
合成が正常に完了す る と 、 RTL 出力が記述 さ れます。 Vivado HLS では、 次の 3 つのハー ド ウ ェ ア記述言語 (HDL) が
サポー ト さ れてい ます。
•
VHDL (IEEE 1076-2000)
•
Verilog (IEEE 1364-2001)
•
SystemC (IEEE 1666-2006 -Version 2.2-)
注記 : Vivado HLS か ら の SystemC 出力は、 レ ジ ス タ ト ラ ン ス フ ァ ー レ ベル (RTL) でのデザ イ ン イ ン プ リ メ ン テー
シ ョ ンです。
シ ミ ュ レーシ ョ ン出力 (RTL 協調シ ミ ュ レーシ ョ ン)
Vivado HLS では、 生成 し た RTL を元のテ ス ト ベンチ と RTL を使用 し て協調シ ミ ュ レーシ ョ ンで検証で き ます。 次の
RTL シ ミ ュ レー タ がサポー ト さ れてい ます。
•
Questa SIM
•
VCS
•
Open SystemC Initiative (OSCI)
•
NCSim
•
Vivado シ ミ ュ レー タ
•
ISim
•
Riviera
SystemC 出力はビル ト イ ン の SystemC カーネルを使用 し て検証で き る ので、 サー ド パーテ ィ の RTL シ ミ ュ レー タ や
ラ イ セ ン ス は必要あ り ません。 シ ミ ュ レーシ ョ ンに Verilog ま たは VHDL を選択する と 、 その HDL シ ミ ュ レー タ が使
用 さ れます。 サポー ト さ れてい る HDL シ ミ ュ レー タ を使用す る には、 そのシ ミ ュ レー タ のベン ダーか ら ラ イ セ ン ス
を取得す る 必要があ り ます (ISim お よ び Vivado シ ミ ュ レー タ の ラ イ セ ン ス は既に含まれてい ます)。 VCS、 NCSim お
よ び Riviera HLD シ ミ ュ レー タ は Linux OS でのみサポー ト さ れます。
イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン出力
RTL エ ク ス ポー ト 機能を使用す る と 、 最終的な RTL 出力フ ァ イ ルを IP と し て作成で き ます。 IP は、 次の 4 つのザ イ
リ ン ク ス IP フ ォーマ ッ ト のいずれかでパ ッ ケージで き ます。
•
IP カ タ ロ グ フ ォーマ ッ ト (Vivado IP カ タ ロ グに イ ン ポー ト 可能)
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Vivado HLS の使用
•
Pcore フ ォーマ ッ ト (Xilinx Platform Studio に イ ン ポー ト 可能)
•
System Generator フ ォーマ ッ ト (System Generator for DSP に イ ン ポー ト 可能) (ISE ま たは Vivado 用)
•
Vivado デザ イ ン チ ェ ッ ク ポ イ ン ト フ ォーマ ッ ト
RTL エ ク ス ポー ト プ ロ セ ス では、 オプシ ョ ンで Vivado HLS 環境内か ら 論理合成を実行 し て、 RTL 合成の結果を評価
す る こ と も で き ます。 Vivado HLS では、 エ ク ス ポー ト フ ォーマ ッ ト お よ びデバ イ ス テ ク ノ ロ ジに よ っ て、 RTL 合成
に ISE ま たは Vivado が選択 さ れます。
こ の手順に関す る 詳細は、 「RTL デザ イ ンのエ ク ス ポー ト 」 を参照 し て く だ さ い。
高位合成 フ ロー
こ のセ ク シ ョ ン では、 Vivado HLS の起動、 プ ロ ジ ェ ク ト の作成、 RTL イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン の管理、 最適化用の
指示子の適用な ど について説明 し ます。 詳細は、 『Vivado Design Suite チ ュ ー ト リ アル : 高位合成』 (UG871) を参照 し
て く だ さ い。
Vivado HLS は、 Vivado IDE ま たは Tcl コ マ ン ド を対話型ま たはバ ッ チ モー ド で使用可能な コ マ ン ド ラ イ ン イ ン タ ー
フ ェ イ ス (CLI) で起動で き ます。
高位合成の GUI
Windows
PC Windows プ ラ ッ ト フ ォームで
リ ッ ク し ます。
Vivado HLS を起動す る には、 デス ク ト ッ プで [Vivado HLS] ア イ コ ン (図 1-6) を ク
X-Ref Target - Figure 1-6
図 1‐6 : Vivado HLS の GUI ア イ コ ン
Linux
Linux プ ラ ッ ト フ ォームで
Vivado HLS を起動する には、 Linux コ マ ン ド プ ロ ンプ ト で次の コ マ ン ド を入力 し ます。
$ vivado_hls
図 1-7 に示す
Vivado HLS
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の GUI が開き ます。
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Vivado HLS の使用
X-Ref Target - Figure 1-7
図 1‐7 : GUI モー ド
図 1-7 の [Getting Started] の下には、 次の タ ス ク が リ ス ト さ れてい ます。
•
[Create New Project] : プ ロ ジ ェ ク ト 設定ウ ィ ザー ド が起動 し ます。
•
[Open Project] : 既存プ ロ ジ ェ ク ト を選択する か、 最近使用 し たプ ロ ジ ェ ク ト の リ ス ト か ら 選択 し ます。
•
[Open Example Project] : 高位合成例を開 き ます。 例は、 Vivado HLS の イ ン ス ト ール デ ィ レ ク ト リ 内の examples
デ ィ レ ク ト リ か ら 開 く こ と も で き ます。
図 1-7 の [Documentation] の下には、 次の タ ス ク が リ ス ト さ れてい ます。
•
[Tutorials] : 『Vivado Design Suite チ ュ ー ト リ アル : 高位合成』 (UG871) を開き ます。 Vivado HLS のチ ュ ー ト リ ア
ル デザ イ ン フ ァ イ ル例はすべて同 じ 箇所か ら ダ ウ ン ロ ー ド で き ます。
•
[User Guide] : Vivado ユーザー ガ イ ド ページか ら 、Vivado HLS の コ マ ン ド お よ びオプシ ョ ンに関す る 詳細を示す
『Vivado Design Suite ユーザー ガ イ ド : 高位合成』 (UG902) を開 き ます。
•
[Release Note Guide] : 最新の ソ フ ト ウ ェ ア バージ ョ ンの『Vivado Design Suite ユーザー ガ イ ド : リ リ ース ノ ー ト 、
イ ン ス ト ール、 お よ び ラ イ セ ン ス』 (UG973) を開 き ます。
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Vivado HLS の使用
高位合成の コ マ ン ド ラ イ ン イ ン タ ー フ ェ イ スの使用
Windows の場合、 高位合成の コ マ ン ド ラ イ ン イ ン タ ー フ ェ イ ス (CLI) は、 [ ス タ ー ト ] → [すべて のプ ロ グ ラ ム] →
[Xilinx Design Tools] → [Vivado 2013.4] → [Vivado HLS Command Prompt] を ク リ ッ ク する と 開き ます。
Windows お よ び Linux の両方で、 vivado_hls コ マ ン ド を –i オプシ ョ ン を使用 し て実行す る と 、 Vivado HLS が対話
型モー ド で開 き ます。 Vivado HLS コ マ ン ド プ ロ ンプ ト が表示 さ れ、 Tcl コ マ ン ド を入力で き る よ う にな り ます。
$ vivado_hls -i [-l <log_file>]
vivado_hls>
デフ ォ ル ト では、現在のデ ィ レ ク ト リ に vivado_hls.log フ ァ イ ルが作成 さ れます。別の フ ァ イ ルを指定す る には、
-1 <log_file> オプシ ョ ン を使用 し ます。
Vivado HLS コ マ ン ド にはビル ト イ ンのヘルプがあ り 、 help コ マ ン ド を使用 し て表示で き ます。
vivado_hls> help <command>
すべての コ マ ン ド ま たは コ マ ン ド オプシ ョ ンは、 auto-complete 機能を使用す る と 終了で き ます。 1 文字を指定 し
て Tab キーを押す と 、その コ マ ン ド ま たは コ マ ン ド オプシ ョ ン を完了す る ために可能性のあ る オプシ ョ ンすべてが リ
ス ト さ れます。 さ ら に多 く の文字を入力す る と 、フ ィ ル タ ー機能に よ り 可能性のあ る 選択肢を狭め る こ と がで き ます。
た と えば、 open と 入力 し て Tab キーを押す と 、 open で始ま る すべての コ マ ン ド が リ ス ト さ れます。
open
open_project
open_solution
vivado_hls> open <press tab key>
open_p と 入力 し て Tab キーを押す と 、 open_project 以外の選択肢はないので、 open_project コ マ ン ド が自動的に実行 さ
れます。
exit コ マ ン ド を入力 し て対話型モー ド を終了 し 、 シ ェ ル プ ロ ンプ ト に戻 り ます。
vivado_hls> exit
$
コ マ ン ド プ ロ ンプ ト に次のオプシ ョ ン を追加で使用する こ と も で き ます。
•
-m : マシ ンのアーキ テ ク チ ャ (例 : x86、 x86_64) を表示 し ます。
•
-n : Vivado HLS の ス プ ラ ッ シ ュ 画面な し に GUI を開き ます。
•
-p : <string>
•
-r : イ ン ス ト ール ルー ト デ ィ レ ク ト リ へのパ ス を表示 し ます。
•
-s : シ ス テ ムの タ イ プ (例 : Linux、 Win) を表示 し ます。
•
-v : リ リ ース バージ ョ ン番号を表示 し ます。
コ マ ン ド を Tcl ス ク リ プ ト に記述 し 、 -f <script_file> オプシ ョ ン を使用 し てバ ッ チ モー ド で実行す る こ と も で
き ます。
$ vivado_hls -f script.tcl
ス ク リ プ ト に よ る 自動化を支援す る ため、 Vivado HLS には実行 さ れてい る 環境の詳細を返すオプシ ョ ンがあ り ます。
•
-v オプシ ョ ン : Vivado HLS のバージ ョ ン番号が返 さ れます。
•
-s オプシ ョ ン : Vivado HLS が実行 さ れてい る OS が返 さ れます。
•
-m オプシ ョ ン : 現在のマシ ン アーキ テ ク チ ャ が返 さ れます。
•
-r オプシ ョ ン : Vivado HLS が イ ン ス ト ール さ れてい る デ ィ レ ク ト リ 名が返 さ れます。
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Vivado HLS の使用
Windows CLI シ ェ ル
Windows OS では、 CLI シ ェ ルは Minimalist GNU for Windows (minGW) 環境を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れてい ます。
こ の環境では、 標準 Windows DOS コ マ ン ド と Linux コ マ ン ド のサブセ ッ ト の両方を使用で き ます。
図 1-8 では、Linux の ls コ マ ン ド と DOS の dir コ マ ン ド の ど ち ら で も デ ィ レ ク ト リ の内容を リ ス ト で き る こ と を示
し てい ます。
X-Ref Target - Figure 1-8
図 1‐8 : 高位合成 CLI ア イ コ ン
minGW 環境では、すべての Linux コ マ ン ド と その動作がサポー ト さ れてい る わけではないので注意 し て く だ さ い。次
に、 サポー ト の違いのい く つか を示 し ます。
•
Linux の which コ マ ン ド はサポー ト さ れてい ません。
•
makefile の Linux パ ス は、 minGW パス に変換 さ れます。 すべての makefile に含まれ る Linux 形式のパ ス名の代入
(FOO := :/ な ど) は、 パ ス が置換 さ れない よ う に、 パ ス名に ク ォーテーシ ョ ンが付いた も の (FOO := “:/”) に変換 さ
れます。
高位合成プ ロ ジ ェ ク ト の作成
Vivado HLS を使用す る には、 まず新規プ ロ ジ ェ ク ト を作成す る か、 既存のプ ロ ジ ェ ク ト を開き ます (図 1-7)。 こ れ ら
の コ マ ン ド は、 [Create New Project] お よ び [Open Project] を ク リ ッ ク する と 実行で き ます。
[Create New Porject] を ク リ ッ ク す る と 、高位合成プ ロ ジ ェ ク ト ウ ィ ザー ド が開 き ます。ウ ィ ザー ド の 1 ページ目では、
プ ロ ジ ェ ク ト の仕様を指定 し ます (図 1-9)。
次を指定 し ます。
•
[Project name] : プ ロ ジ ェ ク ト 名を指定 し ます。 こ の名前は、 プ ロ ジ ェ ク ト が保存 さ れ る デ ィ レ ク ト リ 名 と し て も
使用 さ れます。 図 1-9 の例の よ う に .prj な ど の拡張子を指定 し てお く と 、 デ ィ レ ク ト リ をプ ロ ジ ェ ク ト の も の と
判断 し やす く な り ますが、 こ れは必須ではあ り ません。
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Vivado HLS の使用
•
[Location] : プ ロ ジ ェ ク ト の保存先を指定 し ます。
X-Ref Target - Figure 1-9
図 1‐9 : プ ロ ジ ェ ク ト 仕様
[Next] を ク リ ッ ク し て次のページに進む と 、 プ ロ ジ ェ ク ト の C ソ ース を追加する ページ (図 1-10) が表示 さ れます。
[Top Function] には合成す る 最上位関数の名前を指定 し ます。
注記 : プ ロ ジ ェ ク ト を SystemC と し て指定する 場合は こ れは不要です。
[Add Files] を ク リ ッ ク し 、 ソ ース コ ー ド フ ァ イ ルをプ ロ ジ ェ ク ト に追加 し ます。 ヘ ッ ダー フ ァ イ ルは [Add Files] ボ
タ ン ま たはそれに対応す る Tcl コ マ ン ド の add_files を使用 し て追加する 必要はあ り ません。
[Edit CFLAGS] を ク リ ッ ク す る と 、 ソ ース フ ァ イ ルを正 し く コ ンパ イ ルす る ために必要な C コ ンパ イ ラ フ ラ グ を プ
ロ ジ ェ ク ト に追加で き ます。
C コ ンパ イ ラ フ ラ グの例には、 マ ク ロ 仕様が含まれます。
•
–DMACRO_1 : コ ンパ イ ル中に MACRO_1 を定義
•
–fnested/–functions : ネ ス ト さ れた関数を含むデザ イ ンに必要
•
–I/project/source/headers : 関連す る ヘ ッ ダー フ ァ イ ルの検索パ ス を指定
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Vivado HLS の使用
ロ ーカル デ ィ レ ク ト リ にあ る ヘ ッ ダー フ ァ イ ルはすべて自動的に検出 さ れます。 任意精度整数値ま たは C ラ イ ブ ラ
リ な ど を定義す る Vivado HLS ヘ ッ ダー フ ァ イ ル も 含ま れます。 別のデ ィ レ ク ト リ にヘ ッ ダー フ ァ イ ルがあ る 場合、
CFLAGS オプシ ョ ン を使用 し てそのデ ィ レ ク ト リ 位置を指定 し ます。
X-Ref Target - Figure 1-10
図 1‐10 : プ ロ ジ ェ ク ト のソ ース フ ァ イル
ウ ィ ザー ド の次のページでは、 テ ス ト ベンチに関連す る フ ァ イ ルを プ ロ ジ ェ ク ト に追加 し ます。
C アルゴ リ ズ ム を検証す る のに使用 し た C テ ス ト ベンチを、 出力 RTL を検証する のに使用で き ます。 Vivado HLS で
は、 RTL デザ イ ン を C テ ス ト ベンチに イ ン ス タ ン シエー ト する ア ダプ タ ー と ラ ッ パーが生成 さ れ、 C と HDL の協調
シ ミ ュ レーシ ョ ンに よ り RTL が検証 さ れます。 RTL テ ス ト ベンチを作成する 必要はあ り ません。
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Vivado HLS の使用
X-Ref Target - Figure 1-11
図 1‐11 : プ ロ ジ ェ ク ト のテ ス ト ベン チ フ ァ イル
C ソ ース フ ァ イ ル と 同様に、 [Add Files] を ク リ ッ ク し て C テ ス ト ベンチを追加 し 、 [Edit CFLAGS] を ク リ ッ ク し て C
コ ンパ イ ラ オプシ ョ ン を含め ます。
C ソ ース フ ァ イ ル と 共に、 テ ス ト ベンチで読み込まれ る すべての フ ァ イ ルを プ ロ ジ ェ ク ト に追加 し ます。 図 1-11 の
例では、 テ ス ト ベンチで入力ス テ ィ ミ ュ ラ ス を供給す る in.dat フ ァ イ ル と 、 予測 さ れ る 結果を読み込む out.golden.dat
フ ァ イ ルが使用 さ れます。 テ ス ト ベンチが こ れ ら のフ ァ イ ルにア ク セ スする ので、 こ れ ら も プ ロ ジ ェ ク ト に追加す る
必要があ り ます。
テ ス ト ベンチ フ ァ イ ルがデ ィ レ ク ト リ にあ る 場合は、 個々の フ ァ イ ルではな く デ ィ レ ク ト リ 全体を追加で き ます。
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Vivado HLS の使用
C テ ス ト ベンチがない場合は、 こ こ で何 も 入力す る 必要はあ り ません。[Next] を ク リ ッ ク する と 、最初の ソ リ ュ ーシ ョ
ンの詳細を入力す る ウ ィ ザー ド の最後のページが表示 さ れます (図 1-12)。
X-Ref Target - Figure 1-12
図 1‐12 : 最初のソ リ ュ ーシ ョ ンの設定
図 1-12 では、 次を指定 し ます。
•
[Solutioin Name] :デフ ォ ル ト では ソ リ ュ ーシ ョ ン名に 「solution1」 が指定 さ れますが、 変更で き ます。
•
[Clock] : ク ロ ッ ク 周期を ns で指定 し ます。 合成で使用 さ れ る ク ロ ッ ク 周期は、 ク ロ ッ ク 周期か ら ク ロ ッ ク のば ら
つ き を引いた値にな り ます。 Vivado HLS でテ ク ノ ロ ジ ラ イ ブ ラ リ の タ イ ミ ン グ情報が使用 さ れ、 RTL デザ イ ン
が作成 さ れます。 [Uncertainty] に入力す る ク ロ ッ ク のば ら つ き の値は、 RTL 合成、 配置配線に よ る ネ ッ ト 遅延の
増加を考慮す る ためのマージ ン を ns で指定で き ます。 指定 し ない場合、 ク ロ ッ ク のば ら つ き は ク ロ ッ ク 周期の
12.5% に設定 さ れます。
•
[Part] : 適切なパーツ を選択 し ます (図 1-13)。
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Vivado HLS の使用
X-Ref Target - Figure 1-13
図 1‐13 : パーツ選択
[RTL Tool] は [auto]、 [ISE]、 [Vivado] に設定で き ます。 2013.2 リ リ ース の ISE お よ び Vivado RTL 合成ーツールか ら は
浮動小数点 コ アに対 し て別のモデルを使用 し てい ます。 こ の設定に よ り 、 タ ーゲ ッ ト 合成ツールに対 し て正 し い浮動
小数点 コ アが使用 さ れます。 こ の設定がデフ ォ ル ト の [auto] の ま ま にな っ てい る と 、 7 シ リ ーズお よ び Zynq® パーツ
の RTL 合成が Vivado で実行 さ れ、 それ以外のデバ イ スは ISE で合成 さ れます。 こ れ以外の設定の場合は、 RTL 合成
には指定 し た ツールが使用 さ れます。
[Finish] を ク リ ッ ク す る と 、 プ ロ ジ ェ ク ト が開 き ます (図 1-14)。
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Vivado HLS の使用
X-Ref Target - Figure 1-14
図 1‐14 : 新規プ ロ ジ ェ ク ト
プ ロ ジ ェ ク ト を作成 し た Tcl コ マ ン ド は、 solution デ ィ レ ク ト リ の script.tcl フ ァ イ ルに保存 さ れてい ます。 [Explorer]
タ ブ (図 1-14 の左側) で script.tcl フ ァ イ ルを ダブル ク リ ッ ク する と 、 フ ァ イ ルが情報エ リ アに開き ます (図 1-14)。
Tcl バ ッ チ ス ク リ プ ト を作成す る 場合、 script.tcl フ ァ イ ルを開始点 と し て使用する と 便利です。 [Explorer] タ ブに表示
さ れ る コ ン テナーは、 プ ロ ジ ェ ク ト デ ィ レ ク ト リ にあ り ます。 solution デ ィ レ ク ト リ か ら フ ァ イ ルを コ ピー し て く だ
さ い。
Vivado HLS の主要な コ マ ン ド は、 ツールバーか ら 実行で き ます (図 1-15)。 現在実行可能な コ マ ン ド 以外は、 淡色表示
さ れ ま す。 た と えば、 RTL シ ミ ュ レーシ ョ ン を実行す る 前に合成を実行す る 必要があ る ので、 合成が完了す る ま で
[RTL Simulation] ボ タ ンは淡色表示にな り ます。
図 1-15 で赤い四角で囲まれてい る コ マ ン ド は、 次の と お り です (左か ら 右)。
•
[New Project] : 新規プ ロ ジ ェ ク ト を作成 し ます。
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Vivado HLS の使用
•
[Project Settings] : 既存のプ ロ ジ ェ ク ト 設定を変更 し ます。
•
[New Solution] : 新規 ソ リ ュ ーシ ョ ン を作成 し ます。
•
[Solution Settings] : 既存の ソ リ ュ ーシ ョ ンの設定を変更 し ます。
•
[Index C Source] : C ソ ース コ ー ド に イ ンデ ッ ク ス を付け ます。
•
[Run C/C++/SystemC Project] : C/C++/SystemC 実行フ ァ イ ルを実行 し ます。
•
[Run Synthesize] : 合成を実行 し ます。
•
[RTL Simulation] : RTL シ ミ ュ レーシ ョ ン を実行 し ます。
•
[Export RTL] : RTL デザ イ ン を エ ク ス ポー ト し ます。
•
[Compare Reports] : ソ リ ュ ーシ ョ ン レ ポー ト を比較 し ます。
X-Ref Target - Figure 1-15
図 1‐15 : ツールバー
ツールバーの各ボ タ ンには、 それに対応す る メ ニ ュ ー コ マ ン ド があ り ます。
プ ロ ジ ェ ク ト を作成 し た後の最初の手順は、 C 関数の確認です。 [Run C Simulation] ツールバー ボ タ ン を ク リ ッ ク す
る と 、 図 1-16 の よ う な [C Simulation Dialog] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス が開 き ます。
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Vivado HLS の使用
X-Ref Target - Figure 1-16
図 1‐16 : [C Simulation Dialog] ダ イ ア ログ ボ ッ ク ス
ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス でオプシ ョ ン を選択 し ない場合、 デザ イ ンはデバ ッ グ モー ド で コ ンパ イ ル さ れ、 C シ ミ ュ レー
シ ョ ンで実行 さ れます。 結果は、 図 1-17 の よ う にな り ます。
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Vivado HLS の使用
X-Ref Target - Figure 1-17
図 1‐17 : C デザイ ンのコ ンパイル結果
[C Simulation Dialog] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス のオプシ ョ ンは、 次の と お り です。
•
[Debug] :デフ ォ ル ト のデバ ッ グ モー ド で C が コ ンパ イ ル さ れ、 デバ ッ グ用表示で開 き ます。 デバ ッ グ表示か ら 、
左上の [Synthesis] 表示ボ タ ン を ク リ ッ ク す る と 、 合成モー ド に表示が戻 り ます。
•
[Build Only] : C コ ー ド が コ ンパ イ ル さ れますが、 シ ミ ュ レーシ ョ ンは実行 さ れません。
•
[Clean Build] : 既存の実行フ ァ イ ル と オブジ ェ ク ト フ ァ イ ルがプ ロ ジ ェ ク ト か ら 削除 さ れます。
•
[Optimized Compile] : デザ イ ンはデバ ッ グ情報な し で リ リ ース モー ド で コ ンパ イ ル さ れます。 こ の場合、 デザ イ
ンの コ ンパ イ ルには よ り 高い レベルの最適化エ フ ォー ト が使用 さ れます。 こ れに よ り 、 コ ンパ イ ル時間は増加す
る 可能性があ り ますが、 シ ミ ュ レーシ ョ ン実行時間は削減 さ れます。 こ のオプシ ョ ンがオンの場合、 デバ ッ グ環
境は使用で き ません。
[Debug] ツールバー ボ タ ン を ク リ ッ ク す る と 、 デバ ッ グ環境 (図 1-18) が開 き 、 [Step] ボ タ ン (図 1-18 の赤で囲まれた
ボ タ ン) を使用 し て コ ー ド を 1 行ずつ実行 し てその動作を解析で き ます。
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Vivado HLS の使用
X-Ref Target - Figure 1-18
図 1‐18 : C デバ ッ グ環境
次に、 合成を合成 し ます。 合成が完了す る と 、 情報エ リ アに合成レ ポー ト が表示 さ れ、 結果を解析で き ます (図 1-19)。
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Vivado HLS の使用
X-Ref Target - Figure 1-19
図 1‐19 : 合成レポー ト
レ ポー ト には、 RTL デザ イ ンのパフ ォーマ ン ス と エ リ アに関す る 詳細が記述 さ れてい ます。 [Outline] タ ブ を使用す る
と 、 レ ポー ト をナビ ゲー ト で き ます。 レ ポー ト は、 関数が イ ン ラ イ ン化 さ れていなければ、 階層の各関数に対 し て作
成 さ れます (最適化の 1 つであ る イ ン ラ イ ン化については後の章で説明)。 最上位関数の レ ポー ト には、 デザ イ ン全体
の詳細が表示 さ れます。
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Vivado HLS の使用
表 1-1 は、 合成レ ポー ト のカ テ ゴ リ について説明 し てい ます。
表 1‐1 : 合成レポー ト のカ テ ゴ リ
カ テゴ リ
サブ カ テ ゴ リ
説明
---
結果が生成 さ れ る タ イ ミ ン グ、使用 さ れ
た ソ フ ト ウ ェ ア バージ ョ ン、 プ ロ ジ ェ
ク ト 名、 ソ リ ュ ーシ ョ ン名、 デバ イ ス の
詳細です。
General Information
Performance Estimates
Timing: Summary
タ ーゲ ッ ト ク ロ ッ ク 周波数、 ク ロ ッ ク
のば ら つ き 、達成可能な最大 ク ロ ッ ク 周
波数の概算です。
Latency: Summary
こ のブ ロ ッ ク と こ のブ ロ ッ ク に イ ン ス
タ ン シ エー ト さ れた下位ブ ロ ッ ク の レ
イ テ ン シ と 開始間隔 (II) が レ ポー ト さ
れます。C ソ ース の こ の レベルで呼び出
さ れ る 下位関数は イ ン ラ イ ン 化 し な い
限 り 、 それぞれ こ の RTL ブ ロ ッ ク の イ
ン ス タ ン ス にな り ます。
レ イ テ ン シは、出力値を生成する のに必
要な ク ロ ッ ク サ イ ク ル数です。 開始間
隔は、 新 し い入力が適用 さ れ る 前の ク
ロ ッ ク サ イ ク ル数です。
パ イ プ ラ イ ン指示子がない場合、レ イ テ
ン シ と 開始間隔は同 じ にな り ます (次の
入力は最後の出力が書 き 込 ま れ る と 読
み出 さ れます)。
Latency: Detail
こ のブ ロ ッ ク の イ ン ス タ ン ス (下位関数)
お よ び ループの レ イ テ ン シ と 開始間隔
(II) についての レ ポー ト で、 ループに下
位ループが含まれる場合は、 ループ階層
が表示 さ れます。
最小お よ び最大レ イ テ ン シの値は、ルー
プのすべて の繰 り 返 し を 実行す る た め
の レ イ テ ン シです。 Iteration Latency は、
ループ を 1 回実行す る 際の レ イ テ ン シ
です。
tripcount は、 ループの繰 り 返 し の総数を
表示 し ます。
ループに可変 レ イ テ ン シ が含 ま れ る 場
合、 レ イ テ ン シ値は決定で き ず、 ク エ ス
チ ョ ン マー ク で表示 さ れ ま す。 レ ポー
ト に意味の あ る 値 を 指定す る 方法につ
い て は、 Tripcount 指示子 を 参照 し て く
だ さ い。
指定 し た タ ーゲ ッ ト 開始間隔は、達成 さ
れた実際の開始間隔の横に (ループがパ
イ プ ラ イ ン処理 さ れたか ど う か と し て)
表示 さ れます
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Vivado HLS の使用
表 1‐1 : 合成レポー ト のカ テ ゴ リ
カ テゴ リ
Utilization Estimates
サブ カ テ ゴ リ
説明
デザ イ ン を イ ン プ リ メ ン ト す る た めに
使用 さ れ る リ ソ ース (LUT、 フ リ ッ プ フ
ロ ッ プ、 DSP48) が レ ポー ト さ れます。
Summary
サ ブ カ テ ゴ リ に つ い て は、 こ の 表 の
「Details」 で説明 し ます。
Details: Instance
こ こ に リ ス ト さ れ る リ ソ ース は、こ の階
層 レ ベルに イ ン ス タ ン シ エー ト さ れた
下位ブ ロ ッ ク に使用 さ れ る も のです。
イ ン ス タ ン ス がない場合は、RTL 階層は
1 レベル し かあ り ません。
イ ン ス タ ン ス があ る 場合は、その イ ン ス
タ ン ス の名前を ク リ ッ ク す る と 、その イ
ン ス タ ン ス の合成レ ポー ト が開 き ます。
Details: Memory
こ の階層 レ ベルで メ モ リ の イ ン プ リ メ
ン テーシ ョ ン に使用 さ れ る リ ソ ー ス を
リ ス ト し ます。
Details: FIFO
こ こ に リ ス ト さ れ る リ ソ ース は、こ の階
層 レ ベルに FIFO を イ ン プ リ メ ン テ ー
シ ョ ンす る ために使用 さ れ る も のです。
Details: Shift Register
ザ イ リ ン ク ス SRL コ ン ポ ー ネ ン ト に
マ ッ プ さ れたすべてのシ フ ト レ ジ ス タ
のサマ リ を示 し ます。
SRL コ ン ポーネ ン ト への追加マ ッ プは
RTL 合成中に発生 し ます。
Details: Expression
現在の階層レベルで乗算器、 加算器、 コ
ン パ レ ー タ な ど の演算で使用 さ れ る リ
ソ ース を示 し ます。
演算に対す る 入力ポー ト の ビ ッ ト 幅が
表示 さ れます。
Details: Multiplexors
こ こ に リ ス ト さ れ る リ ソ ース は、こ の階
層 レ ベルの マルチプ レ ク サ を イ ン プ リ
メ ン ト す る ために使用 さ れ る も のです。
マルチプ レ ク サの入力幅が表示 さ れ ま
す。
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Vivado HLS の使用
表 1‐1 : 合成レポー ト のカ テ ゴ リ
カ テゴ リ
Interface Summary
サブ カ テ ゴ リ
説明
Details: Registers
こ の階層 レ ベルの レ ジ ス タ すべて の リ
ス ト が表示 さ れ ま す。 こ の レ ポー ト に
は、レ ジ ス タ の ビ ッ ト 幅が含まれてい ま
す。
Interface
関数引数が ど の よ う に RTL ポー ト に合
成 さ れ る かが示 さ れます。
RTL ポー ト 名は、 プ ロ ト コ ル と ソ ー ス
オブジ ェ ク ト でグループ分け さ れ ます。
こ れ ら は、 ソ ー ス オブ ジ ェ ク ト が記述
さ れた IO プ ロ ト コ ルで合成 さ れ る と 作
成 さ れ る RTL ポー ト です。
I/O プ ロ ト コ ルが指示子を使用 し て指定
さ れない場合は、 こ の C 型の関数引数
のデ フ ォ ル ト I/O プ ロ ト コ ルが示 さ れ
ます。
Vivado HLS の最 も 一般的な使用方法は、 まず初期デザ イ ン を作成 し 、 その後エ リ アお よ びパフ ォーマ ン ス を満たすた
めに最適化を実行す る 方法です。 ソ リ ュ ーシ ョ ンに よ り 、 初期の合成を保持 し 、 比較で き ます。
レ ポー ト 結果の解析には、 合成 レ ポー ト だけで な く 、 [Analysis] 表示を使用す る こ と も で き ま す。 [Analysis] 表示は
[Analysis] を ク リ ッ ク す る と 開 く こ と がで き ます (図 1-20)。 [Synthesis] ボ タ ン を ク リ ッ ク す る と 、 合成ビ ュ ーに戻 り ま
す。
X-Ref Target - Figure 1-20
図 1‐20 : [Analysis] ボ タ ン
[Analysis] 表示には、 表形式 と 画像形式の両方でデザ イ ンのパ フ ォ ーマ ン スお よ び リ ソ ー ス が表示 さ れ、 ど ち ら の表
示 も 連動す る よ う にな っ てい ま す。 図 1-21 は、 [Analysis] 表示を最初に開いた と き のデフ ォ ル ト の ウ ィ ン ド ウ コ ン
フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンです。
[Module Hierarchy] ビ ュ ーには、 RTL デザ イ ン全体の概要が表示 さ れます。
•
こ のビ ュ ーは、 デザ イ ン階層をナビ ゲーシ ョ ンす る ために使用 し ます。
•
[Module Hierarchy] タ ブには、 RTL 階層の各ブ ロ ッ ク の リ ソ ースお よ びレ イ テ ン シ貢献が表示 さ れます。
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Vivado HLS の使用
図 1-20 に表示 さ れ る 結果を確認す る こ と で、 提供 さ れてい る 情報がわか り やす く な り ます。 こ の drc デザ イ ン全体で
は、 ブ ロ ッ ク RAM 6 つ と 約 300 個の LUT が使用 さ れ、 約 3900 ク ロ ッ ク サ イ ク ルの レ イ テ ン シがあ り ます。 その中
の下位ブ ロ ッ ク の dct_2b ではブ ロ ッ ク RAM ４ つ、 LUT 約 250 が使用 さ れ、 約 3600 ク ロ ッ ク サ イ ク ルの レ イ テ ン シ
があ り ます。 こ のため、 こ のデザ イ ンの リ ソ ース と レ イ テ ン シはほ と ん ど こ の下位ブ ロ ッ ク の dct_2b か ら の も のなの
がわか り ます。
X-Ref Target - Figure 1-21
図 1‐21 : [Analysis] ボ タ ン
[Performance Profile] ビ ュ ーには、 [Module Hierarchy] ビ ュ ーで現在選択 さ れてい る ブ ロ ッ ク ( こ の場合、 dct ブ ロ ッ ク )
のパフ ォーマ ン ス の詳細が表示 さ れます。
•
ブ ロ ッ ク のパフ ォーマ ン ス は、 含まれ る 下位ブ ロ ッ ク の関数 と こ の階層レベルに含まれ る ロ ジ ッ ク すべてに よ っ
て決ま り ます。 [Performance Profile] ビ ュ ーには、 パフ ォーマ ン ス全体に貢献す る こ の階層レベルのア イ テ ムが表
示 さ れます。
•
パフ ォーマ ン ス は、 レ イ テ ン シ と 開始間隔 (II) に よ っ て測定 さ れます。 こ のビ ュ ーには、 ブ ロ ッ ク のパ イ プ ラ イ
ン処理の有無 も 表示 さ れます。
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Vivado HLS の使用
•
こ の例では、 2 つのループが こ の階層レベルに ロ ジ ッ ク と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ、 ど ち ら も レ イ テ ン シに対 し
て 144 ク ロ ッ ク サ イ ク ル貢献 し てい る こ と がわか り ます。
[Schedule Viewer] ビ ュ ーには、 こ の特定のブ ロ ッ ク の演算が ク ロ ッ ク サ イ ク ルに ど の よ う に ス ケ ジ ュ ール さ れてい る
かが表示 さ れます。 デフ ォ ル ト のビ ュ ーは、 [Performance] です。
•
•
•
左側の列には、 リ ソ ース が表示 さ れます。
°
下位ブ ロ ッ ク は緑で表示 さ れます。
°
ソ ース内のループの結果であ る 演算は黄色で表示 さ れます。
°
標準的な演算は紫色で表示 さ れます。
dct には次の 3 つの主な リ ソ ース が含まれます。
°
RD_Loop_Row と い う ループ。 図 1-21 では、 RD_Loop_Row ループの階層が展開 さ れてい ます。
°
dct_2d と い う 下位ブ ロ ッ ク 。
°
WR_Loop_Row と い う ループ。 プ ラ ス マー ク (+) は、 そのループに階層が含まれ、 展開 し て表示可能であ る
こ と を示 し てい ます。
一番上の行には、 デザ イ ン の制御 ス テー ト が リ ス ト さ れ ま す。 制御 ス テー ト は、 高位合成で使用 さ れ る 内部 ス
テー ト の こ と で、 ク ロ ッ ク サ イ ク ルに対 し て演算を ス ケ ジ ュ ール し ます。 制御ス テー ト と RTL の有限ス テー ト
マシ ン (FSM) 間は密に関係 し てい ますが、 1:1 では対応 し てい ません。
[Schedule Viewer] ビ ュ ーの情報は、 最初に実行 さ れ る リ ソ ース のセ ッ ト (RD_Loop_Row ループ) を確認す る と わか り
ます。
•
デザ イ ンは、 C0 ス テー ト で開始 さ れます。
•
次に RD_Loop_Row ループの ロ ジ ッ ク を実行 し 始め ます。
°
ループの最初の ス テー ト では、 exit 条件がチ ェ ッ ク さ れ、 加算演算が実行 さ れます。
•
ループは、 C1、 C2、 C3 の 3 つの ス テー ト 間実行 さ れます。
•
[Performance Profile] ビ ュ ーには、 こ のループの ト リ ッ プ カ ウ ン ト が 8 で、 こ れ ら の 3 ス テー ト が約 8 回繰 り 返 さ
れ る こ と が示 さ れます。
•
[Performance Profile] ビ ュ ーには、 RD_Loop_Row ループが実行 さ れ る のに 144 ク ロ ッ ク サ イ ク ルかか る こ と も 表
示 さ れます。
•
°
RD_Loop_Row ループの開始に 1 サ イ ク ルかか り ます。
°
[Performance Profile] ビ ュ ーには、 RD_Loop_Col ループのすべての演算が実行 さ れ る のに 16 ク ロ ッ ク サ イ ク
ルかか る こ と が示 さ れます。
°
RD_Loop_Row ループの開始に戻る のに 1 ク ロ ッ ク サ イ ク ル余分にかか り ます。
°
18 サ イ ク ルが 8 回繰 り 返 さ れ る ので、 終了には 144 ク ロ ッ ク サ イ ク ルかか り ます。
RD_Loop_Col ループには、 複数の加算、 2 サ イ ク ルの読み出 し 、 1 つの書 き 込みがあ る のがわか り ます。
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Vivado HLS の使用
図 1-22 は、 書 き 込みま たはその他の演算を右 ク リ ッ ク し た と こ ろ を示 し てい ます。 [Goto Source] を ク リ ッ ク す る と 、
ソ ース コ ー ド ビ ュ ーに関連 し た変数が開 き ます。 こ の書 き 込みに よ り 、 input 変数か ら のア レ イ にデー タ の書 き 込み
が イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
X-Ref Target - Figure 1-22
図 1‐22 : 関連する C ソ ース コ ー ド
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Vivado HLS の使用
[Analysis] 表示では、 リ ソ ース使用量 も 解析で き ます。 図 1-23 は、 [Resource Profile] お よ び [Resource Sharing] ビ ュ ー
を示 し てい ます。
X-Ref Target - Figure 1-23
図 1‐23 : 関連する C ソ ース コ ー ド
[Resource Profile] ビ ュ ーには、 こ の階層レベルで使用 さ れた リ ソ ース が表示 さ れ ます。 こ の例の場合、 ほ と ん ど のエ
リ アが イ ン ス タ ン ス ( こ のブ ロ ッ ク 内に イ ン ス タ ン シエー ト さ れたブ ロ ッ ク ) で使用 さ れてい ます。 [Expressions] を展
開す る と 、 こ の階層レベルのほ と ん ど の リ ソ ース が加算器を イ ンプ リ メ ン ト す る ために使用 さ れてい る のがわか り ま
す。
[Resource Sharing] タ ブには、 使用 さ れた演算の制御ス テー ト が示 さ れます。 こ の例の場合、 すべての加算演算が別の
加算器 リ ソ ース に関連付け ら れ、 共有 さ れてい る 加算器がないのがわか り ます (ま たは、 複数の加算演算が水平方向
の各行にあ る 場合、 同 じ リ ソ ース の複数の演算が別の ス テー ト ま たは ク ロ ッ ク サ イ ク ルにあ る こ と を示 し ます)。
メ モ リ ア ク セ ス さ れ る 同 じ サ イ ク ルの加算器は、 各 メ モ リ 専用です。 こ れは、 関連す る C コ ー ド を連動 さ せ る と 確認
で き ます。
[Analysis] 表示の機能は、 かな り イ ン タ ラ ク テ ィ ブです。 [Analysis] 表示の詳細は、 『Vivado Design Suite チ ュ ー ト リ ア
ル : 高位合成』 (UG871) の 「デザ イ ン解析」 セ ク シ ョ ン を参照 し て く だ さ い。 Tcl フ ロ ーがデザ イ ン を作成す る のに使
用 さ れていて も 、 プ ロ ジ ェ ク ト は GUI で開いて、 [Analysis] ビ ュ ーでデザ イ ン を解析で き ます。
[Synthesis] ボ タ ン を ク リ ッ ク す る と 、 合成ビ ュ ーに戻 り ます。
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Vivado HLS の使用
アー カ イ ブ
Vivado HLS プ ロ ジ ェ ク ト は、 [File] → [Archive] を ク リ ッ ク す る と 業界標準の ZIP フ ァ イ ルに アーカ イ ブで き ま す。
[Archive Name] では、 ZIP フ ァ イ ルの名前を指定で き ます。
デフ ォ ル ト では、 現在のア ク テ ィ ブ ソ リ ュ ーシ ョ ンのみがアーカ イ ブ さ れます。 [Active Solution Only] を オ フ にす る
と 、 すべての ソ リ ュ ーシ ョ ンがアーカ イ ブ さ れます。
新規 ソ リ ュ ーシ ョ ンの作成
新 し い ソ リ ュ ーシ ョ ン を作成す る には、 [New Solution] ツ ールバー ボ タ ン (図 1-15) を ク リ ッ ク す る か、 [Project] →
[New Solution] を ク リ ッ ク し ます。 [Solution Wizard] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス が開 き ます (図 1-24)。
X-Ref Target - Figure 1-24
図 1‐24 : [Solution Wizard] ダ イ ア ログ ボ ッ ク ス
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Vivado HLS の使用
こ のダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス には、 New Vivado HLS Project ウ ィ ザー ド の最後のページ (図 1-14) と 同 じ オプシ ョ ン と 、 既
存の指示子やカ ス タ ム コ マ ン ド を コ ピーする オプシ ョ ンがあ り ます。次のセ ク シ ョ ンで、 ソ リ ューシ ョ ンに指示子を
追加す る 方法を説明 し ます。
X-Ref Target - Figure 1-25
図 1‐25 : ヘ ッ ダー フ ァ イルの解析を イ ネーブル
注記 : [Parse all header files] をオンにする と 、すべてのヘ ッ ダー フ ァ イ ルが継続的にポー リ ン グ さ れ、変更がないか ど
う かがチ ェ ッ ク さ れます。 CPU サ イ ク ルではヘ ッ ダー フ ァ イ ルのチ ェ ッ ク は通常の動作なので、 こ れに よ り GUI の
応答時間が削減 さ れ る 場合があ り ます。
ソ ース コ ー ド の コ メ ン ト の解決
言語環境に よ っ ては、 英語以外の言語の コ メ ン ト が文字化けす る こ と があ り ます。 こ れを修正す る には、 次の手順に
従い ます。
1.
[Explorer] タ ブでプ ロ ジ ェ ク ト を選択 し ます。
2.
右 ク リ ッ ク し て [Properties] を ク リ ッ ク し 、 [Resource] ページで適切な言語エン コ ー ド を選択 し ます。 [Text file
encoding] で [Other] を オンに し 、 ド ロ ッ プダ ウ ン リ ス ト か ら 適切なエン コ ーデ ィ ン グ を選択 し ます。
GUI のカ ス タ マ イ ズ
Vivado HLS の
ます。
GUI の動作を カ ス タ マ イ ズす る には、 [Windows] → [Preferences] を ク リ ッ ク し てオプシ ョ ン を設定 し
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Vivado HLS の使用
[Preferences] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス では さ ま ざ ま な詳細な設定が可能です。 た と えば、 キーの組み合わせ Ctrl + Tab は、
デフ ォ ル ト では情報エ リ アのア ク テ ィ ブ タ ブ を ソ ース コ ー ド と ヘ ッ ダー フ ァ イ ルで切 り 替え ますが、 各 タ ブが順に
ア ク テ ィ ブにな る よ う に変更で き ます。
•
[Preferences] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス の左側のボ ッ ク ス で [General] → [Keys] を ク リ ッ ク し 、 表の [Command] 列で
[Toggle Source/Header] を選択 し て、 [Unbind Command] を ク リ ッ ク し て Ctrl + Tab の組み合わせを削除 し ます。
•
[Command] 列で [Next Tab] を選択 し 、 下の [Binding] ボ ッ ク ス を ク リ ッ ク し て Ctrl キーを押 し てか ら Tab キーを
押す と 、 Ctrl + Tab キーを押 し た と き に次の タ ブがア ク テ ィ ブにな る よ う 設定で き ます。
[Preferences] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス の左側のボ ッ ク ス で さ ま ざ ま な項目を選択する こ と に よ り 、Vivado HLS の
境を詳細にカ ス タ マ イ ズで き 、 生産性を向上す る こ と がで き ます。
GUI 環
[Cosole] ビ ュ ーのカ ス タ マ イ ズ
[Console] ビ ュ ーには、 合成お よ び検証な ど の操作中の メ ッ セージがすべて表示 さ れます。
こ のビ ュ ーのデフ ォ ル ト のバ ッ フ ァ ー サ イ ズは 80,000 語ですが、 こ れは変更で き ます。 ま たは、 すべての メ ッ セージ
が表示 さ れ る よ う に制限をはずす こ と も で き ます。 こ れは、 [Preferences] → [Run/Debug] → [Console] か ら 設定で き ま
す。
Vivado HLS GUI の使用
Vivado HLS の GUI のデフ ォ ル ト 設定では、 一部の情報が表示 さ れない こ と があ り ます。 こ のセ ク シ ョ ン では、 次
のカ ス タ マ イ ズ方法について説明 し ます。
•
ヘ ッ ダー フ ァ イ ルに定義 さ れてい る 情報
•
英語以外の言語で記述 さ れた ソ ース の コ メ ン ト
•
[Console] ビ ュ ーのバ ッ フ ァ ー サ イ ズ
•
デフ ォ ル ト のビヘ イ ビ ア
ヘ ッ ダー フ ァ イル情報の解決
デフ ォ ル ト の Vivado HLS の GUI では、 ヘ ッ ダー フ ァ イ ルを解析 し てすべての コ ーデ ィ ン グ コ ン ス ト ラ ク ト が解
決 さ れ る わけではあ り ません。 こ のため、 次の よ う な状況が発生す る こ と があ り ます。
•
コ ー ド ビ ュ ーアーに変数ま たは値が不明ま たは定義で き ない と 表示 さ れ る 。
•
コ ー ド の変数が指示子 ウ ィ ン ド ウ に表示 さ れない。
ど ち ら の場合 も 、 不明の値お よ び表示 さ れていない変数はヘ ッ ダー フ ァ イ ル (拡張子が .h ま たは .hpp) で定義 さ れま
す。 C コ ー ド を最初に Vivado HLS の GUI で開 く と 、 ほかの フ ァ イ ルで定義 し たオブジ ェ ク ト への リ フ ァ レ ン ス が未
定義 と 表示 さ れ る こ と があ り ます。 こ の例は、 図 1-26 の左側を参照 し て く だ さ い。 サ イ ド バーに未定義の リ フ ァ レ ン
ス が表示 さ れてい ます。
[Index C] ツールバー ボ タ ン を ク リ ッ ク す る と 、 すべての C フ ァ イ ルに イ ンデ ッ ク ス を付けて、 すべてのオブジ ェ ク
ト 定義 を 解決 で き ま す。 こ の操作の結果は、 図 1-26 の右側に表示 さ れ て い ま す。 [Project] → [Project Settings] →
[General] を ク リ ッ ク し て [Parse All Header Files] を オンに し てプ ロ ジ ェ ク ト 設定を変更す る と (図 1-25)、別の ソ リ ュ ー
シ ョ ンで イ ンデ ッ ク ス がずっ と ついた ま ま にで き ます (CPU サ イ ク ルを使用する ので、GUI の リ フ レ ッ シ ュ レー ト に
影響す る こ と があ り ます)。
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Vivado HLS の使用
X-Ref Target - Figure 1-26
図 1‐26 : C フ ァ イルのイ ンデ ッ ク ス
指示子を使用 し て イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ンの最適化
指示子は、 デザ イ ンの さ ま ざ ま な最適化を実行す る ために使用で き ます。 こ のセ ク シ ョ ンでは、 ソ リ ュ ーシ ョ ンに最
適化を追加す る 方法を説明 し ます。 さ ま ざ ま な最適化の詳細は、 こ のユーザー ガ イ ド の後の方の章で説明 し ます。
最適化指示子を追加す る には、 まず情報エ リ アに ソ ース コ ー ド を開 き ます。
[Explorer] タ ブで [Source] を展開 し 、 ソ ース コ ー ド を ダブル ク リ ッ ク し て情報エ リ アに開 き ます (図 1-27)。
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Vivado HLS の使用
X-Ref Target - Figure 1-27
図 1‐27 : ソ ース と 指示子
情報エ リ アで ソ ース コ ー ド を ア ク テ ィ ブにする と 、 右側で [Directive] タ ブがア ク テ ィ ブにな り ます。
[Directive] タ ブ
[Directive] タ ブには、 開いてい る ソ ース コ ー ド の指示子が適用 さ れてい る オブジ ェ ク ト が表示 さ れます。
•
関数 (Functions)
•
イ ン タ ーフ ェ イ ス (Interfaces)
°
イ ン タ ーフ ェ イ ス は、 最上位関数への引数で、 RTL デザ イ ンのポー ト と な り ます。 指示子を使用 し て、 イ ン
タ ーフ ェ イ ス に I/O プ ロ ト コ ル ポー ト を指定で き ます。
•
ア レ イ (Arrays)
•
ループ (Loops)
•
領域 (Regions)
°
領域 と は、 中か っ こ { } で囲まれてい る 名前が付け ら れた領域です。
注記 : [Directive] タ ブに表示 さ れ る のは、 現在情報エ リ アに表示 さ れてい る フ ァ イ ル (現在ア ク テ ィ ブな フ ァ イ ル) の
オブジ ェ ク ト のみです。 デザ イ ンに含まれ る すべての フ ァ イ ルか ら のオブジ ェ ク ト ではあ り ません。
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Vivado HLS の使用
次の例では、 あ る ソ ース コ ー ド のア ウ ト ラ イ ン を示 し 、 指示子を指定 し て最適化を実行可能な各オブジ ェ ク ト をハ イ
ラ イ ト し てい ます。
int foo_sub_A (int mem_1[64],..){
for_A: for (int n = 0; n < 3; ++n) {
...
}
...
}
int foo_sub_B (int mem_1[64], int i) {
for_B:for (int n = 0; n < 4; ++n) {
...
}
...
}
void foo_top (int mem_1[64], int mem_2[64]) {
...
for_top: for (int i = 0; i < 64; ++i) {
my_label:{
...
}
}
}
図 1-28 に、 こ の コ ー ド 例が ど の よ う に [Directive] タ ブに表示 さ れ る か を示 し ます。
X-Ref Target - Figure 1-28
図 1‐28 : [Directive] タ ブのオブ ジ ェ ク ト
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Vivado HLS の使用
指示子の適用
指示子を適用す る には、 [Directive] タ ブでオブ ジ ェ ク ト を右 ク リ ッ ク し 、 [Insert Directive] を ク リ ッ ク し て、 [Vivado
HLS Directive Editor] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス (図 1-29) を開 き ます。
[Directive] ド ロ ッ プダ ウ ン リ ス ト で、 追加す る 指示子を選択 し ます。 図 1-29 の例では、 [DATAFLOW] が選択 さ れて
お り 、 デー タ フ ロ ー指示子が追加 さ れます。 指示子のオプシ ョ ン (後の章で詳細に説明) のほかに、 指示子を Tcl コ マ
ン ド と し て指示子フ ァ イ ルに挿入す る か、 プ ラ グマ と し て コ ー ド に直接挿入す る かを選択で き ます。
注記 : 指示子を グ ロ ーバル変数に適用す る には、 オブジ ェ ク ト が使用 さ れ る 関数にその指示子を適用 し ます。 その変
数を使用す る 関数の [Directives] タ ブ を開 き 、 関数自体に指示子を適用 し 、 [Vivado HLS Directive Editor] ダ イ ア ロ グ
ボ ッ ク ス に手動で変数名を直接入力 し ます。
指示子を ク ラ ス で定義 し たオブジ ェ ク ト に適用す る には、 ク ラ ス が定義 さ れてい る フ ァ イ ル (通常はヘ ッ ダー フ ァ イ
ル) を開 き 、 [Directives] タ ブ を使用 し て指示子を適用 し ます。 関数 と 同様、 1 つの ク ラ ス の イ ン ス タ ン ス はすべて同
じ 最適化が適用 さ れます。
X-Ref Target - Figure 1-29
図 1‐29 : 指示子の追加
[Vivado HLS Directive Editor] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス で [Directive File] を オ ン にす る と 、 指示子が solution デ ィ レ ク ト リ
の directives.tcl フ ァ イ ルに記述 さ れます。 指示子フ ァ イ ルに指示子を記述する と 、 次の よ う な利点があ り ます。
•
各 ソ リ ュ ーシ ョ ンにそれぞれ異な る 指示子を指定で き ます。
•
Tcl バ ッ チ フ ァ イ ルを作成す る 場合、 directives.tcl フ ァ イ ルか ら 指示子を コ ピーで き ます。
図 1-30 に、 指示子を directives.tcl フ ァ イ ルに記述す る よ う に設定 し 、 その結果の directives.tcl フ ァ イ ルを情報エ リ ア
に開いた と こ ろ を示 し ます。
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Vivado HLS の使用
X-Ref Target - Figure 1-30
図 1‐30 : Tcl 指示子の追加
も う 1 つのオプシ ョ ンは、 プ ラ グマ を コ ー ド に追加す る 方法です。 こ の方法の利点は、 指示子が恒久的に コ ー ド に適
用 さ れ、 ほかの フ ァ イ ルは必要あ り ません。 こ れは、 IP を リ リ ースす る 場合や、 TRIPCOUNT 指示子な ど テ ク ノ ロ ジ
タ ーゲ ッ ト に よ っ て変化 し ない指示子に適 し てい ます。
図 1-31 に、 [Vivado HLS Directive Editor] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス の [Destination] で [Source File] を オンに し て前述の例の
指示子をプ ラ グマ と し て適用 し 、 その結果の ソ ース コ ー ド を情報エ リ アに表示 し た と こ ろ を示 し ます。
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Vivado HLS の使用
X-Ref Target - Figure 1-31
図 1‐31 : プ ラ グマ指示子の追加
ど ち ら の場合 も 、 指示子が適用 さ れ、 合成を実行す る と 最適化が実行 さ れます。
プ ラ グマ を使用す る 唯一の欠点は、 指示子が恒久的に ソ ース コ ー ド に組み込まれ、 すべての ソ リ ュ ーシ ョ ンに使用 さ
れ る こ と です。
チ ュ ー ト リ アル
『Vivado Design Suite チ ュ ー ト リ アル : デザ イ ン フ ロ ーの概要』 に、 [Help] メ ニ ュ ーか ら ア ク セ ス で き ます。
こ のチ ュ ー ト リ アルは、 Vivado HLS の使用に関す る 次の ト ピ ッ ク を理解す る のに役立ち ます。
•
C デザ イ ンの検証
•
高位合成プ ロ ジ ェ ク ト の作成
•
合成お よ びデザ イ ン解析
•
ビ ッ ト 精度デザ イ ンの処理
•
デザ イ ン最適化
•
RTL 検証お よ びエ ク ス ポー ト の実行方法の理解
•
Tcl ス ク リ プ ト を使用 し た
Vivado HLS ツールの使用
こ のチ ュ ー ト リ アルで使用す る サンプル デザ イ ンは、Vivado HLS の イ ン ス ト ール デ ィ レ ク ト リ 内の examples デ ィ レ
ク ト リ にあ り ます。
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C の検証 と コ ーデ ィ ング ス タ イル
C の検証 と コ ーデ ィ ング ス タ イル
HLS フ ロ ーでの検証には、 2 つのプ ロ セ ス があ り ます。 合成前の検証では C プ ロ グ ラ ム で必要な機能が正 し く イ ンプ
リ メ ン ト さ れ る か ど う か検証 し 、 合成後の検証では RTL が正 し いか ど う か を検証 し ま す。 こ れ ら のプ ロ セ ス は、 そ
れぞれ C シ ミ ュ レーシ ョ ンお よ び RTL シ ミ ュ レーシ ョ ン と 呼ばれ る こ と も あ り ます。
C デザイ ンのシ ミ ュ レーシ ョ ン
合成前に、 合成す る 関数を テ ス ト ベンチを使用 し て検証す る 必要があ り ます。 理想的なテ ス ト ベンチには、 次の よ う
な特徴があ り ます。
•
セルフチ ェ ッ ク 機能があ る 。
•
デザ イ ン と は別の フ ァ イ ルに記述 さ れてい る ( こ れは必須ではあ り ませんが、 推奨 さ れます)。
テ ス ト ベンチ と 合成す る 関数を別フ ァ イ ルに し てお く と 、 シ ミ ュ レーシ ョ ン と 合成のプ ロ セ ス を分離で き ます。 テ ス
ト ベンチが合成す る 関数 と 同 じ フ ァ イ ルに含まれてい る 場合、Vivado HLS フ ロ ーを少 し 変更する 必要があ り ます。 テ
ス ト ベンチ と 合成す る 関数が含ま れ る フ ァ イ ルを、 Vivado HLS プ ロ ジ ェ ク ト に ソ ース フ ァ イ ル と し て、 かつテ ス ト
ベンチ と し て追加す る 必要があ り ます。
テ ス ト ベンチの詳細は、 「テ ス ト ベンチ要件」 を参照 し て く だ さ い。
合成前の検証用に C デザ イ ン を コ ンパ イ ルす る プ ロ セ ス は、Vivado HLS で図 1-17 お よ び図 1-18 に示す よ う に実行で
き ま す。 ただ し 、 C 検証は、 CSM デザ イ ン コ マ ン ド を Tcl フ ァ イ ルに含め る と 、 CCI を使用 し た高位合成 コ マ ン ド
プ ロ ンプ ト の コ マ ン ド ラ イ ンで も 実行で き ます。
Vivado HLS 以外での検証
注記 : Vivado 以外で実行す る 場合は、 Vivado HLS ラ イ ブ ラ リ を指定す る 必要があ り ます。 例 :
gcc -o foo_to
最上位デザ イ ン フ ァ イ ルが foo_top.c、 テ ス ト ベンチ フ ァ イ ルが tb_foo_top.c であ る 場合、 次の コ マ ン ド を使用 し てテ
ス ト ベンチを コ ンパ イ ルお よ び実行で き ます。
$ gcc -o foo_top foo_top.c tb_foo_top.c
$ ./foo_top
C++ デザ イ ン フ ァ イ ルが foo_top.cpp、 テ ス ト ベンチ フ ァ イ ルが tb_foo_top.cpp であ る 場合、 次の コ マ ン ド を使用 し て
テ ス ト ベンチを コ ンパ イ ルお よ び実行で き ます。
$ g++ -o foo_top foo_top.cpp tb_foo_top.cpp
$ ./foo_top
SystemC デザ イ ンの場合、 次の コ マ ン ド を使用 し てテ ス ト ベンチを コ ンパ イ ルお よ び実行で き ます。 最初の g++ コ マ
ン ド はわか り やすい よ う に複数行に分離 し てい ますが、 実際には 1 行に記述 し ます。
$ g++ -o foo_top foo_top.cpp tb_foo_top.cpp
-I$vivado_hls_ROOT/Linux_x86_64/tools/systemc/include/
-lsystemc
-L$vivado_hls_ROOT/Linux_x86_64/tools/systemc/lib-linux64
$ ./foo_top
SystemC が使用 さ れてい る ので、 systemc.h ヘ ッ ダー フ ァ イ ルをすべての コ ンパ イ ルに含め る 必要があ り ます。
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C の検証 と コ ーデ ィ ング ス タ イル
サポー ト さ れるバージ ョ ン以外の GCC の使用
合成前の C コ ー ド の コ ンパ イ ルには、 サポー ト さ れ る gcc (ま たは g++) バージ ョ ン を使用 し て く だ さ い。 Vivado HLS
では、 こ のバージ ョ ンの GCC の機能に一致する RTL が生成 さ れ、 RTL と C テ ス ト ベンチの協調シ ミ ュ レーシ ョ ン を
実行す る 場合に こ のバージ ョ ンが使用 さ れます。
Vivado HLS を起動す る 前に AP_SIM_GCC 環境変数を設定する と 、RTL シ ミ ュ レーシ ョ ンに異な る バージ ョ ンの GCC
を使用で き ます。 こ の変数は、 ロ ーカル バージ ョ ンの GCC を含むデ ィ レ ク ト リ へのパ ス と 共に定義す る 必要があ り
ます。
Visual Studio コ ンパイ ラ
Vivado HLS を使用す る 前に、 Microsoft Visual Studio コ ンパ イ ラ (MVSC) を使用 し て コ ー ド を コ ンパ イ ルで き ます。
任意精度整数を使用す る 場合な ど、 関数を Vivado HLS ヘ ッ ダー フ ァ イ ル と 共に コ ンパ イ ルす る 場合、 特別な考慮
事項があ り ます (任意精度整数については 「任意精度デー タ 型」 を参照)。
C の コ ンパイル
「C 言語での任意精度デー タ 型」 に説明す る よ う に、 Vivado HLS ヘ ッ ダー フ ァ イ ル ap_cint.h で定義 さ れ る 任意精度整
数を使用す る C 関数を含め る 必要があ り ます。 Vivado HLS の任意精度型を使用する C デザ イ ンには、 MVSC は使用
で き ません。
C++ の コ ンパイル
Vivado HLS ヘ ッ ダー フ ァ イ ルを含む C++ 関数では、 MVSC でヘ ッ ダー フ ァ イ ルの場所を指定する 必要があ り ます。
MVSC で
Vivado HLS ヘ ッ ダー フ ァ イ ルの場所を指定する には、 次の手順に従い ます。
1.
[Project] を ク リ ッ ク し ます。
2.
[Properties] を ク リ ッ ク し ます。
3.
開いたパネルで、 [C/C++] を選択 し ます。
4.
[General] を選択 し ます。
5.
[Additional Include Directories] を ク リ ッ ク し 、 図 1-32 に示す よ う にパス を追加 し ます。
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C の検証 と コ ーデ ィ ング ス タ イル
X-Ref Target - Figure 1-32
図 1‐32 : Visual Studio での
Vivado HLS イ ン クルー ド パスの設定
任意精度デー タ 型
ネ イ テ ィ ブ C デー タ 型は、 8 ビ ッ ト 境界 (8、 16、 32、 64 ビ ッ ト ) にあ り ます。 RTL バ ス (ハー ド ウ ェ アに対応) では、
任意の幅がサポー ト さ れ ま す。 HLS では、 任意精度の ビ ッ ト 幅の仕様を使用で き る よ う に し 、 ネ イ テ ィ ブ C デー タ
型の制限に依存ない よ う にす る 機構が必要です。 た と えば、 17 ビ ッ ト 乗算器が必要な場合、 32 ビ ッ ト 乗算器に イ ン
プ リ メ ン ト し なければな ら ない よ う な制限はあ る べ き ではあ り ません。
Vivado HLS では、 C お よ び C++ の任意精度デー タ 型が提供 さ れてお り 、 SystemC の一部であ る 任意精度デー タ 型が
サポー ト さ れます。
任意精度デー タ 型の利点は、 C コ ー ド を ビ ッ ト 幅の狭い変数を使用する よ う ア ッ プデー ト し 、 C シ ミ ュ レーシ ョ ン を
再実行 し て機能が同一ま たは使用可能であ る こ と を検証で き る 点です。
Vivado HLS では、 整数お よ び固定小数点の両方のデー タ 型を使用で き ます。
整数デー タ 型
Vivado HLS では、 任意精度の整数デー タ 型が提供 さ れてい ます (表 1-2)。 こ れ ら の整数デー タ 型に よ り 、 指定の幅の
制限内の整数値を制御で き ます。
表 1‐2 : 整数デー タ 型
言語
整数デー タ 型
必要なヘ ッ ダー
C
[u]int<precision> (1024 ビ ッ ト )
gcc #include “ap_cin.h”
C++
ap_[u]int<W> (1024 ビ ッ ト )
#include “ap_int.h”
System C
sc_[u]int<W> (64 ビ ッ ト )
sc_[u]bigint<W> (512 ビ ッ ト )
#include “systemc.h”
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C の検証 と コ ーデ ィ ング ス タ イル
注記 : Vivado HLS には、任意精度型を定義す る ヘ ッ ダー フ ァ イ ル も ス タ ン ド ア ロ ン パ ッ ケージ と し て含まれてお り 、
ソ ース コ ー ド で使用で き る よ う にな っ てい ます。Vivado HLS イ ン ス ト ール デ ィ レ ク ト リ の イ ン ク ルー ド デ ィ レ ク ト
リ には xilinx_hls_lib_<release_number>.tgz パ ッ ケージが含まれます。
C 言語での任意精度デー タ 型
C 言語では、 ヘ ッ ダー フ ァ イ ル ap_cint.h に よ り 任意精度の整数デー タ 型 [u]int が定義 さ れます。 ap_cint.h フ ァ イ
ルは、 Vivado HLS の イ ン ス ト ール デ ィ レ ク ト リ にあ り ます。
注記 : xilinx_hls_lib_<release_number>.tgz パ ッ ケージには、ap_cint.h で定義 さ れた C 任意精度デー タ 型は含まれてい ま
せん。 こ れ ら のデー タ 型は、 標準 C コ ンパ イ ラ ー と は一緒に使用で き ず、 Vivado HLS cpcc コ ンパ イ ラ ーでのみ使用
で き る よ う にな っ てい ます。 詳細は、 「C 言語での任意精度デー タ 型の検証」 を参照 し て く だ さ い。
C 関数で任意精度の整数デー タ 型を使用する には、 次の手順に従い ます。
•
ソ ース コ ー ド にヘ ッ ダー フ ァ イ ル ap_cint.h を追加 し ます。
•
ビ ッ ト 型を intN ま たは uintN (N はビ ッ ト サ イ ズ を表す 1 ～ 1024 の値) に変更 し ます。
°
コ マ ン ド プ ロ ンプ ト で C シ ミ ュ レーシ ョ ン を実行する 場合、 gcc の代わ り に apcc を使用 し ます。
C++ 言語での任意精度デー タ 型
C++ 言語では、 ヘ ッ ダー フ ァ イ ル ap_int.h に よ り 任意精度の整数デー タ 型 ap_[u]int が定義 さ れます (表 1-3)。 ap_int.h
フ ァ イ ルは、 $VIVADO_HLS_ROOT/include ($VIVADO_HLS_ROOT は Vivado HLS の イ ン ス ト ール デ ィ レ ク ト リ ) に
あ り ます。
C++ 関数で任意精度の整数デー タ 型を使用する には、 次の手順に従い ます。
•
ソ ース コ ー ド にヘ ッ ダー フ ァ イ ル ap_int.h を追加 し ます。
•
ビ ッ ト 型を ap_int<N> ま たは ap_uint<N> (N はビ ッ ト サ イ ズ を表す 1 ～ 1024 の値) に変更 し ます。
次の例に、 ヘ ッ ダー フ ァ イ ルの追加方法 と 、 2 つの変数を 9 ビ ッ ト 整数型お よ び 10 ビ ッ ト の符号な し 整数型を使用
し て イ ンプ リ メ ン ト す る 方法を示 し ます。
#include ap_int.h
void foo_top (…) {
ap_int<9> var1;
ap_uint<10> var2;
// 9-bit
// 10-bit unsigned
任意精度整数を使用す る 場合、 シ ミ ュ レーシ ョ ンにヘ ッ ダー フ ァ イ ル ap_int.h へのパ ス を含め る 必要があ り ます。
$ g++ -o foo_top foo_top.cpp tb_foo_top.cpp -I$VIVADO_HLS_ROOT/include
SystemC 言語での任意精度デー タ 型
SystemC で使用 さ れ る 任意精度型は、 ヘ ッ ダー フ ァ イ ル systemc.h で定義 さ れてい ます。 こ のヘ ッ ダー フ ァ イ ルは、
す べ て の SystemC デ ザ イ ン に 含 め る 必 要 が あ り ま す。 ヘ ッ ダ ー フ ァ イ ル に は、 SystemC sc_int<>、 sc_uint<>、
sc_bigint<>、 お よ び sc_biguint<> 型が含まれます。
固定小数点デー タ 型
固定小数点デー タ 型を使用 し て実行 さ れた C++/SystemC シ ミ ュ レーシ ョ ンの動作は、合成で作成 さ れたハー ド ウ ェ ア
の結果 と 一致 し 、 ビ ッ ト 精度、 量子化、 お よ びオーバーフ ロ ーの影響を高速の C レベル シ ミ ュ レーシ ョ ン で解析で
き る ので、 HLS を使用す る 場合、 固定小数点デー タ 型の使用は特に重要です。
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C の検証 と コ ーデ ィ ング ス タ イル
Vivado HLS では、 C++ お よ び SystemC に任意精度の固定小数点デー タ 型を使用で き ます (表 1-3)。
表 1‐3 : 固定小数点デー タ 型
言語
固定小数点デー タ 型
必要なヘ ッ ダー
C
-- な し --
-- な し --
C++
ap_[u]fixed<W,I,Q,O,N>
#include “ap_fixed.h”
System C
sc_[u]fixed<W,I,Q,O,N>
#define SC_INCLUDE_FX
[#define SC_FX_EXCLUDE_OTHER]
#include “systemc.h”
こ れ ら のデー タ 型は、 指定の合計幅お よ び整数幅の制限内での浮動小数点値を制御 し ます (図 1-33)。
X-Ref Target - Figure 1-33
図 1‐33 : 固定小数点デー タ 型
表 1-4 に、 固定小数点でサポー ト さ れ る 演算の概要を示 し ます。
表 1‐4 : 固定小数点の識別子
識別子
説明
W
ワー ド 長を ビ ッ ト 数で指定
I
整数値を ビ ッ ト 数で指定 (整数部のビ ッ ト 数)
Q
量子化モー ド を指定。量子化モー ド
は、結果の保存に使用 さ れ る 変数の
最小の小数 ビ ッ ト で定義で き る よ
り も 大 き い精度が生成 さ れた場合
の動作を指定 し ます。
SystemC 型
SC_RND
SC_RND_ZERO
SC_RND_MIN_INF
AP_RND_INF
AP_RND_CONV
AP_TRN
AP_TRN_ZERO
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AP_Fixed 型
AP_RND
AP_RND_ZERO
AP_RND_MIN_INF
AP_RND_INF
AP_RND_CONV
AP_TRN
AP_TRN_ZERO
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説明
正の無限大への丸め
0 への丸め
負の無限大への丸め
無限大への丸め
収束丸め
負の無限大への切 り 捨て
0 への切 り 捨て (デフ ォ ル ト )
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C の検証 と コ ーデ ィ ング ス タ イル
表 1‐4 : 固定小数点の識別子
識別子
説明
折 り 返 し モー ド での飽和ビ ッ ト 数
O
SystemC 型
AP_SAT
AP_SAT_ZERO
AP_SAT_SYM
AP_WRAP
AP_WRAP_SM
SC_SAT
SC_SAT_ZERO
SC_SAT_SYM
SC_wrapper.h
SC_WRAP_SM
飽和
0 への飽和
対称飽和
折 り 返 し (デフ ォ ル ト )
符号絶対値の折 り 返 し
折 り 返 し モー ド での飽和ビ ッ ト 数
N
ap_fixed
次の例では、 Vivado HLS の ap_fixed 型を使用 し て、 18 ビ ッ ト 変数 (6 ビ ッ ト が整数部、 12 ビ ッ ト が小数部を表す) を
定義 し てい ます。 変数は符号付 き 、 量子化モー ド は丸め、 オーバーフ ロ ー モー ド はデフ ォ ル ト の折 り 返 し に指定 さ れ
てい ます。
#include <ap_fixed.h>
...
ap_fixed<18,6,AP_RND > my_type;
...
sc_fixed
次の sc_fixed 型の例では、 22 ビ ッ ト 変数が整数部 21 ビ ッ ト で定義 さ れてお り 、 最小精度は 0.5 です。 0 への丸めが使
用 さ れてい る ので 0.5 未満の結果はすべて 0 に丸め ら れ、 飽和が指定 さ れてい ます。
#define SC_INCLUDE_FX
#define SC_FX_EXCLUDE_OTHER
#include <systemc.h>
...
sc_fixed<22,21,SC_RND_ZERO,SC_SAT> my_type;
...
浮動小数点型
デザ イ ン を合成す る ために、 Vivado HLS ではすべての演算が C コ ー ド で抽出 さ れ、 それ ら が内部デー タ ベース に演
算子 と し て渡 さ れます。 RTL イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン段階中は、 こ れ ら の演算子がハー ド ウ ェ アに演算を イ ンプ リ メ
ン ト す る コ アにマ ッ プ さ れます。
こ のプ ロ セ ス の詳細 と コ アの リ ス ト については、 第 2 章 「高位合成演算子お よ び コ ア」 を参照 し て く だ さ い。
浮動小数点型の場合、 次の 2 つの演算 タ イ プがあ り ます。
•
標準演算 (+、 *、 - な ど)
•
math ラ イ ブ ラ リ 関数 (sin()、 cos()、 sqrt() な ど)
標準演算はザ イ リ ン ク ス浮動小数 IP コ ア を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ、 すべての演算がサポー ト さ れます。
浮動小数点の math 演算は、 C/C++ math ら いぶ ら り を使用 し て C/C++ で イ ンプ リ メ ン ト さ れます。 こ の場合、 合成は
次のいずれかの方法でサポー ト さ れます。
•
適切なザ イ リ ン ク ス IP コ アがあ る 場合は、 それが イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンに使用 さ れます。
•
ま たは、 その関数が HLS math ラ イ ブ ラ リ を使用 し て提供 さ れ る 必要があ り ます。 高位合成では C++ ラ イ ブ ラ リ
が提供 さ れてお り 、 最 も よ く 使用 さ れ る math 関数の完全で合成可能な記述が含まれます。
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C の検証 と コ ーデ ィ ング ス タ イル
Vivado HLS math ラ イ ブ ラ リ の使用方法 と サポー ト さ れ る math 関数の リ ス ト については、 第 3 章 「高位合成 コ ーデ ィ
ン グ ス タ イ ル」 の 「C ラ イ ブ ラ リ 」 を参照 し て く だ さ い。
注記 : 高位合成で適切な浮動小数点 コ アや演算を イ ンプ リ メ ン ト す る HLS ラ イ ブ ラ リ がが検出で き なかっ た場合は、
エ ラ ー メ ッ セージが表示 さ れ、 ツールは停止 し ます。
浮動小数点演算
ラ イ ブ ラ リ か ら の浮動小数点 コ ア を使用す る には、 演算のすべての引数が浮動小数点引数であ る 必要があ り ます。 次
の よ う な コ ー ド があ る と し ます。
A = B/2;
こ れは、 次の よ う に変更す る 必要があ り ます。
A =B * 0.5;
浮動小数点のシ ミ ュ レーシ ョ ン
RTL の浮動小数点 コ アの精度が C ソ ース の演算に よ っ て異な る こ と があ り ます。 表 3-7 は、 そのわずかな精度の違い
について リ ス ト し てい ます。
こ の精度の違いは、 C シ ミ ュ レーシ ョ ン と RTL シ ミ ュ レーシ ョ ン間で違いがあ る 可能性を示 し てい ます。 こ れを確認
す る には、 次の 2 つの方法を使用で き ます。
•
C テ ス ト ベンチでのチ ェ ッ ク 結果が 1 対 1 の比較を使用 し て実行 さ れない よ う に し 、 許容可能な違い ま たは差分
に対す る 比較が実行 さ れ る よ う に し ます。
•
C シ ミ ュ レーシ ョ ンには、 ビ ッ ト 精度 C モデルが使用で き ます。 こ れ ら のモデルは、 RTL イ ンプ リ メ ン テーシ ョ
ン と 同 じ ビヘ イ ビ アにな り ま す。 こ れに よ り 、 C シ ミ ュ レーシ ョ ン が RTL シ ミ ュ レーシ ョ ン と 同 じ にな り ます
が、 こ れ ら のビ ッ ト 精度モデルを使用す る C シ ミ ュ レーシ ョ ン と 標準 C デー タ 型お よ び math 関数を使用す る C
シ ミ ュ レーシ ョ ン間で違いが出て し ま い ます。 こ れ ら の違いが許容可能か ど う かは、 C シ ミ ュ レーシ ョ ン中に解
析で き ます。
ど ち ら の手法 も 具体例については、 「シ ミ ュ レーシ ョ ンの違い」 セ ク シ ョ ン を参照 し て く だ さ い。
最後に、 RTL シ ミ ュ レーシ ョ ン を実行す る には、 浮動小数点 コ アの ビ ッ ト 精度モデルが RTL シ ミ ュ レー タ で使用で
き る よ う にな っ てい る 必要があ り ます。 こ れは、 次を使用 し て RTL シ ミ ュ レーシ ョ ン が実行 さ れた場合は、 自動的
に設定 さ れます。
•
SystemC RTL
•
ザ イ リ ン ク ス Vivado シ ミ ュ レー タ を使用 し た Verilog お よ び VHDL
•
ザ イ リ ン ク ス ISim シ ミ ュ レー タ を使用 し た Verilog お よ び VHDL
•
Mentor Graphics 社の Questa SIM シ ミ ュ レー タ を使用 し た Verilog お よ び VHDL
その他のサポー ト さ れ る HDL シ ミ ュ レー タ の場合、 ザ イ リ ン ク ス浮動小数点 ラ イ ブ ラ リ がプ レ コ ンパ イ ル さ れ、 シ
ミ ュ レー タ の ラ イ ブ ラ リ に追加 さ れてい る 必要があ り ます。浮動小数点シ ミ ュ レーシ ョ ン ラ イ ブ ラ リ を コ ンパ イ ルす
る 方法については、 Vivado HLS ではな く Vivado Design Suite の資料を参照す る か、 -help オプシ ョ ン を使用 し て く だ
さ い。 こ れ に は、 Vivado Design Suite の GUI ま た は Vivado Tcl シ ェ ル を 開 い て、 Tcl コ マ ン ド プ ロ ン プ ト に
compile_simlib –help と 入力 し ます。
cosim_design で RTL を検証す る ため、 Vivado HLS で RTL にアダプ タ ーを含む SystemC ラ ッ パーが作成 さ れ、 こ の (C
コ ー ド ) ラ ッ パーが既存の C テ ス ト ベンチに イ ン ス タ ン シエー ト さ れます (図 1-34)。
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C の検証 と コ ーデ ィ ング ス タ イル
X-Ref Target - Figure 1-34
図 1‐34 : cosim_design ラ ッ パーの概要
Vivado HLS で作成 さ れ る ラ ッ パーは、 RTL イ ン タ ーフ ェ イ ス にハン ド シ ェ イ ク が必要な場合はそれがモデ リ ン グ さ
れ、 テ ス ト ベンチか ら 供給 さ れ る DUT への入力値が RTL デザ イ ン で必要な と き に準備 さ れてい る こ と を確実にす る
必要があ り ます。 こ れには、 ス ト レージが必要です。
Vivado HLS では、こ の よ う なポ イ ン タ ーを使用す る 関数 イ ン タ ーフ ェ イ ス で読み出 し ま たは書 き 込みが何回実行 さ れ
る か を判断で き ません。 関数 イ ン タ ーフ ェ イ ス の引数では、 値がい く つ読み出 さ れ る か、 ま たは書 き 込まれ る かは
Vivado HLS に示 さ れません。
void foo ( volatile int *d_o,
volatile int *d_i)
ア レ イ の最大サ イ ズな ど、 イ ン タ ーフ ェ イ ス に値がい く つ必要か を示す よ う な も のがない限 り 、Vivado HLS では 1 つ
の値であ る と 想定 さ れ、 1 つの入力お よ び 1 つの出力用のシ ミ ュ レーシ ョ ン ラ ッ パーが作成 さ れます。
RTL ポー ト が実際には複数の値を読み出 し ま たは書き 込みする 場合、こ れに よ り RTL cosim_design シ ミ ュ レーシ ョ ン
が停止す る 可能性があ り ます。 ラ ッ パーは RTL デザ イ ン に接続 さ れ る 送信ブ ロ ッ ク と 受信ブ ロ ッ ク がモデ リ ン グ さ
れ る ため、 RTL デザ イ ンで次の値の読み出 し ま たは書 き 込みが試み ら れますが、 読み出す値がないか書 き 込むスペー
ス がないため、 ハン ド シ ェ イ ク イ ン タ ーフ ェ イ ス に よ り デザ イ ンに待機する よ う 指示 さ れます。
イ ン タ ーフ ェ イ ス でマルチア ク セ ス ポ イ ン タ ーが使用 さ れ る 場合、イ ン タ ーフ ェ イ ス での読み出 し ま たは書 き 込みの
最大回数を Vivado HLS に示す必要があ り ます。 イ ン タ ーフ ェ イ ス を指定する 場合、 [Vivado HLS Directive Editor] ダ
イ ア ロ グ ボ ッ ク ス の [Directive] で [INTERFACE] を選択 し 、 [depth] オプシ ョ ン を設定 し ます (図 1-37)。
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C の検証 と コ ーデ ィ ング ス タ イル
X-Ref Target - Figure 1-35
図 1‐35 : [Vivado HLS Directive Editor] ダ イ ア ログ ボ ッ ク ス : [depth] オプ シ ョ ン
上記の例では、 引数お よ びポー ト d_i の (FIFO イ ン タ ーフ ェ イ ス の) 深 さ が 4 に設定 さ れてお り 、 cosim_design で RTL
を正 し く 検証す る のに十分な値が供給 さ れます。
シ ミ ュ レーシ ョ ンの不一致 と C モデ リ ング
ポー ト の最大深 さ が定義 さ れ、 cosim_design で関数か ら 作成 さ れた RTL を検証で き る よ う にな っ た ら 、 次の問題はシ
ミ ュ レーシ ョ ンの不一致です。
RTL 入力 イ ン タ ーフ ェ イ ス では、 テ ス ト ベンチの よ う に、 各 ト ラ ンザ ク シ ョ ンで同 じ 値が 4 回供給 さ れ る わけではあ
り ません。 RT レベルでは、 デザ イ ンが最終的に接続 さ れ る RTL 送信ブ ロ ッ ク をモデ リ ン グする ラ ッ パーに よ り 、 ハ
ン ド シ ェ イ ク イ ン タ ーフ ェ イ ス で要求 さ れ る たびに新 し い値が供給 さ れます。 こ の例では、 最初の ト ラ ンザ ク シ ョ ン
で 4 つの値が供給 さ れ ます。 テ ス ト ベンチで供給 さ れ る 0 と 、 テ ス ト ベンチで RTL ラ ッ パーに供給 さ れ る のは 1 つ
の値のみであ る ため、 未定義の値 x、 y、 お よ び z です。
C と RTL の間でシ ミ ュ レーシ ョ ンが一致 し ません。
注記 : 問題は、 C コ ー ド お よ びテ ス ト ベンチで複数の読み出 し ま たは書き 込みが必要な状況を正 し く モデ リ ン グで き
ない こ と です。
こ の例の冒頭で、 テ ス ト ベンチか ら の同 じ 値を 4 回読み出 し て関数を検証 し ま し た。 こ れは、 RT レベルではデー タ
はア ッ プデー ト さ れ る が何 と か う ま く い く と い う 想定の下に実行 さ れま し たが、 それは間違いです。
こ の例は非現実的な も のではな く 、 C 関数をハー ド ウ ェ アに合成す る 場合に よ く 見 ら れます。 コ ー ド を記述 し て合成
し て も 、 意図 し た動作が得 ら れず、 RTL のデバ ッ グに時間を費やす結果にな る こ と が多々あ り ます。
注記 : C コ ー ド を合成す る 前に、 必ず C シ ミ ュ レーシ ョ ンで検証 し て く だ さ い。
こ の コ ーデ ィ ン グ ス タ イ ルの制限は、 コ ー ド を記述 し なおす こ と で克服で き ます。
次の例は、 テ ス ト ベンチか ら 4 つの異な る 値が読み出 さ れ る よ う にア ッ プデー ト し た コ ー ド です。 こ れは、 テ ス ト ベ
ンチで明示的に定義 さ れてい る 値にア ク セ ス す る よ う にす る こ と に よ り 達成 し てい ま す。 ポ イ ン タ ーのア ク セ ス は
シーケ ン シ ャ ルで ロ ケーシ ョ ン 0 か ら 開始す る ので、 合成では ス ト リ ー ミ ン グ イ ン タ ーフ ェ イ ス が使用 さ れます。
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C の検証 と コ ーデ ィ ング ス タ イル
#include "foo.h"
void foo ( volatile int *d_o,
static int acc = 0;
int cnt;
volatile int *d_i) {
acc += *d_i;
acc += *(d_i+1);
*d_o = acc;
acc += *(d_i+2);
acc += *(d_i+3);
*(d_o+1) = acc;
}
関数が各 ト ラ ンザ ク シ ョ ンで 4 つの固有の値を読み出す こ と を モデ リ ン グす る よ う に、 テ ス ト ベンチがア ッ プデー ト
さ れます。
注記 : こ のテ ス ト ベンチは、 わか り やす く 短 く す る ため、1 つの ト ラ ンザ ク シ ョ ンのみを モデ リ ン グ し 、 セルフチ ェ ッ
ク コ ー ド は省かれてい ます。
#include "foo.h"
int main () {
int d_o[4], d_i[4];
int i;
for (i=0;i<4;i++) {
d_i[i]=i;
}
foo(d_o,d_i);
printf("Di Do\n");
for (i=0;i<4;i++) {
if (i<2)
printf("%d %d\n", d_i[i], d_o[i]);
else
printf("%d\n", d_i[i]);
}
return 0;
}
こ のテ ス ト ベンチに よ り 、 次の よ う な結果が得 ら れ ます。 1 つの ト ラ ンザ ク シ ョ ンか ら 2 つの出力が生成 さ れ、 1 つ
目の出力は最初の 2 つの入力読み出 し を加算 し た も の、 2 つ目の出力は次の 2 つの入力読み出 し と 最初の出力を加算
し た も のにな り ます。
Di Do
0 1
1 6
2
3
こ のデザ イ ン を 合成 し 、 ポ ー ト イ ン タ ー フ ェ イ ス の ポ ー ト d_i の 深 さ を 4、 ポ ー ト d_o の深 さ を 2 に設定 し て
cosim_design で RTL を検証で き ますが、
こ の ア ッ プデー ト さ れた例には制限が あ り ま す。 関数が呼び出 さ れ る たびに外部ア レ イ の位置 0 (テ ス ト ベン チの
d_i[0]) か ら デー タ の読み出 し が開始 し ます。 こ の関数では、 関数が呼び出 さ れた と き にすべてのデー タ が準備 さ れて
い る 必要があ り ます。
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イ ン タ ー フ ェ イ スの管理
こ の例では、 ス ト リ ー ミ ン グ デー タ の記述 (ハー ド ウ ェ ア デザ イ ンのパフ ォーマ ン ス では必須な こ と がほ と ん ど) が
C を使用す る 場合は重要であ る こ と を示 し てい ます。 Vivado HLS に よ り 提供 さ れてい る hls::stream<> ク ラ ス を使用す
る と 、 ス ト リ ー ミ ン グ デー タ お よ びス ト リ ー ミ ン グ デー タ を使用する アプ リ ケーシ ョ ン を よ り 簡単に C で記述で き
る よ う に し ます。
hls::stream<> ク ラ スは、ハー ド ウ ェ ア デザ イ ン (ビデオお よ び通信) で使用 さ れ る 典型的な アルゴ リ ズ ム を記述す る の
に便利です。 こ れ ら については、 「ス ト リ ー ミ ン グ デー タ を使用 し た設計」 セ ク シ ョ ン を参照 し て く だ さ い。
イ ン タ ー フ ェ イ スの管理
C ベース デザ イ ン では、 すべての入力お よ び出力操作が、 0 時間で、 正式な関数引数に よ り 実行 さ れます。 RTL デザ
イ ンでは、 同 じ 入力お よ び出力操作をデザ イ ン イ ン タ ーフ ェ イ ス のポー ト で実行 し 、 特定の I/O (入出力) プ ロ ト コ ル
を使用 し て実行す る 必要があ り ます。
Vivado HLS では、 使用す る I/O プ ロ ト コ ルを指定する のに 2 つの方法がサポー ト さ れます。
•
イ ン タ ーフ ェ イ ス合成 : 効率的で安全な標準 イ ン タ ーフ ェ イ ス に基づいてポー ト イ ン タ ーフ ェ イ ス が作成 さ れ
ます。
•
手動 イ ン タ ーフ ェ イ ス指定 : イ ン タ ーフ ェ イ ス の動作を入力 ソ ース コ ー ド で明示的に指定 し ます。 こ れに よ り 、
任意の I/O プ ロ ト コ ルが使用で き る よ う にな り ます。
°
SystemC デザ イ ンでは、 I/O 制御信号が イ ン タ ーフ ェ イ ス宣言で指定 さ れ、 その動作が コ ー ド で指定 さ れ る
ので、 こ の方法を使用す る のが一般的です。
°
Vivado HLS では、 こ の イ ン タ ーフ ェ イ ス指定方法を C お よ び C++ デザ イ ン で も サポー ト し てい ます。 こ れ
については、 こ の章の後半で説明 し ます。
イ ン タ ー フ ェ イ ス合成
C プ ロ グ ラ ム を RTL デザ イ ンに合成す る と 、 C 引数は RTL デー タ ポー ト に合成 さ れます。 イ ン タ ーフ ェ イ ス合成で
は、 イ ン タ ーフ ェ イ ス プ ロ ト コ ルを RTL デー タ ポー ト に自動的に追加で き ます。 イ ン タ ーフ ェ イ ス プ ロ ト コ ルは、
出力の準備がで き た こ と を示す出力 Valid 信号な ど の単純な も のか ら 、 ブ ロ ッ ク RAM に対 し て読み出 し ま たは書 き
込みを実行す る ために必要なすべてのポー ト を含め る こ と がで き ます。
イ ン タ ーフ ェ イ ス合成で作成可能な イ ン タ ーフ ェ イ ス の タ イ プは、 C 引数に よ っ て異な り ます。 た と えば、 イ ン タ ー
フ ェ イ ス合成で出力 Valid 信号を作成す る 場合、 値渡 し ス カ ラ ーは入力に し かで き ないので、 C 引数はポ イ ン タ ーま
たは C++ 参照にす る 必要があ り ます。 図 1-36 に、 各 C 関数引数でサポー ト さ れ る イ ン タ ーフ ェ イ ス の タ イ プ を示 し
ます。
通常 SystemC デザ イ ンでは イ ン タ ーフ ェ イ ス合成はサポー ト さ れません。
SystemC デザ イ ンでは、 I/O プ ロ ト コ ル信号は イ ン タ ーフ ェ イ ス宣言で宣言 さ れ、 その動作が コ ー ド で完全に指定 さ
れます。
ただ し 、 「SystemC の イ ン タ ーフ ェ イ ス合成」 に説明する メ モ リ イ ン タ ーフ ェ イ ス では例外です。
ポー ト に イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プ を指定 し ない場合、 デフ ォ ル ト の イ ン タ ーフ ェ イ ス で イ ンプ リ メ ン ト さ れます
(図 1-36)。 サポー ト さ れない イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プ を指定 し た場合、 Vivado HLS で警告 メ ッ セージが表示 さ れ、 デ
フ ォ ル ト イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プが使用 さ れます (図 1-36)。
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イ ン タ ー フ ェ イ スの管理
X-Ref Target - Figure 1-36
図 1‐36 : デー タ 型 と イ ン タ ー フ ェ イ ス合成のサポー ト
図 1-36 の情報について、 説明 し ます。
1.
入力お よ び出力の概念は、 C 関数 と RTL ブ ロ ッ ク では若干異な り ます。 イ ン タ ーフ ェ イ ス合成を説明す る ため、
こ こ では次の規則が使用 さ れます。
•
RTL 入力ポー ト の よ う に、 読み出 し が実行 さ れ る が書き 込みは実行 さ れない関数引数は、 入力 (I) と 示 し ます。
•
RTL 入出力ポー ト の よ う に、 読み出 し と 書き 込みの両方が実行 さ れ る 関数引数は、 入出力 (I/O) と 示 し ます。
•
RTL 出力ポー ト の よ う に、 書 き 込みが実行 さ れ る が読み出 し は実行 さ れない関数引数は、 出力 (O) と 示 し ます。
2.
標準の値渡 し 引数は、 呼び出 し 関数に値を出力で き ません。 こ の よ う な引数の値は、 関数の return 文で返す (ま
たは関数か ら 出力す る ) こ と のみが可能です。
•
RTL 出力ポー ト の よ う に、 書 き 込みが実行 さ れ る が読み出 し は実行 さ れない値渡 し 関数引数は、 フ ァ ン ア ウ ト の
ない RTL 入力ポー ト に合成 さ れます。
•
RTL 入出力ポー ト の よ う に、 書 き 込み と 読み出 し の両方が実行 さ れ る 値渡 し 関数引数は、 RTL 入力ポー ト のみに
合成 さ れます。
3.
イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プap_ovld は、 出力ポー ト のみに使用可能です。
4.
イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プ ap_ctrl_none お よ び ap_ctrl_hs は、 関数レベルの イ ン タ ーフ ェ イ ス プ ロ ト コ ルの合成を
制御す る ために使用 し ます。 こ れ ら の イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プは、 関数自体に指定 し ます。 ほかの イ ン タ ーフ ェ
イ ス タ イ プは、 関数引数に指定 し ます。
イ ン ターフ ェ イス タ イプ
イ ン タ ー フ ェ イ ス合成の制御
イ ン タ ーフ ェ イ ス合成は、 INTERFACE 指示子を使用する か、 コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン設定を使用 し て制御 し ます。
コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン設定を使用す る と 、 次を実行で き ます。
•
RTL デザ イ ンにグ ロ ーバル ク ロ ッ ク イ ネーブルを追加 し ます。
•
すべてのグ ロ ーバル変数に RTL ポー ト を作成 し ます。
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イ ン タ ー フ ェ イ スの管理
•
デザ イ ンで使用 さ れない struct のエ レ メ ン ト に よ っ て作成 さ れた よ う な、 絡ま っ たポー ト を削除 し ます。
コ ン フ ィ ギ ュ レ ーシ ョ ン を 設定す る には、 GUI で [Solution] → [Solution Settings] を ク リ ッ ク し 、 左側のボ ッ ク ス で
[General] を選択 し て [Add] を ク リ ッ ク し 、 [Command] ド ロ ッ プダ ウ ン リ ス ト か ら [config_interface] を選択 し ます
(図 1-37)。
X-Ref Target - Figure 1-37
図 1‐37 : コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンの設定
[clock_enable] をオンにする と 、 RTL デザ イ ンにグ ロ ーバル ク ロ ッ ク イ ネーブル (CE) が追加 さ れます。 こ れに よ り 最
上位ポー ト に ap_ce ポー ト が追加 さ れます。 ap_ce が Low の場合、 デザ イ ン内のすべての レ ジ ス タ で ク ロ ッ ク がオ フ
にな り ます。
ど の C 関数で も グ ロ ーバル変数を使用で き ま す。 グ ロ ーバル変数は、 関数外で定義 さ れ ま す。 デフ ォ ル ト では、 グ
ロ ーバル変数に よ り RTL ポー ト は作成 さ れません。 Vivado HLS では、 グ ロ ーバル変数は最終デザ イ ン内にあ る と 想
定 さ れます。 [expose_global] をオンにする と 、 グ ロ ーバル変数が関数/デザ イ ン外に イ ンプ リ メ ン ト さ れ、 RTL ポー ト
が作成 さ れます。
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グ ロ ーバル変数の合成に関す る 詳細は、 「任意精度デー タ 型」 セ ク シ ョ ンで説明 さ れてい ます。
ポー ト イ ン タ ー フ ェ イ スの指定
イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プは、 個々のポー ト に設定で き ます。 GUI の [Directive] タ ブでポー ト を右 ク リ ッ ク し て [Insert
Directive] を ク リ ッ ク し て、 [Vivado HLS Directive Editor] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス を開き ます (図 1-38)。
X-Ref Target - Figure 1-38
図 1‐38 : ポー ト イ ン タ ー フ ェ イ スの指定
イ ン タ ーフ ェ イ ス は Tcl コ マ ン ド フ ァ イ ルで も 指定で き ます。 次の例では、 図 1-38 と 同様に関数 foo の x ポー ト を
ap_hs に設定 し てい ます。
set_directive_interface -mode ap_hs fir x
サポー ト さ れていないポー ト イ ン タ ーフ ェ イ ス を選択 し た場合、 メ ッ セージが表示 さ れ、 図 1-36 に示すデフ ォ ル ト
のポー ト タ イ プが イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
ポー ト オプ シ ョ ンの指定
INTERFACE 指示子には 2 つのオプシ ョ ンがあ り ます。 ポー ト に レ ジ ス タ を付け る か付けないか を指定する オプシ ョ
ン と 、 ポー ト か ら 読み出す値ま たはポー ト に書 き 込む値の数を指定す る オプシ ョ ンです。
デフ ォ ル ト では、 ポー ト に レ ジ ス タ は付け ら れません。 デー タ が必要な と き に入力ポー ト が読み出 さ れ、 レ ジ ス タ に
よ る エ リ アの増加が回避 さ れます。 レ ジ ス タ を付け る オプシ ョ ン を選択する と 、 操作の最初のサ イ ク ルの値渡 し 読み
出 し すべてに レ ジ ス タ が付け ら れます。 ポ イ ン タ ー読み出 し では読み出 し に レ ジ ス タ が付け ら れますが、 デー タ が必
要なサ イ ク ル よ り 1 サ イ ク ル早 く 読み出 し が実行 さ れます。 出力ポー ト では、 レ ジ ス タ を付け る オプシ ョ ン を選択す
る と 、 出力に必ずレ ジ ス タ が付 き ます。 メ モ リ 、 FIFO、 お よ びバ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス では、 レ ジ ス タ オプシ ョ ン を
設定 し て も 変化はあ り ません。
1 つの ト ラ ンザ ク シ ョ ンでポ イ ン タ に対 し て読み出 し ま たは書き 込みが複数回実行 さ れ る 場合は、 [depth] オプシ ョ ン
を使用 し て読み出 し ま たは書 き 込みの値の最大数を指定す る 必要があ り ま す。 こ のオプシ ョ ン を正 し く 指定 し ない
と 、 cosim_design 機能を使用 し て RTL を検証 し た と き に検証エ ラ ーが発生する こ と があ り ます。
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AXI4‐Master、 AXI4‐Slave、 および AXI4‐Lite イ ン タ ー フ ェ イ スの指定
Vivado HLS では 「 イ ン タ ーフ ェ イ ス合成」 セ ク シ ョ ンで説明 さ れ る 標準 イ ン タ ーフ ェ イ ス だけでな く 、バ ス イ ン タ ー
フ ェ イ ス を RTL デザ イ ンに追加す る こ と も で き ます。
AXI4-Master、 AXI4-Slave、 AXI4-Lite ポー ト と イ ン タ ーフ ェ イ ス合成 (ap_none、 ap_hs な ど) で作成 さ れた RTL ポー ト
の主な違いは、 バ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス が [Export RTL] プ ロ セ ス中にデザ イ ン に追加 さ れ る 点です。 RTL エ ク ス ポー
ト プ ロ セ ス の詳細は、 「RTL デザ イ ンのエ ク ス ポー ト 」 セ ク シ ョ ン を参照 し て く だ さ い。
バ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス には、 次の よ う に処理 さ れます。
•
バ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス は合成レ ポー ト にはレ ポー ト さ れません。
•
バ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス は、 合成後に記述 さ れた RTL には含まれません。
次のバ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス を使用で き ます。
•
AXI4-Lite Slave
•
AXI4 Master
図 1-39 は、 Vivado HLS で作成 さ れ る RTL イ ン タ ーフ ェ イ ス ポー ト と それ ら に接続で き る バ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス を
リ ス ト し てい ます。
X-Ref Target - Figure 1-39
図 1‐39 : バス イ ン タ ー フ ェ イ ス
た と えば、 RTL ポー ト プ ロ ト コ ルの タ イ プが ap_fifo の場合、 こ れは AXI4-Stream に接続で き ますが、 RTL ポー ト
の タ イ プが ap_ovld ま たは ap_memory の場合は、 ど のバ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス に も 接続で き ません。
•
ap_memory イ ン タ ーフ ェ イ ス には、 イ ン タ ーフ ェ イ ス は必要な く 、直接 EDK の メ モ リ (ブ ロ ッ ク RAM) に接続で
き ます。
•
ap_ovld イ ン タ ーフ ェ イ ス を使用 し たポー ト はすべてサポー ト さ れ る タ イ プの 1 つ (た と えば、 ap_hs) に変更 さ れ
る か、 イ ン タ ーフ ェ イ ス には接続で き ないかにな り ます。
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イ ン タ ー フ ェ イ スの管理
バス イ ン タ ー フ ェ イ スの追加
バ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス を既存の RTL イ ン タ ーフ ェ イ ス に追加す る には、 RESOURCE 指示子を使用 し て ポー ト に リ
ソ ー ス を指定 し ま す(同 じ プ ロ セ ス お よ び指示子で ど の メ モ リ リ ソ ース タ イ プ を ア レ イ ポー ト に接続す る か を指定
で き ます)。
RESOURCE 指示子は コ ア を指定 し ない と 使用で き ません。 表 1-5 は、 AXI4 イ ン タ ーフ ェ イ ス コ ア をすべて リ ス ト し
てい ます。
表 1‐5 : バス イ ン タ ー フ ェ イ ス
バス イ ン タ ー フ ェ イ ス
コア
説明
AXI4-Lite ス レーブ
AXI4LiteS
AXI4 ス レーブの イ ン タ ーフ ェ イ ス
AXI4 マ ス タ ー
AXI4M
AXI4 マ ス タ ーの イ ン タ ーフ ェ イ ス
バ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス を作成す る プ ロ セ ス は、 次の 2 つの手順で成 り 立っ てい ます。
•
RTL イ ン タ ーフ ェ イ ス の作成
•
バ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス リ ソ ース の指定
次は、 ポー ト の出力 (out) を AXI4 Master バ ス イ ン タ ーフ ェ イ スへ接続する 方法を示 し てい ます。
バ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス を作成す る には、まず必要なバ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス をサポー ト する RTL ポー ト を作成 し ます。
AXI4 Master バ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス が必要なので、 表 1-5 に示す よ う に、 RTL ポー ト は ap_bus プ ロ ト コ ルを使用 し
て イ ンプ リ メ ン ト す る 必要があ り ます。
図 1-40 では、 関数引数の out が選択 さ れ、 指示子が右 ク リ ッ ク で適用 さ れてい ます。 ド ロ ッ プダ ウ ン メ ニ ュ ーか ら
[INTERFACE] を選択 し 、 イ ン タ ーフ ェ イ ス モー ド は ap_bus と 指定 し ます。
X-Ref Target - Figure 1-40
図 1‐40 : [Vivado HLS Directive Editor] ダ イ ア ログ ボ ッ ク ス
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イ ン タ ー フ ェ イ スの管理
バス イ ン タ ー フ ェ イ スの選択
AXI4 Master バ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス (た と えば、 AXI4 Master バス イ ン タ ーフ ェ イ ス) を指定する には、 図 1-41 の よ う
に RESOURCE 指示子を使用 し て、 AXI4M リ ソ ース を ポー ト /引数 out へ追加 し ます。
RESOURCE 指示子に関連す る オプ シ ョ ン を 使用す る と 、 特定のバ ス イ ン タ ー フ ェ イ ス に複数ポー ト を 含め た り 、
AXI4 イ ン タ ーフ ェ イ ス のサ イ ド チ ャ ネルを使用 し た り で き ます。
X-Ref Target - Figure 1-41
図 1‐41 : バス イ ン タ ー フ ェ イ スの リ ソ ース指示子
SystemC バス イ ン タ ー フ ェ イ ス
SystemC デザ イ ン にはバ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス を追加で き ます。 こ れを実行す る プ ロ セ ス は、 C ま たは C++ デザ イ ン
への イ ン タ ーフ ェ イ ス を追加す る プ ロ セ ス と は少 し 異な り ま す。 バ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス を SystemC デザ イ ン に追加
す る 例は、 次に各 AXI4 イ ン タ ーフ ェ イ ス別 (Lite、 Stream、 Master) に示 し ます。
ま た、 AXI4 バ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス の SystemC デザ イ ンへ追加す る 際は、 指示子の追加方法 も C ま たは C++ デザ イ
ン と 異な り ます。
指示子をプ ラ グマ と し て ソ ース コ ー ド に追加する 場合、 指示子は SC_MODULE と 呼ばれ る 関数の中に追加す る 必要
があ り ます。 プ ラ グマ指示子は、 ポー ト が指定 さ れた SC_MODULE 宣言内には追加で き ません。 こ の例を次に示 し
ます。
GUI を使用 し て指示子を追加す る 場合 :
•
[Project] → [Project Settings] を ク リ ッ ク し 、 [Parse All Header Files] を オンに し ます。
•
C ソ ース コ ー ド と [Directives] タ ブを開 き ます。 関数 と その関数への指示子を選択 し ます。
•
ま たは、 C ソ ース コ ー ド か ら 、 Ctrl キーを押 し なが ら SystemC ヘ ッ ダー フ ァ イ ルを選択 し ます。 ポー ト が
[Directives] タ ブに表示 さ れ る よ う にな り ます。
AXI4‐Lite ス レーブ イ ン タ ー フ ェ イ ス
AXI4 の ス レーブ イ ン タ ーフ ェ イ ス は、デザ イ ン を CPU やマ イ ク ロ プ ロ セ ッ サーな ど の フ ォーム で制御で き る よ う に
す る ために使用 さ れ、
•
複数の RTL ポー ト を同 じ バ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス に ま と め る こ と がで き ます。
•
デザ イ ンが IP カ タ ロ グ ま たは EDK 環境用の PCore と し てエ ク ス ポー ト さ れ る と 、 出力には C 関数 と ヘ ッ ダー
フ ァ イ ルが含ま れ、 プ ロ セ ッ サで実行 さ れ る コ ー ド で使用 さ れます。
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イ ン タ ー フ ェ イ スの管理
次の例は、複数の RTL ポー ト が共通の AXI4 ス レーブ イ ン タ ーフ ェ イ ス に ま と め ら る と こ ろ を示 し てい ます。 複数の
RTL ポー ト が 1 つのバ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス を介 し て ア ク セ ス さ れ る よ う にな り ます。 コ ー ド 例の後には、作成 さ れた
C フ ァ イ ルを確認 し ます。
int foo_top (int *a, int *b, int *c, int *d) {
// Define the RTL interfaces
#pragma HLS interface ap_hs port=a
#pragma HLS interface ap_none port=b
#pragma HLS interface ap_vld port=c
#pragma HLS interface ap_ack port=d
#pragma HLS interface ap_ctrl_chain port=return register
// Define the pcore interfaces and group into AXI4 slave “slv0”
#pragma HLS resource core=AXI4LiteS metadata="-bus_bundle slv0" variable=a
#pragma HLS resource core=AXI4LiteS metadata="-bus_bundle slv0" variable=b
// Define the pcore interfaces and group into AXI4 slave “slv1”
#pragma HLS resource core=AXI4LiteS metadata="-bus_bundle slv1" variable=return
#pragma HLS resource core=AXI4LiteS metadata="-bus_bundle slv1" variable=c
#pragma HLS resource core=AXI4LiteS metadata="-bus_bundle slv1" variable=d
*a += *b;
return (*c + *d);
}
上記の例でポー ト a お よ び b は共通の AXI4-Lite ス レーブ イ ン タ ーフ ェ イ ス に ま と め ら れてい ます (図 1-42)。
ブ ロ ッ ク レベルの I/O プ ロ ト コ ルは、 ap_ctrl_hs イ ン タ ーフ ェ イ ス モー ド を return 関数に適用す る と 設定 さ れ
ます。 こ れは、 デフ ォ ル ト ですが、 こ の例では明示的に指定 し てい ます。 return ポー ト にポー ト c と d を ま と め る
こ と で、 すべてのブ ロ ッ ク レベルの I/O プ ロ ト コ ル信号 (ap_start、 ap_done) が AXI4-Lite ス レーブ イ ン タ ー
フ ェ イ ス の slv1 に割 り 当て ら れます。
RESOURCE 指示子が GUI を使用 し て適用 さ れ る 場合は、そのグループ を作成す る ために使用 さ れたバ ス バン ド ル ス
ト リ ン グ全体 (例 : "-bus_bundle slv1") を metadata オプシ ョ ン ボ ッ ク ス に入力する 必要があ り ます。 slv1 の よ う に同 じ
bus_bundle 名を使用 し 、 各 RTL ポー ト が ま と め ら れ る よ う に し ます。
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イ ン タ ー フ ェ イ スの管理
X-Ref Target - Figure 1-42
図 1‐42 : RTL ポー ト がま と め られた AXI4 Lite ス レーブ イ ン タ ー フ ェ イ ス
デザ イ ンがエ ク ス ポー ト さ れ る と 、 RTL デザ イ ンに加えて次の C フ ァ イ ルが出力 さ れます。 「RTL デザ イ ンのエ ク ス
ポー ト 」 セ ク シ ョ ン を参照 し て く だ さ い (表示 さ れ る フ ァ イ ルお よ びフ ァ イ ル名は こ の例用です)。
•
xfoo_top_hw.h
•
xfoo_top_linux.c
•
xfoo_top_sinit.c
•
xfoo_top.h
•
xfoo_top.c
xfoo_top_hw.h フ ァ イ ルには、 slv0 お よ び slv1 イ ン タ ーフ ェ イ ス に ま と め ら れた RTL ポー ト の メ モ リ マ ッ プ ロ ケー
シ ョ ンが含まれます。 こ の フ ァ イ ルの コ メ ン ト には、RTL ポー ト デー タ と 制御信号がど の よ う に AXI4 バ ス イ ン タ ー
フ ェ イ ス にマ ッ プ さ れたかが示 さ れてい ます。 アダプ タ ー slv0 の場合 :
•
ポー ト a は読み出 し /書 き 込み信号なので、 別々の入力お よ び出力ポー ト と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
•
ポー ト a には、 Valid 信号 と ACK (acknowledge) 信号が接続 さ れます。
•
ポー ト b は ap_none タ イ プで、 接続 さ れ る 制御信号はあ り ません。
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//
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//
0x00
0x04
0x08
0x0c
0x10
: reserved
: reserved
: reserved
: reserved
:Control signal of a_i
bit 0 - a_i_ap_vld (Read/Write/COH)
bit 1 - a_i_ap_ack (Read)
others - reserved
0x14 :Data signal of a_i
bit 31~0 - a_i[31:0] (Read/Write)
0x18 :Control signal of a_o
bit 0 - a_o_ap_vld (Read)
bit 1 - a_o_ap_ack (Read/Write/COH)
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イ ン タ ー フ ェ イ スの管理
//
others - reserved
// 0x1c :Data signal of a_o
//
bit 31~0 - a_o[31:0] (Read)
// 0x20 : reserved
// 0x24 :Data signal of b
//
bit 31~0 - b[31:0] (Read/Write)
// (SC = Self Clear, COR = Clear on Read, TOW = Toggle on Write, COH = Clear on
Handshake)
#define
#define
#define
#define
#define
#define
#define
#define
XFOO_TOP_SLV0_ADDR_A_I_CTRL
XFOO_TOP_SLV0_ADDR_A_I_DATA
XFOO_TOP_SLV0_BITS_A_I_DATA
XFOO_TOP_SLV0_ADDR_A_O_CTRL
XFOO_TOP_SLV0_ADDR_A_O_DATA
XFOO_TOP_SLV0_BITS_A_O_DATA
XFOO_TOP_SLV0_ADDR_B_DATA
XFOO_TOP_SLV0_BITS_B_DATA
0x10
0x14
32
0x18
0x1c
32
0x24
32
xfoo_top_hw.h に も slv1 イ ン タ ーフ ェ イ ス用に同 じ よ う な情報が含ま れ ます。 slv1 イ ン タ ーフ ェ イ ス にはブ ロ ッ ク レ
ベルの IO プ ロ ト コ ル信号 (return 関数に関連) が含ま れ る ので、 ブ ロ ッ ク 割 り 込みの設定お よ び制御の機能 も 含ま れ
ます。
ブ ロ ッ ク 開始のサポー ト だけでな く 、 ブ ロ ッ ク 制御レ ジ ス タ で も auto-start の繰 り 返 し がサポー ト さ れ ます。 ap_start
信号の制御レ ジ ス タ を ロ ジ ッ ク 1 に設定す る と 、 1 ト ラ ンザ ク シ ョ ン間ブ ロ ッ ク を実行 さ せ る こ と はで き ますが、 次
の ト ラ ンザ ク シ ョ ン を開始 さ せ る には、 ap_ready が High にな っ た後、 ロ ジ ッ ク 1 に再び設定する 必要があ り ます。 ま
た、 削除 さ れ る ま で ap_start 信号が logic 1 に設定 さ れ る よ う に auto_restart レ ジ ス タ を設定で き ます。
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//
//
0x00 :Control signals
bit 0 - ap_start (Read/Write/COH)
bit 1 - ap_done (Read/COR)
bit 2 - ap_idle (Read)
bit 3 - ap_ready (Read)
bit 7 - auto_restart (Read/Write)
others - reserved
0x04 :Global Interrupt Enable Register
bit 0 - Global Interrupt Enable (Read/Write)
others - reserved
0x08 :IP Interrupt Enable Register (Read/Write)
bit 0 - Channel 0 (ap_done)
bit 1 - Channel 1 (ap_ready)
others - reserved
0x0c :IP Interrupt Status Register (Read/TOW)
bit 0 - Channel 0 (ap_done)
bit 1 - Channel 1 (ap_ready)
others - reserved
0x10 :Control signal of c
bit 0 - c_ap_vld (Read/Write/SC)
others - reserved
0x14 :Data signal of c
bit 31~0 - c[31:0] (Read/Write)
0x18 :Control signal of d
bit 1 - d_ap_ack (Read/COR)
others - reserved
0x1c :Data signal of d
bit 31~0 - d[31:0] (Read/Write)
0x20 :Data signal of ap_return
bit 31~0 - ap_return[31:0] (Read)
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// (SC = Self Clear, COR = Clear on Read, TOW = Toggle on Write, COH = Clear on
Handshake)
#define
#define
#define
#define
#define
#define
#define
#define
#define
#define
#define
#define
XFOO_TOP_SLV1_ADDR_AP_CTRL
XFOO_TOP_SLV1_ADDR_GIE
XFOO_TOP_SLV1_ADDR_IER
XFOO_TOP_SLV1_ADDR_ISR
XFOO_TOP_SLV1_ADDR_C_CTRL
XFOO_TOP_SLV1_ADDR_C_DATA
XFOO_TOP_SLV1_BITS_C_DATA
XFOO_TOP_SLV1_ADDR_D_CTRL
XFOO_TOP_SLV1_ADDR_D_DATA
XFOO_TOP_SLV1_BITS_D_DATA
XFOO_TOP_SLV1_ADDR_AP_RETURN
XFOO_TOP_SLV1_BITS_AP_RETURN
0x00
0x04
0x08
0x0c
0x10
0x14
32
0x18
0x1c
32
0x20
32
xfoo_top_hw.h フ ァ イ ルの各レ ジ ス タ /ア ド レ ス には、 それにア ク セ スする ために関連する C 関数が含まれます。 こ れ
ら の関数に よ り 、 残 り の C ド ラ イ バー フ ァ イ ル (xfoo_top.c、 xfoo_sinit.c、 xfoo_linux.c、 xfoo_top.h.)
が提供 さ れます。
こ れ ら の フ ァ イ ルは、 ス タ ン ド ア ロ ン環境 と Linux 環境の両方を サポー ト す る ために提供 さ れてい ま す。 ヘ ッ ダー
フ ァ イ ルでは Linux 環境の場合それが検出 さ れ、 すべての フ ァ イ ルが ソ フ ト ウ ェ ア プ ロ ジ ェ ク ト に追加 さ れ、 正 し い
関数が使用 さ れ る よ う にな り ます。
次を参照 し て く だ さ い。
•
ス タ ン ド ア ロ ン シ ス テ ムの場合、 xfoo_top.c、 xfoo_sinit.c、 お よ び xfoo_top.h フ ァ イ ルが使用 さ れま
す。
•
Linux OS の場合、 xfoo_top.c、 xfoo_linux.c、 お よ び xfoo_top.h フ ァ イ ルが使用 さ れます。
ど ち ら の場合 も 関数は、 次に示すヘ ッ ダー フ ァ イ ルの xfoo_top.h で定義 さ れます。
int XFoo_top_Initialize(XFoo_top *InstancePtr, XFoo_top_Config *ConfigPtr);
void XFoo_top_Start(XFoo_top *InstancePtr);
u32 XFoo_top_IsDone(XFoo_top *InstancePtr);
u32 XFoo_top_IsIdle(XFoo_top *InstancePtr);
u32 XFoo_top_IsReady(XFoo_top *InstancePtr);
void XFoo_top_Continue(XFoo_top *InstancePtr);
u32 XFoo_top_GetReturn(XFoo_top *InstancePtr);
void XFoo_top_EnableAutoRestart(XFoo_top *InstancePtr);
void XFoo_top_DisableAutoRestart(XFoo_top *InstancePtr);
void XFoo_top_SetC(XFoo_top *InstancePtr, u32 Data);
u32 XFoo_top_GetC(XFoo_top *InstancePtr);
void XFoo_top_SetCVld(XFoo_top *InstancePtr);
u32 XFoo_top_GetCVld(XFoo_top *InstancePtr);
void XFoo_top_SetD(XFoo_top *InstancePtr, u32 Data);
u32 XFoo_top_GetD(XFoo_top *InstancePtr);
u32 XFoo_top_GetDAck(XFoo_top *InstancePtr);
void XFoo_top_SetA_i(XFoo_top *InstancePtr, u32 Data);
u32 XFoo_top_GetA_i(XFoo_top *InstancePtr);
void XFoo_top_SetA_iVld(XFoo_top *InstancePtr);
u32 XFoo_top_GetA_iVld(XFoo_top *InstancePtr);
u32 XFoo_top_GetA_iAck(XFoo_top *InstancePtr);
u32 XFoo_top_GetA_o(XFoo_top *InstancePtr);
u32 XFoo_top_GetA_oVld(XFoo_top *InstancePtr);
void XFoo_top_SetA_oAck(XFoo_top *InstancePtr);
u32 XFoo_top_GetA_oAck(XFoo_top *InstancePtr);
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void XFoo_top_SetB(XFoo_top *InstancePtr, u32 Data);
u32 XFoo_top_GetB(XFoo_top *InstancePtr);
void XFoo_top_InterruptGlobalEnable(XFoo_top *InstancePtr);
void XFoo_top_InterruptGlobalDisable(XFoo_top *InstancePtr);
void XFoo_top_InterruptEnable(XFoo_top *InstancePtr, u32 Mask);
void XFoo_top_InterruptDisable(XFoo_top *InstancePtr, u32 Mask);
void XFoo_top_InterruptClear(XFoo_top *InstancePtr, u32 Mask);
u32 XFoo_top_InterruptGetEnabled(XFoo_top *InstancePtr);
u32 XFoo_top_InterruptGetStatus(XFoo_top *InstancePtr);
こ れ ら の関数名はデザ イ ン名お よ びデザ イ ンのポー ト タ イ プに よ っ て異な り ます。
た と えば、 ブ ロ ッ ク は まずプ ロ グ ラ ム スペース に イ ン ス タ ン シエーシ ョ ン さ れます。 次に割 り 込みが設定 さ れます。
ブ ロ ッ ク が開始 さ れ る と 、 ポー ト 値がア ク セ ス さ れ、 最後に結果が読み出 さ れます。
まず、 こ の関数を使用 し てプ ロ グ ラ ム スペース に XFoo_Top の イ ン ス タ ン ス を イ ン ス タ ン シエー ト し ます。
int XFoo_top_Initialize(XFoo_top *InstancePtr, XFoo_top_Config *ConfigPtr);
割 り 込みが使用 さ れ る 場合は、 まずそれ ら をプ ロ セ ッ サで イ ネーブルにする 必要があ り ます。 こ の タ ス ク の実行方法
については、 プ ロ セ ッ サの資料を参照 し て く だ さ い。 割 り 込みがプ ロ セ ッ サで イ ネーブルにな っ ていない と 、 こ こ で
示す割 り 込み関数は動作 し ません。
後に示す よ う に、 割 り 込みサービ ス ルーチン を使用す る のではな く 、 デバ イ ス を ポー リ ン グする こ と も 可能です。 た
だ し 、 次の関数では、 割 り 込みサービ ス ルーチン を使用 し てい ます。 AXI-Lite ス レーブ イ ン タ ーフ ェ イ ス をサポー
ト す る 割 り 込みには、 次の 2 つがあ り ます。
•
1 つ目は、 ap_done 信号の ス テー タ ス で、 ロ ケーシ ョ ン 1 で使用で き ます。
•
2 つ目は、 タ ス ク レベルの割 り 込みで、 ロ ケーシ ョ ン 2 で使用で き ます。 タ ス ク レベルの割 り 込みでは、 新規 タ
ス ク がいつ開始で き る かが示 さ れ、 ポー ト の動作がパ イ プ ラ イ ン 処理で き る よ う に さ れ ま す。 新規 タ ス ク は
ap_done 信号/割 り 込みが最初の タ ス ク の終了を示す よ り も 前に開始で き ます。
こ れ ら の関数を こ の順序で使用す る と 、 次の割 り 込みサービ ス タ ス ク が C コ ー ド で実行で き る よ う にな り ます。
•
すべての割 り 込み ソ ース の ス テー タ ス を戻す
•
ど の割 り 込みが イ ネーブルか を表示
•
ク リ ア さ れ る 個々の割 り 込みを許容
u32 XFoo_top_InterruptGetEnabled(XFoo_top *InstancePtr);
u32 XFoo_top_InterruptGetStatus(XFoo_top *InstancePtr);
void XFoo_top_InterruptClear(XFoo_top *InstancePtr, u32 Mask);
次の タ ス ク は、 割 り 込みを イ ネーブルに し ます。 グ ロ ーバル割 り 込み関数を使用す る と 、 ハー ド ウ ェ ア ブ ロ ッ ク か ら
のすべての割 り 込みが イ ネーブルにな り ます。
void XFoo_top_InterruptGlobalEnable(XFoo_top *InstancePtr);
個々の割 り 込みは、 次の関数を使用す る と イ ネーブルにで き ま す。 マ ス ク 値 1 で ap_done 信号か ら の割 り 込みが、
マ ス ク 値 2 で タ ス ク レベルの割 り 込みが イ ネーブルにな り 、マ ス ク 値 3 で ど ち ら の タ イ プの割 り 込み も イ ネーブルに
な り ます。
void XFoo_top_InterruptEnable(XFoo_top *InstancePtr, u32 Mask);
こ の段階では、 ブ ロ ッ ク の開始前に、 入力ハン ド シ ェ イ ク を使用 し ないポー ト すべて (例 : ap_none ま たは ap_ack) が
コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン さ れてい る 必要があ り ます ( コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン さ れていない と 、 ブ ロ ッ ク の開始直後
に イ ン タ ーフ ェ イ ス レ ジ ス タ にデフ ォ ル ト 値が読み込まれます)。 こ の例では、 ポー ト b お よ び d に こ の よ う なプ ロ
ト コ ルが含まれます。 こ れ ら のポー ト に値を設定す る には、 次の関数を使用 し ます。
void XFoo_top_SetB(XFoo_top *InstancePtr, u32 Data);
void XFoo_top_SetD(XFoo_top *InstancePtr, u32 Data);
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必須ではあ り ませんが、 次の関数を使用す る と 、 ポー ト b お よ び d か ら デー タ を読み戻 し 、 正 し い値が書 き 込まれた
ど う か を検証で き ます。
u32 XFoo_top_GetB(XFoo_top *InstancePtr);
u32 XFoo_top_GetD(XFoo_top *InstancePtr);
ブ ロ ッ ク は開始関数を呼び出す と 開始で き ます (まずア イ ド リ ン グ信号の ス テー タ ス を確認 し 、 最後のプ ロ セ ス が本
当に終了 し たか ど う か を確認す る こ と をお勧め し ます)。
u32 XFoo_top_IsIdle(XFoo_top *InstancePtr);
void XFoo_top_Start(XFoo_top *InstancePtr);
ハン ド シ ェ イ ク を使用す る 入力ポー ト には、 ブ ロ ッ ク の開始前ま たは開始後に値を設定で き ます。 ブ ロ ッ ク が既に開
始 さ れたのに入力に有効な値がない場合、 有効なデー タ が入っ て く る ま でブ ロ ッ ク は停止 し ます。
こ れ ら の書 き 込みはハー ド ウ ェ ア プ ロ ト コ ル (デー タ 値を書 き 込んでか ら 有効ビ ッ ト を設定 し てデー タ が有効か ど う
か を指定) と 同 じ よ う に実行す る 必要があ り ます。 デー タ がブ ロ ッ ク で読み出 さ れ る と 、 ア ダプ タ ーの有効ビ ッ ト が
ク リ ア さ れます。
こ の例の場合、 ポー ト a (入力側) と c はブ ロ ッ ク の開始後に設定 さ れてい ます。 こ れ ら の値を設定す る には、 次の関
数を使用 し ます。
void XFoo_top_SetA_i(XFoo_top *InstancePtr, u32 Data);
void XFoo_top_SetA_iVld(XFoo_top *InstancePtr);
void XFoo_top_SetC(XFoo_top *InstancePtr, u32 Data);
void XFoo_top_SetCVld(XFoo_top *InstancePtr);
ポー ト a お よ び c の値は、 ポー ト b お よ び d と 同 じ よ う に、 次の関数を使用 し て読み戻す と 、 値が正 し いか ど う か を
確認で き ます。
u32 XFoo_top_GetA_i(XFoo_top *InstancePtr);
u32 XFoo_top_GetC(XFoo_top *InstancePtr);
ま た、 有効フ ラ グの ス テー タ ス を読み出す こ と がで き ます。 ブ ロ ッ ク が既に開始 さ れてい る 場合は、 有効フ ラ ッ グは
デー タ がハー ド ウ ェ アで読み出 さ れ る と すぐ に ク リ ア さ れます。
u32 XFoo_top_GetA_iVld(XFoo_top *InstancePtr);
u32 XFoo_top_GetCVld(XFoo_top *InstancePtr);
こ の例では、 ポー ト b お よ び d にその I/O プ ロ ト コ ルに関連する 出力 ACK (acknowledge) 信号が含まれます。 こ の出
力 ACK 信号の ス テー タ ス も 読み出す こ と がで き ます。 こ れが High の場合、 読み出 し デー タ はハー ド ウ ェ アで認識 さ
れてい ます。
次の関数は、 ACK ポー ト の ス テー タ ス を取得す る ために使用で き 、 こ れ ら の レ ジ ス タ が関数呼び出 し に よ っ て読み
込まれ る と 、 す ぐ に レ ジ ス タ ビ ッ ト が ク リ ア さ れ、 ハー ド ウ ェ アでのみ設定で き る よ う にな り ます。
u32 XFoo_top_GetA_iAck(XFoo_top *InstancePtr);
u32 XFoo_top_GetDAck(XFoo_top *InstancePtr);
こ の例では、 ブ ロ ッ ク がポー ト a (出力側) で実行 さ れてい る 間は、 リ タ ーン ポー ト (ap_return) だけがデー タ を戻す
ポー ト にな り ます。 次の関数では、 ポー ト a に有効な出力デー タ があ る か ど う か をチ ェ ッ ク で き ます。
u32 XFoo_top_GetA_oVld(XFoo_top *InstancePtr);
有効なデー タ が出力ポー ト にあ る と 、 それが読み出 さ れます。
u32 XFoo_top_GetA_o(XFoo_top *InstancePtr);
問題な く 読み出 し さ れれば、 次の関数を使用 し て読み出 し を認識 (acknowledge) さ せ る こ と がで き ます。 ハー ド ウ ェ
アは書 き 込み出力が認識 さ れ る ま で停止 さ れます。
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void XFoo_top_SetA_oAck(XFoo_top *InstancePtr);
ハー ド ウ ェ アが AXI4-Lite Slave イ ン タ ーフ ェ イ ス の ACK (acknowledge) レ ジ ス タ を読み出す と 、 その ACK レ ジ ス タ
は ク リ ア さ れます。 こ れは、 次の関数を使用す る と 確認で き ます。
u32 XFoo_top_GetA_oAck(XFoo_top *InstancePtr);
最後に、 その他すべてのポー ト が使用 さ れれば、 関数か ら の戻 り 値を読み出す こ と がで き ます。 割 り 込みが使用 さ れ
ない場合は、 終了 し たか ど う か をチ ェ ッ ク す る ためにデバ イ ス を ポー リ ン グで き ます。
u32 XFoo_top_IsDone(XFoo_top *InstancePtr);
ap_done 信号を ポー リ ン グす る に し て も 、 割 り 込みサービ ス ルーチン を使用する に し て も 、 次の関数を使用す る と 戻
り 値を読み出す こ と がで き ます。
u32 XFoo_top_GetReturn(XFoo_top *InstancePtr);
最後に、 割 り 込みが使用 さ れ る 場合は、 ブ ロ ッ ク の割 り 込みを個別ま たはグ ロ ーバルにデ ィ ス エーブルにで き ます。
void XFoo_top_InterruptDisable(XFoo_top *InstancePtr, u32 Mask);
void XFoo_top_InterruptGlobalDisable(XFoo_top *InstancePtr);
注記 : ap_ctrl_chain イ ン タ ーフ ェ イ ス プ ロ ト コ ルが こ の例の よ う に関数 と し て使用 さ れ る と 、 ap_continue 信
号が High にアサー ト さ れ る 場合、 割 り 込みを駆動す る ap_done 信号がア ク テ ィ ブな ま ま にな り ます。 こ の場合、 割
り 込みをデ ィ ス エーブルにす る には、 XFoo_top_Continue 関数を使用 し て ap_continue を アサー ト す る 必要が
あ り ます。
メ モ リ イ ン ターフ ェ イス
メ モ リ イ ン タ ーフ ェ イ ス は、 次の方法で AXI4-Lite Slave イ ン タ ーフ ェ イ ス に含め る こ と がで き ます
•
RESOUCE 指示子を使用 し て メ モ リ コ ア を指定
•
同 じ グループ名 (-bus_bundle オプシ ョ ン) を AXI4-Lite Slave イ ン タ ーフ ェ イ ス と し て使用
AXI4-Lite Slave イ ン タ ーフ ェ イ ス にグループ化 さ れ る 残 り のポー ト と 違い、 ア レ イ 引数は AXI4 コ ア を タ ーゲ ッ ト に
し ない よ う に し て く だ さ い。 ア レ イ は、 メ モ リ コ ア を明確に タ ーゲ ッ ト に指定する 必要があ り (デフ ォ ル ト を メ モ リ
コ アにはで き ないので)、こ の メ モ リ コ ア を AXI4-Lite Slave イ ン タ ーフ ェ イ ス にグループ化する には -bus_bundle オプ
シ ョ ン を使用 し ます。
こ の例の場合、 ブ ロ ッ ク 制御信号は メ モ リ ポー ト coeff と 同 じ AXI4-Lite Slave イ ン タ ーフ ェ イ ス にグループ分け さ れ
てい ます。
void fir (
data_t *y,
data_t x,
coeff_t coeff[N+1]
) {
// The following are the default interfaces for these ports: added here to be
explicit
#pragma HLS interface ap_ctrl_hs port=return
#pragma HLS interface ap_mem port=coeff
//
// Define the AXI4 interfaces and group into AXI4 slave COEFF_CONTROL
#pragma HLS RESOURCE core=AXI4LiteS metadata="-bus_bundle COEFF_CONTROL"
variable=return
#pragma HLS RESOURCE core=RAM_1P metadata="-bus_bundle COEFF_CONTROL" variable=c
...
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イ ン タ ー フ ェ イ スの管理
}
メ モ リ ポー ト が AXI4 Lite Slave イ ン タ ーフ ェ イ ス に追加 さ れ る と 、次の C 関数が追加で提供 さ れます。 こ の場合、関
数は fir を呼び出すので、 xfir.c フ ァ イ ルには CPU か ら メ モ リ イ ン タ ーフ ェ イ ス を管理す る ために、 次の関数が含ま
れ る よ う にな り ます。
u32
u32
u32
u32
u32
XFir_GetCBaseAddress(XFir *InstancePtr);
XFir_GetCHighAddress(XFir *InstancePtr);
XFir_GetCTotalBytes(XFir *InstancePtr);
XFir_GetCBitWidth(XFir *InstancePtr);
XFir_GetCDepth(XFir *InstancePtr);
SystemC AXI4‐Lite Slave イ ン タ ー フ ェ イ ス
AXI4-Lite Slave イ ン タ ーフ ェ イ ス は、 sc_in ま たは sc_out 型の SystemC ポー ト に追加で き ます。
AXI4-Lite イ ン タ ーフ ェ イ ス を SystemC デザ イ ン に適用す る には、 指定 し た AXI4-Lite リ ソ ース にポー ト を割 り 当て
る の と 同 じ 方法を使用で き ますが、 SystemC デザ イ ンの場合は、 前述の 「SystemC バ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス」 で説明 し
た よ う に、 デザ イ ン への指示子の適用方法に違いが あ り ま す (GUI を 使用 し た場合)。 ポー ト のプ ラ グ マ指示子は
SC_MODULE と い う デザ イ ン関数内にのみ適用で き ます。 こ れを示す最適な例は、 次の よ う にな り ます。
次は、 典型的な SystemC デザ イ ン の最上位です。 こ の場合、 典型的な例なので、 SC_MODULE と ポー ト はヘ ッ ダー
フ ァ イ ルで定義 さ れてい ます。
SC_MODULE(sc_sequ_cthread){
//Ports
sc_in <bool> clk;
sc_in <bool> reset;
sc_in <bool> start;
sc_in<sc_uint<16> > a;
sc_in<bool> en;
sc_out<sc_uint<16> > sum;
sc_out<bool> vld;
//Variables
sc_uint<16> acc;
//Process Declaration
void accum();
//Constructor
SC_CTOR(sc_sequ_cthread){
//Process Registration
SC_CTHREAD(accum,clk.pos());
reset_signal_is(reset,true);
}
};
RESOURCE 指示子は ソ ース フ ァ イ ルに直接追加で き ます。 指示子は、 SC_MODULE の ど の関数にで も 適用で き ます
が、 こ こ では変数が使用 さ れ る 関数に追加 し ます。
こ の例の場合、 start、 a、 en、 sum、 valid な ど のポー ト が 1 つの AXI4-Lite イ ン タ ーフ ェ イ ス に ま と め ら れてい ます (
各指示子に同 じ 名前 slv0 を使用す る こ と で、 すべてのポー ト が同 じ イ ン タ ーフ ェ イ ス に ま と め ら れます)。
#include "sc_sequ_cthread.h"
void sc_sequ_cthread::accum(){
//Group ports into AXI4 slave slv0
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#pragma
#pragma
#pragma
#pragma
#pragma
HLS
HLS
HLS
HLS
HLS
resource
resource
resource
resource
resource
core=AXI4LiteS
core=AXI4LiteS
core=AXI4LiteS
core=AXI4LiteS
core=AXI4LiteS
metadata="-bus_bundle
metadata="-bus_bundle
metadata="-bus_bundle
metadata="-bus_bundle
metadata="-bus_bundle
slv0"
slv0"
slv0"
slv0"
slv0"
variable=start
variable=a
variable=en
variable=sum
variable=vld
//Initialization
acc=0;
sum.write(0);
vld.write(false);
wait();
// Process the data
while(true) {
// Wait for start
wait();
while (!start.read()) wait();
// Read if valid input available
if (en) {
acc = acc + a.read();
sum.write(acc);
vld.write(true);
} else {
vld.write(false);
}
}
}
注記 : SystemC デザ イ ンの メ モ リ ポー ト は、 AXI4-Lite イ ン タ ーフ ェ イ ス に ま と め る こ と はで き ません。
AXI4 Master イ ン タ ー フ ェ イ スの使用
AXI4 Master イ ン タ ーフ ェ イ ス を作成す る には、 RTL ポー ト に ap_bus イ ン タ ーフ ェ イ ス が必要です (表 1-5)。 こ の例
では、 ポー ト m が ap_bus と し て設定 さ れ、 それが AXI4M リ ソ ース に接続 さ れ る よ う に指定 さ れてい ます。
ブ ロ ッ ク レ ベルの イ ン タ ーフ ェ イ ス プ ロ ト コ ルは I/O プ ロ ト コ ルを ap_ctrl_none に設定す る こ と で削除 さ れてい ま
す。 こ れに よ り 、 こ の例にはその他の イ ン タ ーフ ェ イ ス がな く な り ます (ブ ロ ッ ク レベルのハン ド シ ェ イ ク 信号な し 、
リ タ ーン ポー ト な し )。
#include "ap_cint.h"
#define N 256
typedef uint32 DT;
void foo_top (volatile DT *m) {
// Define the RTL interfaces
#pragma HLS interface ap_ctrl_none port=return
#pragma HLS interface ap_bus port=m
// Define the pcore interface as an AXI4 master
#pragma HLS resource core=AXI4M variable=m
DT buff[N], tmp;
int i, j;
memcpy(buff, m, N * sizeof(DT));
for (i = 0, j = N - 1; i < j; i++, j--) {
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tmp = buff[i];
buff[i] = buff[j];
buff[j] = tmp;
}
memcpy(m, buff, N * sizeof(DT));
}
pcore が生成 さ れ る と 、AXI4 マ ス タ ー
接続で き ます (図 1-43)。
イ ン タ ーフ ェ イ ス がポー ト m に接続 さ れます。 こ れは AXI4 シ ス テ ム バ ス に
X-Ref Target - Figure 1-43
図 1‐43 : AXI4 マス タ ー イ ン タ ー フ ェ イ ス
SystemC の AXI4 マス タ ー イ ン タ ー フ ェ イ ス
AXI4 マ ス タ ー イ ン タ ーフ ェ イ ス を SystemC デザ イ ンに追加す る 方法は、 C/C++ と 類似 し てい ます。
•
ap_bus I/O プ ロ ト コ ルを使用 し て RTL イ ン タ ーフ ェ イ ス を作成 し ます。
•
AXI4M リ ソ ース を ポー ト に割 り 当て ます。
こ のプ ロ セ ス全体は、 Vivado HLS SystemC ポー ト の AXI4M_bus_port ク ラ ス を使用す る と 単純にで き ます。 こ のポー
ト ク ラ ス の詳細については、 「SystemC の イ ン タ ーフ ェ イ ス合成」 セ ク シ ョ ン を参照 し て く だ さ い。 バ ス ポー ト を使
用す る 際の コ ー ド 例 も 記述 さ れてい ます。
こ のポー ト ク ラ ス が使用 さ れ る と 、 結果の RTL デザ イ ンに ap_bus イ ン タ ーフ ェ イ ス が使用 さ れ、 export_rtl コ マ ン ド
が使用 さ れ る と 、 AXI4 マ ス タ ー ポー ト が使用 さ れます。 ap_bus プ ロ ト コ ルを定義す る 、 ま たは AXI4 リ ソ ース を指
定す る 指示子を必ず使用す る 必要はあ り ません。
AXI4‐Stream イ ン タ ー フ ェ イ スの使用
AXI4-Stream イ ン タ ーフ ェ イ ス は、 AXI4-Stream のマ ス タ ー /ス レーブ イ ン タ ーフ ェ イ ス です。 こ の イ ン タ ーフ ェ イ ス
は、 すべての ap_fifo RTL ポー ト に適用で き ます。
注記 : AXI4 Stream イ ン タ ーフ ェ イ ス を使用す る Vivado HLS ブ ロ ッ ク を EDK で接続す る 場合は、 こ のセ ク シ ョ ン最
後の 「AXI4 Stream の EDK での接続」 を参照 し て く だ さ い。
ス ト リ ーム イ ン タ ーフ ェ イ ス を適用す る 場合、 通常は構造体 (struct) を定義 し ます。 こ の構造体を構成す る メ ン
バーはそれぞれ AXI4-Stream バ ス信号に対応 し てい ます。 こ の例では、 DATA 構造体が定義 さ れ、 data と strb の 2 つ
の メ ンバーが含まれ、 ポー ト マ ッ プ と グループ オプシ ョ ンの両方を使用す る 必要があ り ます。 デー タ 変数が 1 つ し
かない場合は、 その他のオプシ ョ ンは必要あ り ません。
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イ ン タ ー フ ェ イ スの管理
Vivado HLS に 含 ま れ る AXI4-Stream イ ン タ ー フ ェ イ ス は、 バ ス 規格 の 柔軟性 に 合 う よ う に 設計 さ れ て い ま す。
AXI4-Stream 規格のほ と ん ど の信号 (例 : TREADY、 TKEEP、 TSTRB) はオプシ ョ ン です。 必須なのは TVALID お よ び
TREADY の 2 つの信号のみです (TREADY はバ ス規格ではオプシ ョ ンですが、Vivado HLS の AXI4-Stream イ ン タ ー
フ ェ イ ス で使用 さ れます)。
こ の例では、 構造体 メ ンバーの data を TDATA 信号に、 strb を TSTRB 信号にマ ッ プ し ます。
port_map={{data_i_data TDATA} {data_i_strb TSTRB}}
port_map={{data_o_data TDATA} {data_o_strb TSTRB}}
構造体を使用す る と 、 複数の変数を 1 つの AXI4-Stream にマ ッ プで き ますが、 Vivado HLS のデフ ォ ル ト 動作では、 構
造体の各 メ ンバーが別々の RTL イ ン タ ーフ ェ イ ス ポー ト を作成 し ます。 すべての メ ンバーを同 じ AXI4 グループに
マ ッ プす る には、 バ ス バン ド ル オプシ ョ ン を使用す る 必要があ り ます。
複数の RTL ポー ト は AXI4 ス レーブ イ ン タ ーフ ェ イ ス と 同 じ よ う に 1 つの AXI4-Stream イ ン タ ーフ ェ イ ス に ま と め
る こ と がで き ます。 ただ し 、 AXI4-Stream イ ン タ ーフ ェ イ ス に ま と め ら れ る RTL ポー ト は、 すべて入力ポー ト かすべ
て出力ポー ト であ る 必要があ り ます。 双方向 イ ン タ ーフ ェ イ ス は、 グループ化ではサポー ト さ れてい ません。
出力 イ ン タ ーフ ェ イ ス は AXI4-Stream マ ス タ ー イ ン タ ーフ ェ イ ス を、入力 イ ン タ ーフ ェ イ ス は AXI4-Stream ス レーブ
イ ン タ ーフ ェ イ ス を イ ンプ リ メ ン ト し ます。
こ の例では、 I/O プ ロ ト コ ルを ap_ctrl_none に設定す る こ と で、 ブ ロ ッ ク レベルの イ ン タ ーフ ェ イ ス プ ロ ト コ ルが削
除 さ れてい ます。 こ れに よ り 、 こ の例にはその他の イ ン タ ーフ ェ イ ス がな く な り ます (ブ ロ ッ ク レベルのハン ド シ ェ
イ ク 信号な し 、 リ タ ーン ポー ト な し )。
#include "ap_cint.h"
#define N 256
typedef struct {
uint32 data;
uint4 strb;
} DATA;
void foo_top (DATA data_i[N], DATA data_o[N]) {
// Define the RTL interfaces
#pragma HLS interface ap_ctrl_none port=return
#pragma HLS interface ap_fifo port=data_i
#pragma HLS interface ap_fifo port=data_o
// Define the pcore interfaces AXI4 slave
#pragma HLS resource core=AXI4Stream variable=data_i metadata="-bus_bundle
AXI4Stream_S" port_map={{data_i_data TDATA} {data_i_strb TSTRB}}
// Define the pcore interfaces AXI4 master
#pragma HLS resource core=AXI4Stream variable=data_o metadata="-bus_bundle
AXI4Stream_M" port_map={{data_o_data TDATA} {data_o_strb TSTRB}}
int i;
DATA buf[N];
for (i = 0; i < N; i++) {
buf[i] = data_i[i];
}
for (i = 0; i < N; i++) {
data_o[i] = buf[N-1-i];
}
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イ ン タ ー フ ェ イ スの管理
}
ポー ト マ ッ プ を GUI で適用す る 場合、 各ポー ト マ ッ プは波括弧で囲み、 すべてのマ ッ プ を波括弧で さ ら に囲む必要
があ り ます。 文字列全体を port_map オプシ ョ ン ボ ッ ク ス に入力する 必要があ り ます。 次はその例です。
{{data_o_data TDATA} {data_o_strb TSTRB}}
図 1-44 は、前述の例か ら 作成 さ れた イ ン タ ーフ ェ イ ス を示 し てお り 、 RTL 入力お よ び出力が別々の イ ン タ ーフ ェ イ ス
に ま と め ら れてい ます。
X-Ref Target - Figure 1-44
図 1‐44 : Pcore : AXI4‐Stream イ ン タ ー フ ェ イ ス
こ の例では、 独自の構造体を使用 し てい ます。 Vivado HLS イ ン ス ト ール デ ィ レ ク ト リ の イ ン ク ルー ド デ ィ レ ク ト リ
にあ る ヘ ッ ダー フ ァ イ ル ap_axi_sdata.h では、AXI4 イ ン タ ーフ ェ イ ス規格のすべての可能性のあ る 信号に対 し て符号
付 き お よ び符号な し の構造体が定義 さ れてい ます。 こ れ ら を使用すれば、 ユーザー自身が構造体を作成す る 必要はあ
り ません。
•
ap_axi_s : AXI4-Stream の符号付 き 構造
•
ap_axi_s : AXI4-Stream の符号な し 構造
template<int D,int U,int TI,int TD>
struct ap_axis{
ap_int<D>
data;
ap_uint<D/8> keep;
ap_uint<D/8> strb;
ap_uint<U>
user;
ap_uint<1>
last;
ap_uint<TI> id;
ap_uint<TD> dest;
};
template<int D,int U,int TI,int TD>
struct ap_axiu{
ap_uint<D>
data;
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イ ン タ ー フ ェ イ スの管理
ap_uint<D/8>
ap_uint<D/8>
ap_uint<U>
ap_uint<1>
ap_uint<TI>
ap_uint<TD>
};
keep;
strb;
user;
last;
id;
dest;
AXI4‐Stream の EDK での接続
AXI4-Stream を含む Vivado HLS ブ ロ ッ ク を EDK の GUI 内で接続する 場合、ス ト リ ーム プ ロ ト コ ルを ア ッ プデー ト し
て、 AXI4 Stream の接続 さ れ る ブ ロ ッ ク の ス ト リ ーム プ ロ ト コ ル と 同 じ に し てお く 必要があ り ます。
デフ ォ ル ト では、 Vivado HLS で作成 さ れ る Pcore ブ ロ ッ ク には、 次の ス ト リ ーム プ ロ ト コ ルが含まれます ( こ れ ら に
は EDK 内の コ アの コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン設定か ら ア ク セ ス で き ます)。
•
C_INPUT_STREAM_PROTOCOL = GENERIC
•
C_OUTPUT_STREAM_PROTOCOL = GENERIC
た と えば、 AXI DMA ブ ロ ッ ク には次の よ う な ス ト リ ーム プ ロ ト コ ルが含まれます。
•
C_INPUT_STREAM_PROTOCOL = XIL_AXI_STREAM_ETH_DATA
•
C_OUTPUT_STREAM_PROTOCOL = XIL_AXI_STREAM_ETH_DATA
EDK の GUI で 2 つの AXI4-Stream イ ン タ ーフ ェ イ ス に接続で き る よ う にす る には、 それぞれの イ ン タ ーフ ェ イ ス の
ス ト リ ーム プ ロ ト コ ルは同 じ であ る 必要があ り ます。
1.
まず、 接続す る ブ ロ ッ ク の コ ア コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン設定を確認 し 、 接続する ポー ト の ス ト リ ーム プ ロ ト コ
ルを確認 し ます。
2.
Vivado HLS ブ ロ ッ ク の コ ア コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン を編集 し 、 ス ト リ ーム コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン設定を接続
す る ポー ト と 同 じ にな る よ う に変更 し ます。
つま り 、 Vivado HLS コ ア を上記の AXI DMA の例に接続する には、 Vivado HLS コ アの コ ア コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン
設 定 を 編 集 し 、 出 力 ス ト リ ー ム ポ ー ト を デ ス テ ィ ネ ー シ ョ ン プ ロ ト コ ル と 合 う よ う に GENERIC か ら
C_INPUT_STREAM_PROTOCOL に 変 更 し 、 入力 ポ ー ト を ソ ー ス プ ロ ト コ ル に 合 う よ う に GENERIC か ら
C_OUTPUT_STREAM_PROTOCOL に変更 し ます。
こ れ ら の変更に よ り 、 EDK の GUI で Vivado HLS ブ ロ ッ ク と AXI DMA 間の接続が イ ネーブルにな り ます。
SystemC の AXI4‐Stream イ ン タ ー フ ェ イ ス
AXI4-Stream イ ン タ ーフ ェ イ ス は、 sc_fifo_in ま たは sc_fifo_out 型の SystemC ポー ト に追加で き ます。 AXI4-Stream リ
ソ ースへのポー ト 割 り 当て方法 と 同 じ 方法が使用 さ れます。
前述の 「SystemC バ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス」 で説明 し た よ う に、 デザ イ ンへの指示子の適用方法に違いがあ り ます (GUI
を使用 し た場合)。 ポー ト のプ ラ グマ指示子は SC_MODULE と い う デザ イ ン関数内にのみ適用で き ます。 こ れを示す
最適な例は、 次の よ う にな り ます。
次は、 典型的な SystemC デザ イ ン の最上位です。 こ の場合、 典型的な例なので、 SC_MODULE と ポー ト はヘ ッ ダー
フ ァ イ ルで定義 さ れてい ます。
SC_MODULE(sc_FIFO_port)
{
//Ports
sc_in <bool> clock;
sc_in <bool> reset;
sc_in <bool> start;
sc_out<bool> done;
sc_fifo_out<int> dout;
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イ ン タ ー フ ェ イ スの管理
sc_fifo_in<int> din;
//Variables
int share_mem[100];
bool write_done;
//Process Declaration
void Prc1();
void Prc2();
//Constructor
SC_CTOR(sc_FIFO_port)
{
//Process Registration
SC_CTHREAD(Prc1,clock.pos());
reset_signal_is(reset,true);
SC_CTHREAD(Prc2,clock.pos());
reset_signal_is(reset,true);
}
};
RESOURCE 指示子は ソ ース フ ァ イ ルに直接追加で き ます。 指示子は、 SC_MODULE の ど の関数にで も 適用で き ます
が、 こ こ では変数が使用 さ れ る 関数に追加 し ます。
こ の例では、 指示子は ソ ース コ ー ド に表示 さ れ、 din お よ び dout ポー ト が指定 さ れ AXI4 Stream リ ソ ース が使用 さ れ
てい ます。
#include "sc_FIFO_port.h"
void sc_FIFO_port::Prc1()
{
//Initialization
write_done = false;
wait();
while(true)
{
while (!start.read()) wait();
write_done = false;
for(int i=0;i<100; i++)
share_mem[i] = i;
write_done = true;
wait();
} //end of while(true)
}
void sc_FIFO_port::Prc2()
{
#pragma HLS resource core=AXI4Stream variable=din
#pragma HLS resource core=AXI4Stream variable=dout
//Initialization
done = false;
wait();
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イ ン タ ー フ ェ イ スの管理
while(true)
{
while (!start.read()) wait();
wait();
while (!write_done) wait();
for(int i=0;i<100; i++)
{
dout.write(share_mem[i]+din.read());
}
done = true;
wait();
} //end of while(true)
}
SystemC のイ ン タ ー フ ェ イ ス合成
通常 SystemC デ ザ イ ン で は、 イ ン タ ー フ ェ イ ス 合成は サ ポ ー ト さ れ ま せ ん。 SystemC デザ イ ン の I/O ポ ー ト を
SC_MODULE イ ン タ ーフ ェ イ ス に記述 し 、 ポー ト の動作を ソ ース コ ー ド に完全に記述す る 必要があ り ます。
例外は メ モ リ ポー ト (ap_memory プ ロ ト コ ル) と バ ス ポー ト (ap_bus プ ロ ト コ ル) です。 Vivado HLS には、 こ れ ら の
ポー ト タ イ プの イ ン タ ーフ ェ イ ス合成をサポー ト する ための ク ラ ス が提供 さ れてい ます。
メ モ リ ポー ト
た と えば、 標準 SystemC ア レ イ ポー ト を含む次の よ う なデザ イ ンがあ る と し ます。
SC_MODULE(my_design) {
//”RAM” Port
sc_uint<20> my_array[256];
…
my_array ポー ト は、 内部 RAM に合成 さ れます。
Vivado HLS ヘ ッ ダー フ ァ イ ル ap_mem_if.h を含め る と 、 ポー ト を ap_mem_port<data_width, address_bits> ポー ト と し
て指定で き ます。 ap_mem_port は、 ap_memory I/O プ ロ ト コ ルを使用す る と 、 指定のデー タ お よ びア ド レ ス バ ス幅の
標準 RAM イ ン タ ーフ ェ イ ス ポー ト に合成 さ れます。
上記の コ ー ド 例は、 次の よ う に変換で き ます。
#include "ap_mem_if.h"
SC_MODULE(my_design) {
//”RAM” Port
ap_mem_port<sc_uint<20>,sc_uint<8>, 256> my_array;
…
こ れに よ り 、 イ ン タ ーフ ェ イ ス ポー ト my_array が確実に RAM イ ン タ ーフ ェ イ ス と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
SystemC デザ イ ンに ap_mem_port を追加 し た場合、 SystemC テ ス ト ベンチに ap_mem_port を駆動する ap_mem_chn を
追加す る 必要があ り ます。 テ ス ト ベンチでは、 次の よ う に ap_mem_chn を定義 し て イ ン ス タ ン ス に接続 し ます。
#include "ap_mem_if.h"
ap_mem_chn<int,int, 68> bus_mem;
…
// Instantiate the top-level module
my_design U_dut (“U_dut”)
U_dut.my_array.bind(bus_mem);
…
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イ ン タ ー フ ェ イ スの管理
ヘ ッ ダー フ ァ イ ル ap_mem_if.h は、$VIVADO_HLS_ROOT\include \ap_sysc\ap_mem_if.h にあ り 、SystemC のシ ミ ュ レー
シ ョ ンに含め る 必要があ り ます。
バス ポー ト
最 も 標準的な SystemC デザ イ ン の場合、 Vivado HLS の ap_bus I/O プ ロ ト コ ルの ビヘ イ ビ ア を使用 し てポー ト を指定
す る 必要はあ り ませんが、 デザ イ ンに AXI4 マ ス タ ー バ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス が必要な場合は、 ap_bus I/O プ ロ ト コ ル
が必要です。
RTL I/O プ ロ ト コ ルの ap_bus と AXI4 イ ン タ ーフ ェ イ スは、 Vivado HLS の AXI4M_bus_port ポー ト ク ラ ス を使用す る
と SystemC デザ イ ンに追加で き ます。
次の例は、 bus_if と い う AXI4M_bus_port を SystemC デザ イ ンに追加する 方法を示 し てい ます。
•
ヘ ッ ダー フ ァ イ ルの AXI4_if.h を プ ロ ジ ェ ク ト に追加する 必要があ り ます。
•
ポー ト は AXI4M_bus_port<type> と 定義 し 、 <type> には使用 さ れ る デー タ 型 ( こ の場合 sc_fixed) を指定 し ます。
注記 : AXI4M_bus_port で使用 さ れ る デー タ 型は、 8 ビ ッ ト の倍数であ る 必要があ り ます。 ま た、 struct は こ のデー タ
型ではサポー ト さ れません。
#include "systemc.h"
#include "AXI4_if.h"
#include "tlm.h"
using namespace tlm;
#define DT sc_fixed<32, 8>
SC_MODULE(dut)
{
//Ports
sc_in<bool> clock; //clock input
sc_in<bool> reset;
sc_in<bool> start;
sc_out<int> dout;
AXI4M_bus_port<sc_fixed<32, 8> > bus_if;
//Variables
//Constructor
SC_CTOR(dut)
//:bus_if ("bus_if")
{
//Process Registration
SC_CTHREAD(P1,clock.pos());
reset_signal_is(reset,true);
}
}
次は、 変数 bus_if が SystemC 関数で ど の よ う にア ク セ ス さ れて、 標準ま たはバース ト 読み出 し お よ び書 き 込み演算が
生成 さ れ る のか を示 し てい ます。
//Process Declaration
void P1()
{
//Initialization
dout.write(10);
int addr = 10;
DT tmp[10];
wait();
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イ ン タ ー フ ェ イ スの管理
while(1)
{
tmp[0]=10;
tmp[1]=11;
tmp[2]=12;
while (!start.read()) wait();
// Port read
tmp[0] = bus_if->read(addr);
// Port burst read
bus_if->burst_read(addr,2,tmp);
// Port write
bus_if->write(addr, tmp);
// Port burst write
bus_if->burst_write(addr,2,tmp);
dout.write(tmp[0].to_int());
addr+=2;
wait();
}
}
AXI4M_bus_port ポー ト ク ラ ス がデザ イ ンで使用 さ れ る と 、 次に示す よ う に、 テ ス ト ベンチにそれ と 一致す る HLS バ
ス イ ン タ ーフ ェ イ ス チ ャ ネルの hls_bus_chn<start_addr> が含まれ る 必要があ り ます。
#include <systemc.h>
#include "tlm.h"
using namespace tlm;
#include "hls_bus_if.h"
#include "AE_clock.h"
#include "driver.h"
#ifdef __RTL_SIMULATION__
#include "dut_rtl_wrapper.h"
#define dut dut_rtl_wrapper
#else
#include "dut.h"
#endif
int sc_main (int argc , char *argv[])
{
sc_report_handler::set_actions("/IEEE_Std_1666/deprecated", SC_DO_NOTHING);
sc_report_handler::set_actions( SC_ID_LOGIC_X_TO_BOOL_, SC_LOG);
sc_report_handler::set_actions( SC_ID_VECTOR_CONTAINS_LOGIC_VALUE_, SC_LOG);
sc_report_handler::set_actions( SC_ID_OBJECT_EXISTS_, SC_LOG);
// hls_bus_chan<type>
// bus_variable(“name”, start_addr, end_addr)
//
hls_bus_chn<sc_fixed<32, 8> > bus_mem("bus_mem",0,1024);
sc_signal<bool>
sc_signal<bool>
sc_signal<bool>
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s_clk;
reset;
start;
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イ ン タ ー フ ェ イ スの管理
sc_signal<int>
AE_Clock
dut
driver
dout;
U_AE_Clock("U_AE_Clock", 10);
U_dut("U_dut");
U_driver("U_driver");
U_AE_Clock.reset(reset);
U_AE_Clock.clk(s_clk);
U_dut.clock(s_clk);
U_dut.reset(reset);
U_dut.start(start);
U_dut.dout(dout);
U_dut.bus_if(bus_mem);
U_driver.clk(s_clk);
U_driver.start(start);
U_driver.dout(dout);
int end_time = 8000;
cout << "INFO:Simulating " << endl;
// start simulation
sc_start(end_time, SC_NS);
return U_driver.ret;
};
合成 さ れた RTL デザ イ ンには、 ap_bus I/O プ ロ ト コ ルを使用 し た イ ン タ ーフ ェ イ ス が含まれます。
手動のイ ン タ ー フ ェ イ ス仕様
Vivado HLS には、 特定の I/O プ ロ ト コ ルを定義す る コ ー ド ブ ロ ッ ク を特定す る 機能があ り ます。 こ の機能を使用す
る と 、 イ ン タ ーフ ェ イ ス合成ま たは SystemC を使用せずに I/O プ ロ ト コ ルを指定で き ます (SystemC では、 下に説明
す る プ ロ ト コ ル指示子を使用 し て I/O を よ り 厳密に制御可能)。
次の例は、 次の よ う な コ ー ド です。
•
入力 response[0] が読み出 さ れます。
•
出力 request が書 き 込まれます。
•
入力 response[1] が読み出 さ れます。
•
最終的なデザ イ ンで、 こ の順序で I/O ア ク セ ス を実行する 必要があ り ます。
void test (
int
*z1,
int
a,
int
b,
int
*mode,
volatile int
volatile int
int
*z2
) {
int
int
int
*request,
response[2],
read1, read2;
opcode;
i;
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イ ン タ ー フ ェ イ スの管理
P1:{
read1
opcode
*request
read2
}
C1:{
*z1
*z2
}
=
=
=
=
response[0];
5;
opcode;
response[1];
= a + b;
= read1 + read2;
}
Vivado HLS で こ の コ ー ド を イ ンプ リ メ ン ト し た場合に、 request への書 き 込みを response に対す る 2 つの読み出 し の
間にす る 必要はあ り ません。 コ ー ド は こ の よ う に I/O が動作す る よ う 記述 さ れてい ますが、 こ の依存性を強制す る も
のは コ ー ド にあ り ません。 Vivado HLS では、 I/O ア ク セ ス が コ ー ド 記述 と 同様に ス ケ ジ ュ ール さ れ る 場合 と 、 ほかの
順序が使用 さ れ る 場合があ り ます。
こ の場合、特定の I/O プ ロ ト コ ル動作を強制す る ためにプ ロ ト コ ル ブ ロ ッ ク を使用で き ます。ア ク セ ス はブ ロ ッ ク P1
で定義 さ れた範囲内で実行 さ れ る ので、 プ ロ ト コ ルを次の よ う に適用で き ます。
•
ap_wait() を定義す る ap_utils.h ヘ ッ ダー フ ァ イ ルを含め ます。
•
request への書 き 込みの後、 response[1] の読み出 し の前に、 ap_wait() 文を追加 し ます。
°
•
ap_wait() 文に よ り シ ミ ュ レーシ ョ ンの動作が変わ る こ と はあ り ませんが、合成中に こ こ に ク ロ ッ ク が挿入 さ
れ る よ う にな り ます。
ブ ロ ッ ク P1 をプ ロ ト コ ル領域に指定 し ます。
°
こ の よ う にす る と 、 こ の領域内の コ ー ド がその ま ま ス ケ ジ ュ ー リ ン グ さ れます。 I/O と ap_wait() 文の順序が
変更 さ れ る こ と はあ り ません。
次の よ う に指示子を適用 し ます。
set_directive_protocol test P1 -mode floating
コ ー ド を次の よ う に変更 し ます。
#include "ap_utils.h"// Added include file
void test (
int
*z1,
int
a,
int
b,
int
*mode,
volatile int
volatile int
int
*z2
) {
int
int
int
*request,
response[2],
read1, read2;
opcode;
i;
P1:{
read1
= response[0];
opcode
= 5;
ap_wait();// Added ap_wait statement
*request
= opcode;
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デザイ ン最適化
read2
}
C1:{
= response[1];
*z1
*z2
= a + b;
= read1 + read2;
}
}
こ れに よ り 、 コ ー ド に指定 さ れた と お り の I/O 動作が得 ら れます。
•
入力 response[0] が読み出 さ れます。
•
出力 request が書 き 込まれます。
•
入力 response[1] が読み出 さ れます。
-mode floating オプシ ョ ン を使用す る と 、 デー タ の依存性で許容 さ れ る 場合は、 ほかの コ ー ド を こ のブ ロ ッ ク と 並列実
行で き ます。 こ のオプシ ョ ン を fixed に設定す る と 、 並列実行 さ れません。
デザイ ン最適化
こ の章では、 Vivado HLS でパフ ォーマ ン ス、 エ リ ア、 消費電力の目標を満たすマ イ ク ロ アーキ テ ク チ ャ が生成 さ れ
る よ う にす る ための、 さ ま ざ ま な最適化お よ び手法を説明 し ます。
こ の章の ト ピ ッ ク は、 適用す る 正 し い最適化をすばや く 見つけ ら れ る よ う に構成 さ れてお り 、 生産性を向上 し ます。
ト ッ プ を次の順に参照 し 、 デザ イ ン最適化を実行す る こ と をお勧め し ます。
•
チ ェ ッ ク リ ス ト お よ びガ イ ド ラ イ ン
•
ク ロ ッ ク 、 タ イ ミ ン グ、 お よ び RTL 出力
•
任意精度デー タ 型
•
最適化の実行
「チ ェ ッ ク リ ス ト お よ びガ イ ド ラ イ ン」 では、 こ の章で説明す る 最適化を適用す る ための ス ト ラ テ ジ を示 し ます。 エ
リ ア、 スループ ッ ト 、 レ イ テ ン シ、 消費電力な ど、 さ ま ざ ま なデザ イ ンの目標の最適化ス ト ラ テジが提供 さ れてい ま
す。デザ イ ンの全体的な目標が こ れ ら の一般的な目標 と は異な る 場合でで も 、 こ のセ ク シ ョ ン を参照す る こ と に よ り 、
デザ イ ンの目標を満たすために Vivado HLS の機能を適用す る ための基礎を学ぶ こ と がで き ます。
論理合成な ど の高位合成では、 入力 ソ ース コ ー ド や制約を ほんの少 し 変更 し ただけで も 、 出力デザ イ ンが異な る も の
にな り ます。 最初か ら や り 直 さ なければな ら ない よ う な状況を避け る ため、 「 ク ロ ッ ク 、 タ イ ミ ン グ、 お よ び RTL 出
力」 お よ び 「任意精度デー タ 型」 を参照 し て、 複雑な最適化を適用する 前に、 基本的なデザ イ ン パ ラ メ ー タ ーお よ び
デザ イ ン記述が正 し く 、 で き る だけ理想に近い こ と を確認 し て く だ さ い。
複雑で高度な最適化を適用す る 段階にな っ た ら 、 ト ッ プダ ウ ンお よ びボ ト ム ア ッ プ手法を使用で き ます。
•
デザ イ ン で レ イ テ ン シ ま たは ス ループ ッ ト が目標か ら かな り 離れてい る 場合は、 ト ッ プダ ウ ン手法を使用 し ま
す。 抽象度の高い レ ベルで最適化を適応 し た方が、 大 き く 向上 し ま す。 デザ イ ン を機能 レ ベルか ら 開始 し て ロ
ジ ッ ク レベルに向か っ て見直 し ます。 こ のユーザー ガ イ ド で も 、 こ の順序で情報を提供 し てい ます。
•
デザ イ ンが目標をほぼ達成 し てい る 場合は、ク ロ ッ ク サ イ ク ルま たは リ ソ ース をい く つか削減す る こ と に焦点を
置 き ます。 こ の場合、 ロ ジ ッ ク 構造の レベルか ら 開始 し 、 別の コ ン ポーネ ン ト を選択す る こ と に よ り 1 サ イ ク ル
で実行 さ れ る 操作が増加す る か、 ア レ イ ア ク セ ス が障害 と な っ ていないかな ど を確認 し て、 機能レベルに向か っ
て作業 し ます。
チ ェ ッ ク リ ス ト およびガ イ ド ラ イ ン
こ のセ ク シ ョ ンでは、 最適化の目標を短時間で達成す る ための基本的な ス ト ラ テジの概要を示 し ます。
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デザイ ン最適化
デザイ ンの基礎
「 ク ロ ッ ク 、 タ イ ミ ン グ、 お よ び RTL 出力」 に説明 さ れてい る 基本的なデザ イ ン パ ラ メ ー タ ーを見直 し 、 RTL が次の
も ので作成 さ れてい る こ と を確認 し ます。
•
正 し い ク ロ ッ ク と ク ロ ッ ク のば ら つ き
•
正しい リ セ ッ ト ス タ イル
•
ス テー ト エン コ ー ド
イ ン タ ー フ ェ イ ス合成
アルゴ リ ズ ム と イ ン タ ーフ ェ イ ス 合成の両方に注目す る こ と が重要です。 イ ン タ ーフ ェ イ ス はデー タ を供給す る の
で、 必要な スループ ッ ト レー ト を達成する のの障害 と な っ てい る 可能性があ り ます。
デザ イ ン最適化を実行す る 前に、 正 し い イ ン タ ーフ ェ イ ス が使用 さ れてい る こ と を確認 し て く だ さ い。
•
デザ イ ン上の現在の イ ン タ ーフ ェ イ ス が、 通信す る デザ イ ン と 互換性があ る こ と を確認 し ます。
•
「 イ ン タ ーフ ェ イ ス の管理」 を参照 し 、 正 し い イ ン タ ーフ ェ イ ス を選択 し て定義 し ます。
•
選択 し た イ ン タ ーフ ェ イ ス を合成後の検証方法で使用で き る こ と を確認 し ます。 イ ン タ ーフ ェ イ ス を後で変更す
る と 、 ス ケ ジ ュ ールが こ と な る も のにな る 可能性があ り ます。検証フ ロ ーの詳細は、「検証」 を参照 し て く だ さ い。
最後に、 パフ ォーマ ン ス要件を満たすためには、 イ ン タ ーフ ェ イ ス の イ ンプ リ メ ン ト 方法ま たは イ ン タ ーフ ェ イ ス の
タ イ プ を変更す る 必要があ る と い う こ と を認識す る こ と が必要です。 た と えば、 ア レ イ イ ン タ ーフ ェ イ ス を次の よ う
に変更す る と 有益な場合があ り ます。
•
シ ン グル ポー ト か ら デ ュ アル ポー ト の RAM イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンに変更す る 。
•
RAM か ら ス ト リ ー ミ ン グ FIFO イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンに変更する 。
こ の よ う な決定お よ び変更は、 手動で最適化を実行す る 場合 と 同 じ です。 デザ イ ンの上の レベルを考慮 し 、 イ ン タ ー
フ ェ イ ス プ ロ ト コ ルを変更す る のが、デザ イ ン を向上 さ せる 唯一の方法であ る 場合があ り ます。Vivado HLS では、 こ
の よ う な変更に よ り 有益なアーキ テ ク チ ャ が得 ら れ る か ど う かを簡単に判断で き ます。
デー タ 型 と ビ ッ ト 幅
Vivado HLS では、 演算特性に基づいてデー タ 型が伝搬 さ れますが、 明示的に指定す る 方が確実です。
C 関数での変数の ビ ッ ト 幅は、RTL イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンで使用 さ れ る ス ト レージ エ レ メ ン ト のサ イ ズ と 演算子に
直接影響 し ます。 変数に 8 ビ ッ ト のみが必要なのに整数型 (32 ビ ッ ト ) で指定 さ れてい る と 、 大型で低速の 32 ビ ッ ト
演算子が使用 さ れ、 1 ク ロ ッ ク サ イ ク ルで実行で き る 演算の数が削減 し 、 レ イ テ ン シお よ びスループ ッ ト が増加す る
可能性があ り ます。
•
デー タ 型には、 適切な精度を使用 し ます。 詳細は、 本章の 「任意精度デー タ 型」 セ ク シ ョ ン を参照 し て く だ さ い。
•
RAM ま たは レ ジ ス タ と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ る ア レ イ のサ イ ズ を確認 し ます。 各ア レ イ には複数の要素があ
る ので、 ア レ イ に必要以上に大 き い要素があ る と 、 そのエ リ アへの影響は拡大 し ます。
•
乗算、 除算、 対数演算、 その他の複雑な算術演算に特に注目 し ます。 こ れ ら の変数が必要以上に大き い場合、 エ
リ アお よ びパフ ォーマ ン ス の両方に悪影響を与え ます。
エ リ ア を最小限に抑えたデザイ ン
デザ イ ンのエ リ ア を最小限に抑え る には、 関数お よ びループ を再利用す る よ う に し ます。 関数お よ びループは、 実行
さ れ る たびに同 じ ハー ド ウ ェ ア リ ソ ース で繰 り 返 さ れます。 こ れに よ り 、 演算 よ り も 上の レベルで共有を最大化で き
ます。
•
エ リ ア を縮小す る 作業を始め る 前に、 デザ イ ンがパフ ォーマ ン ス要件を満た し てい る か、 ほぼ満た し てい る こ と
を確認 し ます。
高位合成
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デザイ ン最適化
•
関数が複数回呼び出 さ れてい る 場合は、 同 じ ハー ド ウ ェ アが供給 さ れます。 こ れは、 コ ー ド 記述方法に よ り エ リ
ア を節約す る 最良の方法です。 関数 イ ン ラ イ ン化に よ り 、 よ り 多 く の関数が共有 さ れ る か ど う か を確認 し て く だ
さ い ( 「関数の再利用、 イ ン ラ イ ン化」 を参照)。
•
ループ も 関数 と 同様に同 じ ハー ド ウ ェ アで繰 り 返 さ れます。 こ れに よ り ループ機能が小 さ いエ リ アに イ ンプ リ メ
ン ト さ れますが、 レ イ テ ン シが大 き く な り ます。 for ループが展開 さ れていない こ と を確認 し て く だ さ い。 デフ ォ
ル ト では展開 さ れません。 詳細は、 「ループの最適化」 を参照 し て く だ さ い。
•
デザ イ ンがパ イ プ ラ イ ン処理 さ れてい る 場合は、 開始間隔を変え た場合で も 、 コ ン ポーネ ン ト を再利用 し なが ら
スループ ッ ト 要件が満た さ れ る こ と を確認 し ます。 詳細は 「関数の最適化」 お よ び 「ループの最適化」 を参照 し
て く だ さ い。
•
ア レ イ が既存の RAM に最適に イ ンプ リ メ ン ト さ れてい る か、 ア レ イ をパーテ ィ シ ョ ン し た り 変更す る こ と で使
用可能な RAM リ ソ ース が よ り 効率的に使用 さ れ、 並列ア ク セ ス が実行で き る よ う にな る か を確認 し ます。 詳細
は、 「ア レ イ の最適化」 を参照 し て く だ さ い。
最小開始間隔のデザイ ン
開始間隔が最小のデザ イ ンでは、 最小のサ イ ク ル数でで き る だけ多 く のデー タ を処理す る よ う に し ます。
•
関数レベルか ら 開始 し 、 特に C お よ び C++ デザ イ ンの場合は 「関数のデー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理」 を参照
し て く だ さ い。 SystemC では、 並列処理がサポー ト さ れます。
•
「ループのパ イ プ ラ イ ン処理」 を参照 し て、 パ イ プ ラ イ ン処理をループに適用で き る か ど う かを判断 し ます。
可能なパ イ プ ラ イ ン処理がすべて適用 さ れてい る 場合や、 パ イ プ ラ イ ン処理が不可能な場合は、 各関数お よ びループ
で レ イ テ ン シ を最小に し ます。 演算を完了する のに必要なサ イ ク ル数が少なければ、 次の入力を早 く 読み込む こ と が
で き ます。 レ イ テ ン シ を削減す る 手法は次のセ ク シ ョ ンで説明 し ますが、 デザ イ ン スループ ッ ト を考慮する 場合、 次
の点が重要です。
•
•
レ ポー ト のサマ リ セ ク シ ョ ン を確認 し ます。 階層の各関数で最 も 影響す る ク リ テ ィ カル ループ を調べ、 「レ イ テ
ン シ を最小限に抑えたデザ イ ン」 の手法を使用 し て ク リ テ ィ カル ループの レ イ テ ン シ を削減 し ます。
°
25 ク ロ ッ ク で実行可能なループが 2 回実行 さ れ る 場合、 影響は 50 サ イ ク ルです。
°
4 ク ロ ッ ク で実行可能なループが 256 回実行 さ れ る 場合、 影響は 1024 サ イ ク ルであ り 、 よ り ク リ テ ィ カルで
あ る と 考え る 必要があ り ます。
デザ イ ン ポー ト が制限 と な っ てい る 場合は、 イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プ を変更する こ と を考慮 し ます。 こ の場合、
イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プの変更がシ ス テ ムのほかのデザ イ ンでサポー ト さ れ る か を確認する 必要があ り ます。
レ イ テ ン シ を最小限に抑えたデザイ ン
デザ イ ンの レ イ テ ン シ を削減す る 方法は、 次の と お り です。
•
関数お よ びループ レベルか ら 開始 し 、 特に C お よ び C++ デザ イ ンの場合は 「関数のデー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン
処理」 お よ び 「ループのデー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理」 を参照 し て並列処理を向上 し ます。 SystemC では、 並
列処理がサポー ト さ れます。
•
for ループがあ る 場合は、 「ループの展開」 に説明 さ れてい る よ う に一部ま たはすべて を展開 し 、 レ イ テ ン シが削
減 さ れ る か ど う か を確認 し ます。 展開する と 、 よ り 多 く の演算を少ないサ イ ク ル数で並列実行で き る よ う にな り
ますが、 リ ソ ースお よ びエ リ アが増加 し ます。
•
複数のループがあ る 場合は、 1 つのループ本体か ら 別のループに移動す る のに 1 ク ロ ッ ク サ イ ク ル必要であ る こ
と を考慮 し ます。 「ループの結合」 お よ び 「ネ ス ト さ れたループの フ ラ ッ ト 化」 を参照 し てループのオーバーヘ ッ
ド を削減 し て く だ さ い。
•
ア レ イ には注意 し ます。 ア レ イ は通常 メ モ リ にマ ッ プ さ れますが、 ア ク セ ス は制限 さ れます (読み出 し ポー ト お
よ び書 き 込みポー ト )。 こ れに よ り 、 レ イ テ ン シ を増加す る ハー ド ウ ェ アの依存性が発生す る 可能性があ り ます。
た と えば、 デ ュ アル ポー ト RAM ま たは 「ア レ イ の最適化」 で説明 さ れてい る リ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン さ れた
RAM では、 同 じ ク ロ ッ ク サ イ ク ルで読み出 し お よ び書き 込みを も っ と 実行で き る 場合があ り ます。
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デザイ ン最適化
消費電力を最小限に抑えたデザイ ン
高位合成では、 複数の消費電力最適化が実行 さ れます。 こ れ ら の最適化には、 ス ケ ジ ュ ー リ ン グ中に実行 さ れ る 演算
子のゲーテ ィ ン グや、 パ イ プ ラ イ ンの開始へのパ イ プ ラ イ ン イ ネーブルの追加な ど があ り ます。 すべての消費電力最
適化は、 パフ ォーマ ン ス制限に悪影響を与え なければ適用 さ れます。
Vivado HLS では、 パフ ォーマ ン ス を犠牲に し て消費電力が削減 さ れ る こ と はあ り ませんが、 さ ま ざ ま な手法を使用 し
て さ ら に消費電力を削減で き ます。
•
エ リ ア を削減す る と 消費電力に大 き く 影響す る ので、 「エ リ ア を最小限に抑え たデザ イ ン」 を参照 し ます。
•
Vivado HLS のアーキ テ ク チ ャ 探索機能を活用 し てみて く だ さ い。 ク ロ ッ ク 周期を変更 し 、 新 し いマ イ ク ロ アー
キ テ ク チ ャ をすばや く 再生成で き ます。
ク ロ ッ ク 、 タ イ ミ ング、 および RTL 出力
C お よ び C++ デザ イ ンでは、 ク ロ ッ ク 1 つのみがサポー ト さ れます。 デザ イ ン内のすべての関数に、 同 じ ク ロ ッ ク が
適用 さ れます。 SystemC デザ イ ンでは、 各 SC_MODULE に異な る ク ロ ッ ク を指定で き ます。
SystemC デザ イ ンで複数の ク ロ ッ ク を指定する には、create_clock コ マ ン ド の -name オプシ ョ ン を使用 し て名前を指定
し て ク ロ ッ ク を 作 成 し 、 set_directive_clock コ マ ン ド ま た は プ ラ グ マ を 使用 し て、 指定 の ク ロ ッ ク で 合成す る
SC_MODULE を含む関数を指定 し ます。 各 SC_MODULE の合成には、 1 つの ク ロ ッ ク のみを使用で き ます。 複数の
ク ロ ッ ク を最上位ポー ト か ら 個々のブ ロ ッ ク に接続 し てい る 場合な ど、 複数の ク ロ ッ ク を関数を介 し て分配で き ます
が、 各 SC_MODULE は 1 つの ク ロ ッ ク にのみ応答 し ます。
ク ロ ッ ク 周期は、GUI の [Solution Settings] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス で ns で指定 し ます。SystemC デザ イ ンの場合、CLOCK
指示子を使用す る と デザ イ ンに複数の ク ロ ッ ク を追加で き ます。ク ロ ッ ク のば ら つき を指定 し て タ イ ミ ン グ マージ ン
を定義す る こ と も 可能です。
Vivado HLS ではデザ イ ンの操作の タ イ ミ ン グ を予測で き ますが、最終的な コ ン ポーネ ン ト の配置お よ びネ ッ ト 配線は
わか っ ていないので、 正確な遅延は算出で き ません。 実際の ク ロ ッ ク 周期は、 ク ロ ッ ク のば ら つ き か ら ク ロ ッ ク 周期
か ら 差 し 引いた値です (図 1-45)。Vivado HLS は使用可能な ク ロ ッ ク 周期を使用 し て、デザ イ ンの操作を ス ケ ジ ュ ー リ
ン グ し ます。
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デザイ ン最適化
X-Ref Target - Figure 1-45
図 1‐45 : ク ロ ッ ク周期 と マージ ン
こ れに よ り 、 ユーザー指定の ス ラ ッ ク が使用 さ れ、 論理合成や配置配線な ど のダ ウ ン ス ト リ ーム プ ロ セ ス で操作を完
了す る ために十分な タ イ ミ ン グ マージ ンが供給 さ れ、 タ イ ミ ン グ ク ロ ージ ャ を達成す る ためのデザ イ ンの反復回数
を削減で き ます。
デフ ォ ル ト では ク ロ ッ ク のば ら つ き はサ イ ク ル時間の 12.5% に設定 さ れ ますが、 [Solutions Settings] ダ イ ア ロ グ ボ ッ
ク ス の [Synthesis] ページでユーザーが指定で き ます。 自動設定を使用す る と 、 ク ロ ッ ク 周期を変更 し た場合に ク ロ ッ
ク のば ら つ き も ア ッ プデー ト さ れます。 ク ロ ッ ク のば ら つき を手動で設定 し た場合は、 ク ロ ッ ク 周期を変更 し た と き
に ク ロ ッ ク のば ら つ き も 手動でア ッ プデー ト す る 必要があ り ます。
タ イ ミ ング
RTL 演算子お よ びレ ジ ス タ に使用 さ れ る タ イ ミ ン グ情報は、 ラ イ ブ ラ リ で定義 さ れてい ます。 ラ イ ブ ラ リ はすべて事
前に特性化 さ れてお り 、 Vivado HLS に格納 さ れてい ます。
Vivado HLS では、 レ イ テ ン シ、 スループ ッ ト (開始間隔)、 お よ び タ イ ミ ン グ制約を満たす こ と を目的 と し て処理が実
行 さ れますが、 制約が満た さ れない場合で も 、 RTL デザ イ ンが出力 さ れます。
•
デー タ の依存性に よ り スループ ッ ト 制約を満たす こ と がで き ない場合は (スループ ッ ト 要件は 1 であ る が メ モ リ
か ら 値を読み出すのに 2 サ イ ク ル必要な ど)、 タ イ ミ ン グが満た さ れ る ま で開始間隔が改善 さ れます。
•
ク ロ ッ ク 周期に よ り 推論 さ れ る タ イ ミ ン グ制約を満たす こ と がで き ない場合は、 Vivado
HLS
で次の よ う な
SCHED-644 と い う メ ッ セージが表示 さ れ、 達成可能な最良のパフ ォーマ ン ス のデザ イ ンが出力 さ れます。
@W [SCHED-644] Max operation delay (<operation_name> 2.39ns) exceeds the effective
cycle time
特定のパ ス で タ イ ミ ン グ要件が満た さ れない場合で も 、 ほかのすべてのパ ス では タ イ ミ ン グが満た さ れ る よ う に処理
が実行 さ れます。 こ れに よ り 、 ダ ウ ン ス ト リ ーム プ ロ セ ス に よ り 最適化を実行 し た り タ イ ミ ン グが満た さ れないパ ス
を特別処理す る こ と に よ り 、 タ イ ミ ン グ を満たす こ と がで き る かを ユーザーが評価で き ます。
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デザイ ン最適化
重要 : 合成後に制約レ ポー ト を確認 し て、 すべての制約が満た さ れたか ど う か (高位合成で生成 さ れた出力デザ イ ン
がすべてのパフ ォーマ ン ス制約を満たすわけではない と い う 事実) を確認する こ と が重要です。 デザ イ ン レ ポー ト の
「Performance Estimates」 セ ク シ ョ ン を確認 し て く だ さ い。
デザ イ ン レ ポー ト は、 合成が完了 し た と き に階層の各関数に対 し て生成 さ れ、 [Explorer] タ ブの [syn] → [report] フ ォ
ルダーか ら 参照で き 、 solution デ ィ レ ク ト リ の ./syn/report/<function name>.rpt に保存 さ れます。
デザ イ ン全体の ワ ース ト ケー ス タ イ ミ ン グは、 各関数レ ポー ト に レ ポー ト さ れ ます。 階層の各レ ポー ト をすべて参
照す る 必要はあ り ません。 タ イ ミ ン グ違反が最適化やダ ウ ン ス ト リ ーム プ ロ セ ス で修正で き ないほ ど大 き い場合は、
よ り 高速のテ ク ノ ロ ジ を タ ーゲ ッ ト す る 前に、 こ の章の こ の後に説明す る 手法を試 し てみて く だ さ い。
RTL 出力
Vivado HLS の RTL 出力の さ ま ざ ま特性は、 config_rtl コ マ ン ド を使用 し て制御で き ます。 config_rtl コ マ ン ド を使用す
る と 、 次が実行で き ます。
•
RTL ス テー ト マシ ン で使用 さ れ る FSM エン コ ー ド を指定
•
–header オプシ ョ ン を使用 し て、 すべての RTL フ ァ イ ルに著作権情報な ど の コ メ ン ト 文字列を追加
•
–prefix オプシ ョ ン を使用 し て、 すべての出力フ ァ イ ルに固有の接頭辞を追加 し 、 同 じ 最上位関数か ら 生成 さ れた
RTL フ ァ イ ル (デフ ォ ル ト では同 じ 名前) を簡単に同 じ デ ィ レ ク ト リ に ま と め る
デフ ォ ル ト の FSM コ ーデ ィ ン グ ス タ イ ルは auto です。 Vivado HLS の自動エン コ ーデ ィ ン グ を使用す る と 、 コ ーデ ィ
ン グ ス タ イ ルが決定 さ れますが、 ザ イ リ ン ク ス合成ツール (Vivado お よ び ISE) で ロ ジ ッ ク 合成中に FSM ス タ イ ルを
抽出 し て再 イ ン プ リ メ ン ト す る こ と がで き ます。 それ以外のエ ン コ ーデ ィ ン グ ス タ イ ル (bin、 onehot) が選択 さ れ る
場合は、 エン コ ーデ ィ ン グ ス タ イ ルはザ イ リ ン ク ス ロ ジ ッ ク 合成ツールでは最適化 し 直す こ と がで き ません。
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デザイ ン最適化
RTL コ ン フ ィ ギ ュ レ ー シ ョ ン を 定義す る に は、 [Solution] → [Solution Settings] を ク リ ッ ク し 、 左側の ボ ッ ク ス で
[General] を 選択 し て [Add] を ク リ ッ ク し 、 [Command] ド ロ ッ プ ダ ウ ン リ ス ト か ら [config_interface] を 選択 し ま す (
図 1-46)。
X-Ref Target - Figure 1-46
図 1‐46 : RTL コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン
RTL コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン設定で最 も 重要なのは、 通常 リ セ ッ ト 動作の選択です。
RTL リ セ ッ ト 動作の選択
リ セ ッ ト 動作について説明す る 前に、 初期化 と リ セ ッ ト の違いを理解 し てお く こ と が重要です。
C では、 変数は static 修飾子で定義 さ れ、 グ ロ ーバルに定義 さ れた変数はデフ ォ ル ト で 0 に初期化 さ れ ます。 こ れ ら
の変数に初期値を指定す る こ と も 可能です。 変数の初期値を指定 し た場合、 C コ ー ド の初期値は コ ンパ イ ル時 (時間
0) に割 り 当て ら れ、 その後再び割 り 当て ら れ る こ と はあ り ません。 RTL では、 ど ち ら の場合 も 、 同 じ 初期値が合成後
に イ ンプ リ メ ン ト さ れ る ので、 FPGA ビ ッ ト ス ト リ ームでデバ イ ス が同 じ 初期値で初期化 さ れ る よ う にな り ます。
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デザイ ン最適化
ス タ テ ィ ッ ク 変数ま たはグ ロ ーバル変数でない変数に初期値が設定 さ れてい る 場合、 関数が実行 さ れ る たびに初期値
が割 り 当て ら れ ます。 つま り 、 こ の よ う な変数の初期化は RTL デザ イ ン が開始す る たびに実行 さ れ、 通常の動作の
一部 と な り ま す。 こ の よ う な初期化の例は、 ア キ ュ ム レー タ です。 新 し いデー タ サ ン プルが到着す る と 、 ア キ ュ ム
レー タ が 0 に設定 さ れ、 計算お よ び累積が実行 さ れます。 結果が次の ト ラ ンザ ク シ ョ ンに繰 り 越 さ れ る こ と はあ り ま
せん。 次のサンプルが到着す る と 、 ア キ ュ ム レー タ が再び 0 に設定 さ れます。
ス タ テ ィ ッ ク 変数お よ びグ ロ ーバル変数の初期値が RTL で も 割 り 当て ら れ る こ と に加え、 オプ シ ョ ン で RTL に リ
セ ッ ト を適用す る こ と も で き ます。 デフ ォ ル ト では リ セ ッ ト が追加 さ れます。
注記 : リ セ ッ ト は初期化 と は別であ り 、 初期化に加えて設定 さ れます。
リ セ ッ ト の コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンに よ っ ては、 リ セ ッ ト 信号が適用 さ れた と き に、 変数が電源投入時の初期ス テー
ト に初期化 さ れない場合 も あ り ます。 その場合、 初期値は電源投入時にのみ適用 さ れます。
現在の と こ ろ、 デフ ォ ル ト では ス タ テ ィ ッ ク 変数お よ びグ ロ ーバル変数は リ セ ッ ト 時に再初期化 さ れません。
RTL の リ セ ッ ト 動作は、 図 1-46 に示す RTL コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン設定ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス で指定 し ます。
リ セ ッ ト の極性、 リ セ ッ ト が同期ま たは非同期の ど ち ら か (ザ イ リ ン ク ス テ ク ノ ロ ジでは同期 リ セ ッ ト の使用を推奨
)、 お よ び [reset] オプシ ョ ンで リ セ ッ ト 信号を適用 し た と き に リ セ ッ ト する レ ジ ス タ を指定で き ます。
[reset] オプシ ョ ンには、 次の 4 つの設定があ り ます。
•
[none] : デザ イ ンに リ セ ッ ト は追加 さ れません。
•
[control] : ス テー ト マシ ンに使用 さ れ る レ ジ ス タ や I/Oプ ロ ト コ ル信号を生成す る ために使用 さ れ る レ ジ ス タ な
ど の レ ジ ス タ を リ セ ッ ト に よ り 制御 し ます。
•
[state] : C コ ー ド の ス タ テ ィ ッ ク 変数ま たはグ ロ ーバル変数か ら 生成 さ れた レ ジ ス タ お よ びレ ジ ス タ / メ モ リ を リ
セ ッ ト に よ り 制御 し ます。 C コ ー ド で初期化 さ れ る ス タ テ ィ ッ ク 変数ま たはグ ロ ーバル変数は、 初期値に リ セ ッ
ト さ れます。
•
[all] : デザ イ ン内の レ ジ ス タ お よ び メ モ リ をすべて リ セ ッ ト し ます。 C コ ー ド で初期化 さ れ る ス タ テ ィ ッ ク 変数
ま たはグ ロ ーバル変数は、 初期値に リ セ ッ ト さ れます。
デフ ォ ル ト 設定は [control] です。
注記 : [state] に設定す る と 、 RAM で イ ン プ リ メ ン ト さ れ る ア レ イ が リ セ ッ ト 時に初期化 さ れます。 RAM と し て イ ン
プ リ メ ン ト さ れ る 多 く のア レ イ は ス タ テ ィ ッ ク と し て定義 さ れ る ので、 要素が明示的に初期化 さ れな く て も 、 すべて
の要素が 0 に初期化 さ れます。
大型 メ モ リ の場合、 リ セ ッ ト に何 ク ロ ッ ク サ イ ク ル も かか る こ と があ り 、 イ ンプ リ メ ン ト す る のに よ り エ リ アお よ び
リ ソ ース が必要です。
RESET 指示子 を 使用す る と 、 さ ら に詳細に リ セ ッ ト を 制御で き ま す。 変数が ス タ テ ィ ッ ク か グ ロ ーバルの場合、
RESET 指示子を使用 し てそれを明示的に リ セ ッ ト で き ます。 -off オプシ ョ ン を使用す る と 、 リ セ ッ ト さ れない よ う に
変数の リ ス ト か ら それが削除 さ れます。
リ セ ッ ト ロ ジ ッ ク が RAM に配置 さ れない よ う にす る に し て、 サ イ ク ル オーバーヘ ッ ド を追加 し て、 RAM のすべて
のエ レ メ ン ト が リ セ ッ ト さ れ る よ う にす る には、 次の手順に従っ て く だ さ い。
•
デフ ォ ル ト の制御モー ド を使用 し 、 ス タ テ ィ ッ ク ま たはグ ロ ーバル変数がそれぞれ RESET 指示子で リ セ ッ ト さ
れ る よ う に指定 し ます。
•
ス テー ト モー ド を使用 し 、 RESET 指示子を使用 し て特定の ス タ テ ィ ッ ク ま たはグ ロ ーバル変数か ら リ セ ッ ト を
削除 し ます。
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関数の最適化
関数の最適化
関数を指定す る には、 GUI で指定可能な最適化の リ ス ト (図 1-47) を参照 し て く だ さ い。
1.
[Explorer] タ ブで ソ ース コ ー ド を ダブル ク リ ッ ク し て開 き ます。
2.
補足エ リ アで [Directive] タ ブ を ク リ ッ ク し ます。
3.
関数を右 ク リ ッ ク し て [Insert Directives] を ク リ ッ ク し ます。
4.
[Directive] ド ロ ッ プダ ウ ン リ ス ト か ら 適切な指示子を選択 し 、 オプシ ョ ン を設定 し ます。
X-Ref Target - Figure 1-47
図 1‐47 : 関数の指示子
ヒ ン ト : 関数レベルで適用で き る 指示子すべてが関数の最適化に関連 し てい る わけではあ り ません。
た と えば、 Array_Reshape 指示子は関数を選択す る と 適用で き ますが、 関数の ス コ ープ内の特定の変数に適用 さ れ、 関
数自体は最適化 さ れません。
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関数の最適化
表 1-6 に、 関数自体の動作お よ び最適化に影響す る 指示子を、 こ の章で説明す る 順に示 し ます。
表 1‐6 : 関数の最適化
GUI 指示子
説明
INLINE
関数を イ ン ラ イ ン化 し 、 関数の階層をすべて削除 し ます。 関数
呼び出 し のオーバーヘ ッ ド を削減する こ と に よ り 、 レ イ テ ン シ
お よ びスループ ッ ト を向上 し ます。
INSTANTIATE
関数を ロ ーカルで最適化で き る よ う に し ます。
DATAFLOW
関数レベルでの同時実行を イ ネーブルに し 、 スループ ッ ト お よ
び」 レ イ テ ン シ を向上 し ます。
PIPELINE
関数内での演算を同時実行で き る よ う に し 、 関数の開始間隔を
削減 し ます。
LATENCY
関数に最小お よ び最大レ イ テ ン シ制約を指定 し ます。
INTERFACE
関数 レ ベルのハ ン ド シ ェ イ ク を 適用 し ま す。 合成 さ れた制御
ポー ト start、 done、 お よ び idle に よ り 、 テ ス ト ベンチを再利用
で き ま す。 こ のオプシ ョ ン については、 「 イ ン タ ーフ ェ イ ス の
管理」 で詳細に説明 し ます。
関数の再利用、 イ ン ラ イ ン化、 および イ ン ス タ ン シ エーシ ョ ン
Vivado HLS では、 関数呼び出 し の階層の合成がサポー ト さ れ ま す。 デフ ォ ル ト では、 各関数が特定のハー ド ウ ェ ア
イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンにマ ッ プ さ れます。 関数内で同 じ 関数を複数回呼び出す と 、 RTL デザ イ ンにブ ロ ッ ク を イ ン
ス タ ン シエー ト す る よ う に、 同 じ ハー ド ウ ェ アが再利用 さ れます。
関数の再利用では、 関数内のすべての演算が共有 さ れ る ので、 リ ソ ース を共有 し 、 デザ イ ン を小型にす る のに効果的
です。 関数の階層を削除す る と 、 個々の演算が複数の場所で作成 さ れ、 同様の リ ソ ース共有は実行 さ れ ません (異な
る 場所での ロ ーカル最適化に よ り 共有が制限 さ れ る )。
関数のイ ン ラ イ ン化
関数に入っ た り 出た り す る には 1 サ イ ク ルかか る ので、 関数の階層を削除する と 、 レ イ テ ン シお よ びスループ ッ ト が
向上す る こ と があ り ます。
関数を イ ン ラ イ ン化す る と 、 関数の階層を削除で き ますが、 通常エ リ アが増加 し ます。 ただ し 、 関数が数回呼び出 さ
れ る だけで あ っ た り 小型の場合は、 関数を イ ン ラ イ ン化す る こ と に よ り 関数内の コ ン ポーネ ン ト を共有 し やす く な
り 、 エ リ アが向上す る こ と があ り ます。 こ のほかに も 、 関数を イ ン ラ イ ン化す る こ と が有益な場合があ り ます。
•
関数の共有を向上
•
アーキ テ ク チ ャ 探索機能を使用可能
関数のすべての イ ン ス タ ン ス に同 じ イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンが使用 さ れますが、 関数が確実に共有 さ れ る よ う にす る
には、 同 じ 関数内か ら 同 じ 階層レベルで呼び出す必要があ り ます。 こ れには、 ほかの関数を イ ン ラ イ ン化す る 必要が
あ る 場合 も あ り ます。
次の コ ー ド 例では、 関数呼び出 し foo_1 と foo_2 は共有で き ますが、 foo_3 は別の階層レベルにあ る ので共有で き ませ
ん。
foo {x,y} {
...
}
foo_sub (p, q) {
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関数の最適化
int q1 = q + 10;
foo(p1,q);// foo_3
...
}
void foo_top { a, b, c, d} {
...
foo(a,b);//foo_1
foo(a,c);//foo_2
foo_sub(a,d);
...
}
上記の例では、 イ ン ラ イ ン化を適用 し て関数 foo_sub に よ り 作成 さ れた階層を削除する こ と に よ り 、 共有を向上で き
ます。 こ れには、 GUI では 図 1-47 に示す [Vivado HLS Directive Editor] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス で [Directive] ド ロ ッ プダ
ウ ン リ ス ト か ら [INLINE] を選択す る か、 set_directive_inline コ マ ン ド を使用 し ます。
set_directive_inline foo_sub
イ ン ラ イ ン化指示子は、-recursive オプシ ョ ン を使用 し て指定の関数の下位にあ る すべての関数 も イ ン ラ イ ン化す る よ
う 指定で き ます。 上記の例で こ のオプシ ョ ン を使用す る と 、 関数 foo_sub と 関数呼び出 し foo_3 が イ ン ラ イ ン化 さ れ
ます。 -recursive オプシ ョ ン を最上位関数に使用する と 、 デザ イ ンのすべての関数階層が削除 さ れます。
-off オプシ ョ ン を使用す る と 、 関数が イ ン ラ イ ン化 さ れな く な り ます。 上記の例に次の コ マ ン ド を適用す る と し ます。
set_directive_inline -region -recursive foo_top
set_directive_inline -off foo_sub
foo_top の下位にあ る すべての関数が イ ン ラ イ ン化 さ れ、関数呼び出 し foo_1 お よ び foo_2 は イ ン ラ イ ン化 さ れますが、
foo_sub に -off オプシ ョ ンが使用 さ れてい る ので、 foo_3 は イ ン ラ イ ン化 さ れません。
関数の イ ン ラ イ ン化を使用す る と 、 ソ ース に変更を加えずに コ ー ド の構造を大き く 変更で き る ので、 アーキ テ ク チ ャ
探索の効果的な手法 と し て使用で き ます。
関数のイ ン ス タ ン シ エーシ ョ ン
関数の イ ン ス タ ン シエーシ ョ ンは、 関数階層を保持 し なが ら 、 関数の特定の イ ン ス タ ン ス に対 し て ロ ーカル最適化を
実行す る 最適化手法です。 こ れに よ り 関数呼び出 し 周辺の制御 ロ ジ ッ ク が簡略化 さ れ、 レ イ テ ン シお よ びスループ ッ
ト が向上す る こ と があ り ます。
関数 イ ン ス タ ン シエーシ ョ ンでは、 関数が呼び出 さ れた と き に関数の一部の入力が定数であ る こ と があ る と い う 事実
を利用 し て、 周辺の制御構造 (通常定数を生成) を簡略化 し 、 最適化 さ れた よ り 小型の関数ブ ロ ッ ク を作成 し ます。 こ
れを例を使用 し て説明 し ます。
次の よ う な コ ー ド があ る と し ます。
void A(){
B(true);
B(false);
B(true);
B(false);
}
void B(bool mode){
if (mode) {
// code segment 1
} else {
// code segment 2
}
}
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関数の最適化
関数 B は複数回実行 さ れますが、 mode が ture であ る か false であ る かに よ っ て、 排他的であ る 場合 と ない場合があ り
ます。 関数 B の各 イ ン ス タ ン スは同 じ よ う に イ ンプ リ メ ン ト さ れます。 こ れは関数の再利用お よ びエ リ ア最適化の面
では有益ですが、 関数内の制御 ロ ジ ッ ク が必要以上に複雑にな り ます。
関 数 の イ ン ス タ ン シ エ ー シ ョ ン を 実 行す る に は、 GUI の [Vivado HLS Directive Editor] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス の
[Directive] ド ロ ッ プダ ウ ン リ ス ト か ら [INSTANTIATE] を選択す る か、 コ ー ド にプ ラ グマ を挿入する か、 次の Tcl コ マ
ン ド を使用 し ます。
set_directive_function_instantiate -variable mode=true B
関数の イ ン ス タ ン シエーシ ョ ン を実行す る と 、 次に示す よ う に、 コ ー ド が 2 つの関数を含む も のに変更 さ れ、 それぞ
れがモー ド 値用に最適化 さ れます。
void A(){
B1();
B2();
B1();
B2();
}
void B1() {
// code segment 1
}
void B2() {
// code segment 2
}
関数 B か ら 作成 さ れた 2 つの新 し い関数 B1 と B2 では、 制御構造が簡略化 さ れてい ます。
関数が異な る 階層レベルで呼び出 さ れ、 イ ン ラ イ ン化をい く つ も 適用 し た り コ ー ド を変更 し た り し ない と 関数共有が
困難な場合、 関数の イ ン ス タ ン シエーシ ョ ンに よ り エ リ アが向上する こ と があ り ます。 ロ ーカルで最適化 さ れた小型
の関数の方が、 共有で き ない大型の関数が多数あ る よ り も 効率的です。
関数のデー タ フ ロー パイ プ ラ イ ン処理
デー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理は、 順次に記述 さ れた関数 (図 1-48) か ら 、 並列処理アーキ テ ク チ ャ (図 1-49) を作成
し ます。 デー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理は、 デザ イ ンの スループ ッ ト を向上する のに優れた方法です。
X-Ref Target - Figure 1-48
図 1‐48 : 順次関数記述
X-Ref Target - Figure 1-49
図 1‐49 : 並列処理アーキテ ク チ ャ
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関数の最適化
図 1-49 に示すチ ャ ネルに よ り 、 前の関数がすべての演算を完了す る ま で待機す る よ う にな っ てい ま す。 図 1-50 に、
デー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理に よ り 関数が ど の よ う に並列実行 さ れ、デザ イ ン全体の スループ ッ ト を向上 し て レ イ
テ ン シ を削減す る か を示 し ます。
デー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理が使用 さ れていない 図 1-50 の (A) では、func_A が開始 し てか ら 再び新 し い入力を処
理で き る よ う にな る のに 8 サ イ ク ルかか り 、 func_C に よ り 出力が書 き 込まれ る ま でに 8 サ イ ク ルかか り ます (出力は
func_C の最後に書 き 込まれ る )。
図 1-50 (B) では、 func_A が開始 し てか ら 3 ク ロ ッ ク サ イ ク ル後に新 し い入力を処理で き (ス ループ ッ ト が向上)、 最
終的な値が出力に書 き 込まれ る ま でに 5 サ イ ク ルかか り ます (レ イ テ ン シが短縮)。
X-Ref Target - Figure 1-50
図 1‐50 : デー タ フ ロー パイ プ ラ イ ン処理
処理間のチ ャ ネルは、 デー タ の送信側 と 受信側のア ク セ ス パ タ ーンに よ っ て、 ピ ン ポ ン バ ッ フ ァ ーま たは FIFO で イ
ンプ リ メ ン ト さ れます。
•
関数パ ラ メ ー タ ー (送信側ま たは受信側) がア レ イ の場合、 チ ャ ネルはピ ン ポ ン バ ッ フ ァ ー と し て、 標準 メ モ リ
ア ク セ ス を使用 し てア ド レ ス信号 と 制御信号 と 共に イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
•
ス カ ラ ー、 ポ イ ン タ ー、 参照パ ラ メ ー タ ー、 お よ び関数 リ タ ーンの場合は、 チ ャ ネルは FIFO と し て イ ンプ リ メ
ン ト さ れます。こ の場合、使用 さ れ る ハー ド ウ ェ ア リ ソ ース は少な く な り ますが (ア ド レ スは生成 さ れない)、デー
タ にシーケ ン シ ャ ルにア ク セ スす る 必要があ り ます。
重要 : デー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理を使用す る には、 引数を各関数で 2 回 し か使用で き ません。 1 回は送信側で 1
つの関数呼び出 し か ら (戻 り 引数を含む)、 も う 1 回は受信側で別の関数引数で使用 し ます。
デー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理は、 GUI の [Vivado HLSL Directive Editor] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス で [Directive] ド ロ ッ プ
ダ ウ ン リ ス ト か ら [DATAFLOW] を選択す る か、 set_directive_dataflow コ マ ン ド を使用 し ます。 関数に対 し て こ の指示
子を設定す る と 、 Vivado HLS でその関数内の関数の並列処理を向上す る よ う 処理 さ れ ま す。 図 1-50 に示す例では、
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関数の最適化
次の コ マ ン ド を使用す る と 関数 func_A、 func_B、 お よ び func_C に対 し てデー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理が実行 さ れ
ます。
set_directive_dataflow top
デー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理を使用する と 、デフ ォ ル ト では Vivado HLS で各 RTL ブ ロ ッ ク を同 じ ク ロ ッ ク エ ッ
ジで開始で き る か ど う かが試み ら れます。 デー タ の依存性に よ り 前の関数か ら デー タ が供給 さ れ る ま で次の関数を実
行で き ない場合 (図 1-50 の (B) では func_B は func_A が i1 を生成す る ま で 1 ク ロ ッ ク サ イ ク ル待つ必要があ る )、1 つ
のブ ロ ッ ク の開始 と 次のブ ロ ッ ク の開始間隔が可能な最小サ イ ク ル数に調整 さ れます。
ス カ ラ ー値の場合、 最大チ ャ ネル サ イ ズは 1 で、 1 つの関数か ら 別の関数に渡す こ と ので き る 値は 1 つのみです。 関
数引数 と し てア レ イ を使用す る と 、チ ャ ネル ( メ モ リ ) の要素数は受信側ア レ イ ま たは送信側ア レ イ の最大サ イ ズで定
義 さ れます。 Vivado HLS では、 デフ ォ ル ト のチ ャ ネル ワ ー ド 数を指定で き ます (次の 「デー タ フ ロ ー メ モ リ の設定」
セ ク シ ョ ン を参照)。
関数にデー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理を適用す る と 、 現在の階層 レベルの下位関数のみがパ イ プ ラ イ ン処理 さ れ ま
す。 下位関数に別の関数が含まれてお り 、 デー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理が有益であ る 場合、 下位関数を イ ン ラ イ ン
化 し て、 すべての関数が同 じ 階層レベルにな る よ う に し ます。
デー タ フ ロー メ モ リ の設定
関数 イ ン タ ーフ ェ イ ス間で使用 さ れ る デフ ォ ル ト のチ ャ ネルは、 config_dataflow コ マ ン ド を使用 し て指定で き ます。
こ の コ マ ン ド を使用す る と 、 ソ リ ュ ーシ ョ ンのデフ ォ ル ト 操作を設定で き ます。 デザ イ ンのすべてのチ ャ ネルに対す
る デフ ォ ル ト のチ ャ ネル サ イ ズお よ び イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン を指定可能です。
config_dataflow -default_channel (fifo | *pingpong*) -fifo_depth <FIFO size>
チ ャ ネルのサ イ ズは、 受信側ア レ イ ま たは送信側ア レ イ の最大サ イ ズで定義 さ れます。 こ れに よ り 、 チ ャ ネルに常に
損失な し にサンプルすべて を維持で き る よ う にな り ますが、 場合に よ っ ては、 こ れは控えめすぎ る 設定であ る こ と が
あ り ます。 こ れは、 ビデオ ス ト リ ームや通信ス ト リ ーム な ど のデー タ 間隔が 1 のデザ イ ンに よ く 見 ら れます。 こ の場
合、 生成側ブ ロ ッ ク ま たはループが新 し いデー タ 値を出力する と 、 消費側ブ ロ ッ ク ま たはループでそれが読み出 さ れ
る ので、 チ ャ ネルは 1 つの値のみを維持す る 必要があ り ます。 こ の場合、 元のア レ イ サ イ ズで定義 さ れた メ モ リ は無
駄にな り ます。
チ ャ ネ ル で 使 用 さ れ る メ モ リ サ イ ズ を 削減す る に は、 FIFO を 使用 で き ま す。 FIFO を 使用す る と 、 前述 の
config_dataflow コ マ ン ド の よ う に、-fifo_depth オプシ ョ ン を使用 し て深 さ (FIFO のエ レ メ ン ト 数) を明確に指定で き ま
す。
FIFO のサ イ ズ を指定す る と 、 デフ ォ ル ト の設定が上書 き さ れます。 指定 し た FIFO サ イ ズ よ り も デザ イ ンのブ ロ ッ ク
が高い レー ト でサ ン プルを生成ま たは消費す る 場合は、 FIFO が空ま たはフルにな っ て、 デザ イ ン が停止 し 、 読み出
し (ま たは書き 込み) がで き な く な り 、 停止 し た ま ま回復で き ない状態にな り ます。 こ れは、 協調シ ミ ュ レーシ ョ ン を
実行す る 場合、 ま たは こ のブ ロ ッ ク が完全なシ ス テ ムで使用 さ れ る 場合にのみ発生 し ます。
こ の よ う な場合、 デフ ォ ル ト の深 さ で FIFO を使用 し て、 RTL 協調シ ミ ュ レーシ ョ ン で問題がなか っ たか ど う か を確
認 し てか ら 、 FIFO のサ イ ズ を削減 し て、 RTL 協調シ ミ ュ レーシ ョ ン がそれで も 問題ないか ど う か を確認す る こ と を
お勧め し ます。 RTL 協調シ ミ ュ レーシ ョ ンがエ ラ ーにな る 場合は、 FIFO のサ イ ズが小 さ すぎ て、 停止を回避で き な
か っ た可能性があ り ます。
こ の場合、 レ ジ ス タ を い く つか戻 し て、 停止 し た RTL シ ミ ュ レーシ ョ ン をデバ ッ グ し て原因を探 る よ り も 、 デフ ォ
ル ト の FIFO サ イ ズ を予想 さ れ る 最小の値 よ り も 大 き い値に設定 し て、 RTL 協調シ ミ ュ レーシ ョ ンの終了を確認 し て
か ら 、 次に進む方が生産的です。
デフ ォ ル ト のチ ャ ネル タ イ プが FIFO で、 set_directive_stream コ マ ン ド を使用 し て ア レ イ が ス ト リ ー ミ ン グ以外に設
定 さ れてい る 場合、そのア レ イ のチ ャ ネル イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンはデフ ォ ル ト で pingpong チ ャ ネルにな り ます (明
示的なデ ィ レ ク ト リ に よ り コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンが変更 さ れ る )。
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関数の最適化
関数のパイ プ ラ イ ン処理
デー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理では関数間の通信が最適化 さ れて スループ ッ ト が向上 し ますが、関数のパ イ プ ラ イ ン
処理では関数内の操作が最適化 さ れ、 スループ ッ ト が向上 さ れます。
図 1-51 に、 関数のパ イ プ ラ イ ン処理に よ る ス ループ ッ ト の向上を示 し ます。 関数のパ イ プ ラ イ ン処理では、 操作が
同時に実行 さ れます。 関数が次の操作を開始す る 前にすべての操作を完了す る 必要はあ り ません。
X-Ref Target - Figure 1-51
図 1‐51 : 関数のパイ プ ラ イ ン処理
パ イ プ ラ イ ン処理 さ れていない場合、 関数で入力が 3 ク ロ ッ ク サ イ ク ルご と に読み出 さ れ、 値が 2 サ イ ク ルご と に出
力 さ れます。 パ イ プ ラ イ ン処理を実行す る と 、 新 し い入力は各サ イ ク ルで読み出 さ れ、 出力レ イ テ ン シ ま たは使用 さ
れ る リ ソ ース に変化はあ り ません。
関数のパ イ プ ラ イ ン処理は、 パ イ プ ラ イ ン処理の妨げ と な る リ ソ ース の競合やデー タ の依存性がない場合にのみ可能
です。 た と えば、 図 1-52 でア レ イ m[2] がシ ン グル ポー ト RAM に イ ン プ リ メ ン ト さ れてい る と す る と 、 図 1-52 の
(A) に示す よ う に、 入力 m[2] に対す る 2 つの読み出 し (op_Read_m[0] お よ び op_Read_m[1]) を同 じ ク ロ ッ ク サ イ ク ル
で実行す る こ と はで き ないので、 関数はパ イ プ ラ イ ン処理で き ません。
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101
関数の最適化
X-Ref Target - Figure 1-52
図 1‐52 : パイ プ ラ イ ン処理によ る リ ソ ースの競合
こ の関数は、 図 1-53 の (B) に示す よ う にパ イ プ ラ イ ンの開始間隔を増加する と 、 パ イ プ ラ イ ン処理で き ます。 開始間
隔は、 入力の読み出 し 間のサ イ ク ル数です。
図 1-52 の (A) では新 し い操作が各 ク ロ ッ ク サ イ ク ルで実行 さ れ る ので、 開始間隔は 1 です。 図 1-52 の (B) では開始
間隔 2 が使用 さ れてお り 、 入力ポー ト で リ ソ ース の競合が発生する こ と はな く な り 、 関数が正 し く パ イ プ ラ イ ン処理
さ れてい ます。
注記 : リ ソ ース の競合は、ポー ト に対す る 読み出 し お よ び書 き 込み、使用可能な乗算器が 1 つのみな ど限 ら れた リ ソ ー
スへのア ク セ ス、 ま たは RAM ま たは FIFO にマ ッ プ さ れた ア レ イ の読み出 し お よ び書 き 込みに よ り 発生す る こ と が
あ り ます。
パ イ プ ラ イ ン処理で適切な開始間隔が達成で き なか っ た場合の リ ソ ース競合については、 「ア レ イ の最適化」 お よ び
「ハー ド ウ ェ ア リ ソ ー ス の制御」 を参照 し て く だ さ い。 図 1-52 の リ ソ ー ス 競合は、 ア レ イ m[2] にデ ュ アル ポー ト
RAM を使用 し て、 同 じ ク ロ ッ ク サ イ ク ルで 2 つの読み出 し を実行で き る よ う に し て も 解決で き ます。
関数のパ イ プ ラ イ ン処理は、 次の Tcl コ マ ン ド を使用 し て適用で き ます。
set_directive_pipeline function_foo
ま たは、GUI の [Vivado HLS Directive Editor] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス で [Directive] ド ロ ッ プダ ウ ン リ ス ト か ら [PIPELINE]
を選択 し ます。 パ イ プ ラ イ ン処理は、 指定の関数の階層に適用 さ れます。 その階層の下にあ る すべての下位関数はす
べて イ ン ラ イ ン化 さ れ、 階層内のループは展開 さ れます。
デフ ォ ル ト では、 関数のパ イ プ ラ イ ン処理に よ り 恒久的に実行 さ れ る パ イ プ ラ イ ンが作成 さ れ ます。 -flush オプシ ョ
ン を使用す る と 、 パ イ プ ラ イ ン を フ ラ ッ シ ュ し て空にす る こ と がで き ます。 パ イ プ ラ イ ン を フ ラ ッ シ ュ す る と 、 パ イ
プ ラ イ ンの開始時にデー タ Valid 信号に よ り デー タ がない こ と が示 さ れた と き に、 新 し い入力の読み出 し は停止 さ れ
ますが、 処理は継続 さ れ、 最後の入力が処理 さ れて出力 さ れ る ま で、 1 段ずつパ イ プ ラ イ ン段を閉鎖 し てい き ます。
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102
ループの最適化
レ イ テ ン シ制約
Vivado HLS では、 関数に レ イ テ ン シ制約を使用で き ます。 関数に最大制約ま たは最小制約を設定する と 、 Vivado HLS
で関数のすべての操作が指定の ク ロ ッ ク サ イ ク ル内に完了する よ う 処理 さ れます。
レ イ テ ン シ制約は、 図 1-47 に示す [Vivado HLS Directive Editor] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス で [Directive] ド ロ ッ プダ ウ ン リ
ス ト か ら [LATENCY] を選択す る か、 set_directive_latency コ マ ン ド を使用 し ます。
set_directive_latency -min 3 -max 5 function_foo
次は、 レ イ テ ン シ制約を満たす こ と がで き ない イ ベン ト があ る 場合の Vivado HLS の ビヘ イ ビ アーについて説明 し ま
す。
レ イ テ ン シ を満たす こ と がで き ない原因が タ イ ミ ン グ違反にあ る 場合、 Vivado HLS では ロ ーカル タ イ ミ ン グ違反を
使用 し て制約を維持す る こ と がで き ます。使用可能な ロ ーカル タ イ ミ ン グ違反は Vivado HLS で制御 さ れ る ので、ユー
ザーが制御す る 必要はあ り ません。
こ の場合の最適化 ス ト ラ テ ジは、 レ イ テ ン シ制約を満た し て、 タ イ ミ ン グ違反が RTL ロ ジ ッ ク 合成中に修正 さ れ る
か ど う か を確認す る ための も のです。 タ イ ミ ン グ違反が論理合成で満たすには大 き すぎ る 場合は、 「 ロ ジ ッ ク 構造の
最適化」 の手法を使用 し て ロ ジ ッ ク 遅延を削減 し てみて く だ さ い。
デー タ の依存性や複数の タ イ ミ ン グ制約があ る ため、 ま たは タ イ ミ ン グ違反が大き すぎ る な ど の原因で、 Vivado HLS
で レ イ テ ン シ制約を満たす こ と がで き ない場合は、Vivado HLS で レ イ テ ン シ制約が緩め ら れ、可能な限 り 最適な結果
を達成 し よ う と さ れます。
最小の レ イ テ ン シ制約が設定 さ れ、Vivado HLS で必要 と さ れ る 最小値 よ り も 小 さ い レ イ テ ン シでデザ イ ンが生成 さ れ
る 場合は、 単にダ ミ ー ク ロ ッ ク サ イ ク ルを挿入 し て最小レ イ テ ン シ を満たそ う と し ます。
すべての レ イ テ ン シ制約が満た さ れてい る か ど う かを確認す る には、 制約レ ポー ト を参照 し て く だ さ い。
関数のイ ン タ ー フ ェ イ ス プ ロ ト コ ル
Vivado HLS には、 関数の イ ン タ ーフ ェ イ ス プ ロ ト コ ルを作成す る 機能があ り ます。 関数を合成す る と 、 各関数パ ラ
メ ー タ ー、 関数の戻 り 値、 お よ び関数に よ り ア ク セ ス さ れ る グ ロ ーバル変数が、 最終的な RTL デザ イ ン では入力ポー
ト ま たは出力ポー ト と し て イ ン プ リ メ ン ト さ れ ます。 グ ロ ーバル変数の合成に関す る 詳細は、 「デー タ 型」 セ ク シ ョ
ン で説明 さ れてい ます。 こ れ ら のポー ト に加え、 Vivado HLS では関数の制御ポー ト を合成で き 、 RTL イ ン プ リ メ ン
テーシ ョ ン を周辺のシ ス テ ムに統合で き る よ う に し ます。
イ ン タ ーフ ェ イ ス プ ロ ト コ ルでは、 1 に設定する こ と に よ り 関数の実行を開始する 入力信号 (ap_start)、 関数がすべて
の操作を完了 し た こ と を示す出力信号 (ap_done)、 お よ び関数で操作が実行 さ れていない こ と を示すア イ ド ル出力信
号 (ap_idle) が供給 さ れます。
関数レベルの イ ン タ ーフ ェ イ ス プ ロ ト コ ルが追加 さ れので、 プ ロ ト コ ルの イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン の詳細を ソ ース
コ ー ド に記述す る 必要はな く 、 アルゴ リ ズ ムの高位仕様を保つ こ と がで き ます。
イ ン タ ーフ ェ イ ス プ ロ ト コ ルは階層の関数に適用で き ますが、 最上位関数にのみ適用 し 、 Vivado HLS に よ り 下位関
数間の最適な通信が ス ケ ジ ュ ー リ ン グ さ れ る よ う にす る こ と をお勧め し ます。
関数の イ ン タ ーフ ェ イ ス プ ロ ト コ ルについては、 「 イ ン タ ーフ ェ イ ス の管理」 を参照 し て く だ さ い。
ループの最適化
関数内の C 言語記述は、 一般的に複数のループに よ り 構成 さ れ ます。 HLS でループが ど の よ う に イ ン プ リ メ ン ト お
よ び最適化 さ れ る か、 ループ階層が ど の よ う に影響す る か を理解す る こ と は、 には、 RT レベルで最良のパフ ォーマ
ン ス を達成す る ために重要です。
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103
ループの最適化
ループに指定可能な指示子は、 GUI に リ ス ト さ れます (図 1-53)。
1.
[Explorer] タ ブで ソ ース コ ー ド を ダブル ク リ ッ ク し て開 き ます。
2.
補足エ リ アで [Directive] タ ブ を ク リ ッ ク し ます。
3.
ループ を右 ク リ ッ ク し て [Insert Directives] を ク リ ッ ク し ます。
4.
[Directive] ド ロ ッ プダ ウ ン リ ス ト か ら 適切な指示子を選択 し 、 オプシ ョ ン を設定 し ます。
X-Ref Target - Figure 1-53
図 1‐53 : ループの指示子
重要 : ループに適用で き る 指示子すべてがループの最適化に関連 し てい る わけではあ り ません。
た と えば、 BALANCE 指示子をループに適用する と 、 ループで作成 さ れた ロ ジ ッ ク 構造に適用 さ れます。 ロ ジ ッ ク 最
適化については、 別の章で説明 し ます。
表 1-7 に、 ループに適用可能な最適化を、 こ の章で説明す る 順に示 し ます。
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104
ループの最適化
表 1‐7 : ループ レ ベルの最適化
GUI 指示子
説明
UNROLL
for ループ を展開 し 、 複数の操作を 1 つに ま と めた も のではな
く 、 複数の個別の操作を作成 し ます。
MERGE
連続す る ループ を結合 し て、 全体的な レ イ テ ン シ を削減 し 、 共
有お よ び最適化を向上 し ます。
FLATTEN
ネ ス ト さ れたループ を 1 つのループに し 、 レ イ テ ン シお よ び ロ
ジ ッ ク 最適化を向上 し ます。
DATAFLOW
シーケ ン シ ャ ル ループ を同時に実行で き る よ う に し ます。
PIPELINE
並列演算を実行する こ と に よ り 開始間隔を改善 し ます。
DEPENDENCE
ループ キ ャ リ ー依存性を解決す る た めの追加情報を供給 し ま
す。
TRIPCOUNT
反復解析を設定 し ます。
LATENCY
ループ操作のサ イ ク ル レ イ テ ン シ を指定 し ます。
ループの展開
Vivado HLS のデ フ ォ ル ト では、 ループは展開 さ れ ま せん。 つ ま り 、 ループは 1 つのエ ン テ ィ テ ィ と し て処理 さ れ、
ループのすべての操作は同 じ ハー ド ウ ェ ア リ ソ ース を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
Vivado HLS には、 for ループの一部ま たは全体を展開す る 機能があ り ます。
図 1-54 に、 ループ展開の利点 と 、 ループ を展開す る 際の考慮事項を示 し ま す。 図 1-54 の例では、 ア レ イ a[i]、 b[i]、
お よ び c[i] は RAM にマ ッ プ さ れ る と 想定 さ れてい ます。 ア レ イ が順次エ レ メ ン ト にマ ッ プ さ れない場合、 サ イ ク ル
数は乗算器の組み合わせ遅延に よ り 決ま り ます。
図 1-54 か ら まず最初にわか る こ と は、 ループの展開を適用 し ただけで多数の イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン を作成で き る
と い う こ と です。
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ループの最適化
X-Ref Target - Figure 1-54
図 1‐54 : ループの展開
•
未展開のループ : ループが展開 さ れていない場合、 各反復は異な る ク ロ ッ ク サ イ ク ルで実行 さ れます。 こ の イ ン
プ リ メ ン テーシ ョ ンは 4 ク ロ ッ ク サ イ ク ルかか り 、1 つの乗算器のみが必要で、各 RAM はシ ン グル ポー ト RAM
にで き ます。
•
部分的に展開 さ れた ループ : こ の例では、 ループが係数 2 で部分的に展開 さ れてい ます。 こ の イ ンプ リ メ ン テー
シ ョ ンには、 各 RAM に対 し て 2 つの読み出 し ま たは書き 込みを同 じ ク ロ ッ ク サ イ ク ルで実行する ため乗算器 2
つ と デ ュ アル ポー ト RAM が必要ですが、 2 ク ロ ッ ク サ イ ク ルで完了 し 、 未展開のループ と 比較す る と 開始間隔
は 1/2、 レ イ テ ン シは 1/2 にな り ます。
•
完全に展開 さ れた ループ : ループ操作全体を完全に展開 し た例は、 1 ク ロ ッ ク サ イ ク ルで実行で き ますが、 乗算
器が 4 つ必要で、 4 つの読み出 し 操作 と 4 つの書 き 込み操作を同 じ ク ロ ッ ク サ イ ク ルで実行す る 必要があ り ま
す。 ク ワ ッ ド ポー ト RAM は一般的ではないので、 ア レ イ を RAM ではな く レ ジ ス タ のア レ イ で イ ンプ リ メ ン ト
す る か、 ア レ イ のパーテ ィ シ ョ ン ま たはア レ イ の構成の変更が必要にな り ます。
ア レ イ の イ ンプ リ メ ン ト 方法 (一部ま たはすべて を RAM にマ ッ プ)、 乗算器の遅延に よ っ ては、 こ の単純な例にはほ
かに も 多数の イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンが可能です。
ループの展開は、 GUI の 図 1-47 に示す [Vivado HLS Directive Editor] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス で [Directive] ド ロ ッ プダ ウ
ン リ ス ト か ら [UNROLL] を選択 し て、 個々のループに指示子を適用 し ます。 ま たは、 関数自体に UNROLL 指示子を
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設定 し 、 関数内のすべての for ループに適用で き ます (図 1-47)。 特定のループ を展開す る には、 次の Tcl コ マ ン ド を
使用 し ます。
set_directive_unroll -skip_exit_check -factor 2 top/for_mult
set_directive_unroll コ マ ン ド は、 指示子を プ ラ グマ と し て ソ ー ス コ ー ド に挿入 し てい る 場合以外は、 ラ ベルの付け ら
れたループにのみ適用可能です (図 1-54)。 指示子を プ ラ グ マ と し て ソ ース コ ー ド に挿入す る と 、 コ ー ド のすべての
バージ ョ ンに適用 さ れます。
ループ を部分的に展開す る 場合、 展開係数を最大反復回数の整数倍にす る 必要はあ り ません。 Vivado HLS では、 部分
的に展開 さ れたループが元のループ と 同 じ よ う に動作す る こ と を確認す る チ ェ ッ ク が追加 さ れます。 た と えば、 次の
よ う な コ ー ド があ る と し ます。
for(int i = 0; i < N; i++) {
a[i] = b[i] + c[i];
}
ループ を係数 2 で展開す る と 、 RTL に イ ンプ リ メ ン ト し た と き に機能が同 じ にな る よ う に、 コ ー ド が break コ ン ス ト
ラ ク ト を使用 し た次の よ う な も のにな り ます。
for(int i = 0; i < N; i += 2) {
a[i] = b[i] + c[i];
if (i+1 >= N) break;
a[i+1] = b[i+1] + c[i+1];
}
N は変数なので、 Vivado HLS で最大値を特定で き ない場合があ り ます (入力ポー ト で駆動 さ れてい る 可能性あ り )。 展
開係数 ( こ の例の場合は 2) が最大反復数 N の整数倍であ る こ と がわかっ てい る 場合は、-skip_exit_check オプシ ョ ン を
使用 し て終了時のチ ェ ッ ク を削除で き ます。 展開の結果は、 次の よ う にな り ます。
for(int i = 0; i < N; i += 2) {
a[i] = b[i] + c[i];
a[i+1] = b[i+1] + c[i+1];
}
こ れに よ り エ リ アが最小限に抑え ら れ、 制御 ロ ジ ッ ク が簡略化 さ れます。
C++ ク ラ スのループの展開
ループ を C++ ク ラ ス で使用す る 場合、 ループ帰納変数が ク ラ ス のデー タ メ ンバーにな ら ない よ う に注意す る 必要が
あ り ます。 ループ帰納変数が ク ラ ス のデー タ メ ンバーにな る と 、 ループ を展開で き な く な り ます。
こ の例では、 ループ帰納変数 k が ク ラ ス foo_class の メ ンバーです。
template <typename T0, typename T1, typename T2, typename T3, int N>
class foo_class {
private:
pe_mac<T0, T1, T2> mac;
public:
T0 areg;
T0 breg;
T2 mreg;
T1 preg;
T0 shift[N];
int k;
// Class Member
T0 shift_output;
void exec(T1 *pcout, T0 *dataOut, T1 pcin, T3 coeff, T0 data, int col)
{
Function_label0:;
#pragma HLS inline off
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SRL:for (k = N-1; k >= 0; --k) {
#pragma HLS unroll// Loop will fail UNROLL
if (k > 0)
shift[k] = shift[k-1];
else
shift[k] = data;
}
*dataOut = shift_output;
shift_output = shift[N-1];
}
*pcout = mac.exec1(shift[4*col], coeff, pcin);
};
UNROLL プ ラ グマ指示子で指定 し た よ う に Vivado HLS でループ を展開で き る よ う にす る には、 コ ー ド を記述 し 直
し て k を ク ラ ス メ ンバーか ら はずす必要があ り ます。
template <typename T0, typename T1, typename T2, typename T3, int N>
class foo_class {
private:
pe_mac<T0, T1, T2> mac;
public:
T0 areg;
T0 breg;
T2 mreg;
T1 preg;
T0 shift[N];
T0 shift_output;
void exec(T1 *pcout, T0 *dataOut, T1 pcin, T3 coeff, T0 data, int col)
{
Function_label0:;
int k;
// Local variable
#pragma HLS inline off
SRL:for (k = N-1; k >= 0; --k) {
#pragma HLS unroll// Loop will unroll
if (k > 0)
shift[k] = shift[k-1];
else
shift[k] = data;
}
*dataOut = shift_output;
shift_output = shift[N-1];
}
*pcout = mac.exec1(shift[4*col], coeff, pcin);
};
ループの結合
展開 さ れたループか ら は、少な く と も 1 つの ス テー ト を持つ有限ス テー ト マシ ン (FSM) が作成 さ れます。複数のシー
ケ ン シ ャ ル ループがあ る 場合、 こ れに よ り 余分な ク ロ ッ ク サ イ ク ルが追加 さ れ、 こ れ以上の最適化がで き な く な り
ます。
図 1-55 に、 簡潔に見え る コ ー ド 記述が RTL デザ イ ンのパフ ォーマ ン ス に悪影響を与えてい る 例を示 し ます。
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ループの最適化
X-Ref Target - Figure 1-55
図 1‐55 : ループの指示子
図 1-55 (A) は、 デフ ォ ル ト では展開 さ れた各ループか ら 、 FSM3 に最低 1 つ (実行 さ れ る 操作の回数に よ り こ れ以上)
の ス テー ト が作成 さ れます。 こ れ ら の ス テー ト 間の遷移に よ り 、 ク ロ ッ ク サ イ ク ルが浪費 さ れます。 各ループの反復
に 1 ク ロ ッ ク サ イ ク ルかか る と す る と 、 両方のループを実行する のに 11 サ イ ク ルかか り ます。
•
Add ループに入る のに 1 ク ロ ッ ク サ イ ク ル
•
Add ループ を実行す る のに 4 ク ロ ッ ク サ イ ク ル
•
Add ループ を抜けて Sub ループに入る のに 1 ク ロ ッ ク サ イ ク ル
•
Sub ループ を実行す る のに 4 ク ロ ッ ク サ イ ク ル
•
Sub ループ を抜け る のに 1 ク ロ ッ ク サ イ ク ル
•
合計 11 ク ロ ッ ク サ イ ク ル
こ の単純な例では、 Add ループに else 分岐を追加す る こ と に よ り 問題を解決で き る こ と は簡単にわか り ますが、 よ り
複雑な コ ー ド ではそ う 簡単にはわか ら ない可能性 も あ り 、同 じ デザ イ ン チームのほかの設計者が複雑なアルゴ リ ズ ム
を簡単に理解で き る よ う に、 よ り わか り やすい コ ー ド 記述を使用 し た方が有益か も し れません。 同 じ 結合操作を実行
す る のに、 複数の if-else 文を追加す る な ど、 文を追加する と 、 コ ー ド が理解 し に く く な る 可能性があ り ます。
Vivado HLS には、ループ を結合す る 機能があ り ます。関数 (ま たは両方のループ を含む領域) に対 し て、GUI の [Vivado
HLS Directive Editor] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス で [Directive] ド ロ ッ プダ ウ ン リ ス ト か ら [MERGE] を選択す る と 、 Vivado
HLS でループが結合 さ れ、 図 1-55 (B) に示す 6 ク ロ ッ ク サ イ ク ルで完了す る も の と 同様の制御構造が作成 さ れます。
現在の と こ ろ、 Vivado HLS のループの結合には次の制限があ り ます。
•
ループの範囲がすべて変数であ る 場合は、 同 じ 値であ る 必要があ り ます。
•
ループの範囲が定数であ る 場合は、 最大定数値が結合 さ れたループの範囲 と し て使用 さ れます。
•
変数範囲 と 定数範囲の両方を使用す る ループは結合で き ません。
•
結合 さ れ る ループの間の コ ー ド に よ る 影響がない こ と を確認 し ます。 つま り 、 こ の コ ー ド を複数回実行 し た と き
に、 同 じ 結果が得 ら れ る よ う に し ます。 た と えば、 a=b は使用で き ますが、 a=a+1 は使用で き ません。
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ループの最適化
•
ループに FIFO の読み出 し が含まれてい る 場合は結合で き ません。 FIFO か ら の読み出 し ま たは FIFO イ ン タ ー
フ ェ イ ス は常に正 し い順序であ る 必要があ り ますが、 FIFO の読み出 し が含ま れてい る ループ を結合す る と 、 読
み出 し の順序が変更 さ れます。
ループの結合は、 コ マ ン ド ラ イ ン で set_directive_loop_merge コ マ ン ド を 使用す る か、 GUI の [Vivado HLS Directive
Editor] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス で [Directive] ド ロ ッ プダ ウ ン リ ス ト か ら [MERGE] を選択 し ます。
set_directive_loop_merge top
ネス ト 化 さ れたループの フ ラ ッ ト 化
前のセ ク シ ョ ンで説明 し た連続す る ループ と 同 じ よ う に、展開 さ れていないネ ス ト (入れ子) にな っ たループ間を移動
す る のに も 追加の ク ロ ッ ク サ イ ク ルが必要です。外側のループか ら 内側のループに、 内側のループか ら 外側のループ
に移動す る のに 1 ク ロ ッ ク サ イ ク ルかか り ます。
次に示す例では、 ループ Outer を実行す る のに 200 ク ロ ッ ク サ イ ク ル余分にかか る こ と にな り ます。
void foo_top { a, b, c, d} {
...
Outer: while(j<100)
Inner: while(i<6)// 1 cycle to enter inner
...
LOOP_BODY
...
}
// 1 cycle to exit inner
}
...
}
ま た、 ループがネ ス ト にな っ てい る と 、 「ループのデー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理」 に説明す る よ う に、 外側のルー
プ をパ イ プ ラ イ ン処理で き ません。
Vivado HLS では set_directive_loop_flatten コ マ ン ド が提供 さ れてお り 、 ラ ベル付 き の完全なネ ス ト ループお よ びほぼ
完全なネ ス ト ループ を フ ラ ッ ト 化で き 、 最高のハー ド ウ ェ ア パフ ォ ーマ ン ス を得 る ために コ ー ド を記述 し 直す必要
はな く 、 ループ内の操作を実行す る のにかか る サ イ ク ル数を削減 し ます。
•
完全なループ ネ ス ト : 最内側のループのみにループ本体があ り 、 ループ文の間に ロ ジ ッ ク は指定 さ れてお ら ず、
すべてのループ範囲が定数
•
ほぼ完全なループ ネ ス ト : 最内側のループのみにループ本体があ り 、ループ文の間に ロ ジ ッ ク は指定 さ れていな
いが、 最外側ループの範囲が変数
内側のループの範囲が変数であ っ た り 、 ループ本体が最内側のループにのみ含まれてい る と は限 ら ない不完全ループ
ネ ス ト は、 コ ー ド の構造を変更す る か、 ループ本体の中のループ を展開 し て、 完全ループ ネ ス ト を作成 し てみて く だ
さ い。
ネ ス ト さ れた ループに指示子を適用す る 際は、 ループ本体を含む最内側のループに適用する 必要があ り ます。
set_directive_loop_flatten top/Inner
ループの フ ラ ッ ト 化は、 GUI の [Vivado HLS Directive Editor] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス を使用 し て も 指定で き ます。 個々の
ループに、 ま たは関数レベルで指示子を適用 し て関数に含まれ る すべてのループに設定で き ます。
ループのデー タ フ ロー パイ プ ラ イ ン処理
ループに も 、 関数 と 同様にデー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理を適用で き ます。 デー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理を適用
す る と 、 通常順次に実行 さ れ る ループ を RTL で同時実行で き ます。 デー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理は、 関数、 ルー
プ、 あ る いは関数ま たはループのみを含む領域に適用する 必要があ り ます。 ループ と 関数が混合 し てい る 領域には適
用 し ないで く だ さ い。
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ループの最適化
図 1-56 に、 ループにデー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理を適用 し た場合の利点を示 し ます。
X-Ref Target - Figure 1-56
図 1‐56 : ループのデー タ フ ロー パイ プ ラ イ ン処理
デー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理を適用 し ない場合、 ループ N のすべての反復が実行 さ れて完了す る ま で、 ループ M
は開始で き ません。 同様に、 ループ P も ループ M が完了す る ま で実行で き ません。 こ の例では、 ループ N が次の値
の処理を開始す る ま でに 8 サ イ ク ル、 出力が書 き 込まれ る ま でに 8 サ イ ク ルかか り ます (出力はループ P が完了 し て
か ら 書 き 込まれ る )。
デー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理を適用す る と 、 こ れ ら のループ を並列実行で き る よ う にな り 、 同 じ ハー ド ウ ェ ア リ
ソ ース を使用 し て、 新 し い値を 3 サ イ ク ルご と に処理で き 、 出力は 5 サ イ ク ルご と に書 き 込まれます。 Vivado HLS で
は、 ループの間にチ ャ ネルが挿入 さ れ、 デー タ が 1 つのループか ら 次のループに非同期に流れ る よ う に し ます。
ループ間のチ ャ ネルは、 ピ ン ポ ン バ ッ フ ァ ーま たは FIFO と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
•
変数がア レ イ の場合、 チ ャ ネルはピ ン ポ ン バ ッ フ ァ ー と し て、 標準 メ モ リ ア ク セ ス を使用 し てア ド レ ス信号 と
制御信号 と 共に イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
•
その他すべての変数型お よ びス ト リ ー ミ ン グ ア レ イ の場合は、 チ ャ ネルは FIFO と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れま
す。 こ の場合、 使用 さ れ る ハー ド ウ ェ ア リ ソ ース は少な く な り ますが (ア ド レ ス は生成 さ れない)、 デー タ にシー
ケ ン シ ャ ルにア ク セ スす る 必要があ り ます。
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ループの最適化
重要 : デー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理を使用す る には、 変数が 1 つのループで生成 さ れ、 別の 1 つのループでのみ使
用 さ れ る よ う にす る こ と が必要です。
デー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理は、 GUI の [Vivado HLSL Directive Editor] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス で [Directive] ド ロ ッ プ
ダ ウ ン リ ス ト か ら [DATAFLOW] を選択す る か、 set_directive_dataflow コ マ ン ド を使用 し ます。 領域に対 し て こ の指示
子を設定す る と 、 Vivado HLS でその領域内のループの並列処理を向上す る よ う 処理 さ れます。 図 1-56 に示す例では、
次の コ マ ン ド を使用す る と 、 ループ Loop_N、 Loop_M、 お よ び Loop_P に対 し てデー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理が実
行 さ れます。
set_directive_dataflow top
Vivado HLS は、 で き る だけ最大の レー ト ( ク ロ ッ ク サ イ ク ルご と に新 し いサンプル) にす る ため、 ループ間のデー タ
フ ロ ーを常にパ イ プ ラ イ ン処理 し よ う と し ますが、 デー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン のループが毎 ク ロ ッ ク サ イ ク ルに 1
サ ン プルの レー ト では動作で き ない こ と があ り ま す。 こ の よ う な場合、 Vivado HLS では ス ループ ッ ト 1 が達成で き
ず、 達成可能な最小開始間隔でデザ イ ンが作成 さ れ る こ と を示す メ ッ セージが表示 さ れます。
チ ャ ネル ( メ モ リ ) の要素数は受信側ア レ イ ま たは送信側ア レ イ の最大サ イ ズで定義 さ れ ますが、 Vivado HLS ではデ
フ ォ ル ト のチ ャ ネル ワ ー ド 数を指定で き ます (次の 「デフ ォ ル ト のチ ャ ネルの設定」 セ ク シ ョ ン を参照)。
デ フ ォル ト のチ ャ ネルの設定
ループ間で使用 さ れ る デフ ォ ル ト のチ ャ ネルは、 config_dataflow コ マ ン ド を使用 し て指定で き ます。 こ の コ マ ン ド を
使用す る と 、 ソ リ ュ ーシ ョ ンのデフ ォ ル ト 操作を設定で き ます。 デザ イ ンのすべてのチ ャ ネルに対す る デフ ォ ル ト の
チ ャ ネル サ イ ズお よ び イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン を指定可能です。
config_dataflow -default_channel (fifo | *pingpong*) -size <FIFO size>
チ ャ ネルのサ イ ズは、 受信側ア レ イ ま たは送信側ア レ イ の最大サ イ ズで定義 さ れます。 場合に よ っ ては、 こ れは控え
めすぎ る 設定であ る こ と があ り ます。 -size オプシ ョ ン を使用する と 、 こ のデフ ォ ル ト を変更で き ます。
ア レ イ パ ラ メ ー タ ーが FIFO チ ャ ネルを使用す る よ う 指定 さ れてい る 場合、 ア レ イ は ス ト リ ー ミ ン グ型ア レ イ に変換
さ れます。 ス ト リ ー ミ ン グについては、 「ア レ イ の ス ト リ ー ミ ン グ」 を参照 し て く だ さ い。 デフ ォ ル ト のチ ャ ネル タ
イ プが FIFO で、 set_directive_stream コ マ ン ド を使用 し て ア レ イ が ス ト リ ー ミ ン グ以外に設定 さ れてい る 場合、 そのア
レ イ のチ ャ ネル イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ンはデフ ォ ル ト で ピ ン ポ ン チ ャ ネルにな り ます (明示的なデ ィ レ ク ト リ に よ
り コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンが変更 さ れ る )。
ループのパイ プ ラ イ ン処理
C 言語記述では、ループ内の操作は順次実行 さ れ、ループ内の最後の操作が完了す る ま で次の反復を実行で き ません。
RTL デザ イ ンでは複数の操作を同時に実行で き 、 RTL を その よ う に イ ンプ リ メ ン ト す る こ と が望まれます。
ループのパ イ プ ラ イ ン処理では、 図 1-57 に示す よ う に、 ループが同時処理 さ れ る よ う に イ ン プ リ メ ン ト さ れ ま す。
図 1-57 (A) には、 デフ ォ ル ト の順次操作を示 し ます。 各入力は 3 ク ロ ッ ク サ イ ク ルご と に処理 さ れ、 最後の出力が書
き込まれ る ま でに 8 ク ロ ッ ク サ イ ク ルかか り ます。
図 1-57 (B) に示すパ イ プ ラ イ ン処理 さ れたループでは、 入力サンプルが各 ク ロ ッ ク サ イ ク ルで読み出 さ れ、 最終的な
出力は 4 ク ロ ッ ク サ イ ク ル後に書 き 込まれます。デザ イ ンの変更は制御 ロ ジ ッ ク のみに加え ら れ る ので、 同 じ ハー ド
ウ ェ ア リ ソ ース で スループ ッ ト と レ イ テ ン シの両方を向上で き ます。
入力読み出 し 間の ク ロ ッ ク サ イ ク ル数はパ イ プ ラ イ ン開始間隔 と 呼ばれ、 ユーザーが指定で き ます。 デフ ォ ル ト では
1 に設定 さ れます。
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ループの最適化
X-Ref Target - Figure 1-57
図 1‐57 : ループのパイ プ ラ イ ン処理
ループのパ イ プ ラ イ ン処理が、 図 1-52 に示 し た よ う に、 リ ソ ース の競合お よ びデー タ の依存性のため、 実行で き な
い場合があ り ます。
ネ ス ト さ れたループでは、 最内側のループのみをパ イ プ ラ イ ン処理で き ます。 ただ し 、 パ イ プ ラ イ ン処理 さ れ る と 、
パ イ プ ラ イ ン処理 さ れ る 領域の下位の階層にあ る ループはすべて フ ラ ッ ト 化 さ れます。
デー タ の依存性は解消す る のが よ り 困難で、 通常 ソ ース コ ー ド の変更が必要にな り ます。 ス カ ラ ー デー タ の依存性
は、 次の よ う にな り ます。
while (a != b) {
if (a > b) a -= b;
else b -= a;
}
こ のループの次の反復は、 現在の反復が完了 し て a と b の値がア ッ プデー ト さ れ る ま で開始で き ません (図 1-58)。
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ループの最適化
X-Ref Target - Figure 1-58
図 1‐58 : ス カ ラ ー デー タ の依存性
デー タ の依存性は、 メ モ リ ア ク セ ス で も よ く 見 ら れます。
for (i = 1; i < N; i++)
mem[i] = mem[i-1] + i;
こ の場合、 ループの次の反復は、 現在の反復が完了 し て ア レ イ の内容が ア ッ プデー ト さ れ る ま で開始で き ま せん (
図 1-59)。
X-Ref Target - Figure 1-59
図 1‐59 : メ モ リ ア ク セスの依存性
ループの反復を始め る のに前のループ反復の結果が必要な場合、 ループのパ イ プ ラ イ ン処理は不可能です。 Vivado
HLS では、 指定の開始間隔でパ イ プ ラ イ ン処理で き ない場合、 開始間隔が増加 さ れ、 結果的に次の反復が現在の反復
に引 き 込まれて依存性が削除 さ れます。 図 1-58 お よ び図 1-59 に示す よ う にパ イ プ ラ イ ン処理が ま っ た く 不可能な場
合は、 パ イ プ ラ イ ン処理が停止 さ れ、 スループ ッ ト の低いパ イ プ ラ イ ン処理 さ れていないデザ イ ンが出力 さ れます。
ループのパ イ プ ラ イ ン処理を指定す る には、指定 し たループに対 し て GUI の [Vivado HLS Directive Editor] ダ イ ア ロ グ
ボ ッ ク ス で [Directive] ド ロ ッ プダ ウ ン リ ス ト か ら [PIPELINE] を選択す る か、ラ ベル付き のループに対 し て次の Tcl コ
マ ン ド を使用 し ます。
set_directive_pipeline -II 5 -enable_flush foo/sum_loop
こ の例では、 パ イ プ ラ イ ン処理の開始間隔が 5 に設定 さ れてお り 、 新 し い入力が 5 ク ロ ッ ク サ イ ク ルご と に読み出 さ
れ、 フ ラ ッ シ ュ が イ ネーブルにな っ てい ます。 フ ラ ッ シ ュ を イ ネーブルにす る と 、 パ イ プ ラ イ ンが閉鎖 し て空にで き
る よ う に構成 さ れます。 デフ ォ ル ト では、 フ ラ ッ シ ュ はデ ィ ス エーブルにな っ てお り 、 デザ イ ンが リ セ ッ ト さ れ る ま
で継続的に実行 さ れ る パ イ プ ラ イ ンが作成 さ れます。
ループ キ ャ リ ー依存性
「ループのパ イ プ ラ イ ン処理」 に説明す る よ う に、 ループ キ ャ リ ー依存性に よ り ループ をパ イ プ ラ イ ン処理で き ない
場合があ り ます。 ただ し 、 状況に よ っ ては、 自動依存性解析で、 依存性があ る よ う に見え る が実際には依存性がない
よ う な も のを除去で き ない場合があ り ます。
次はその例です。
void foo(int A[3*N], int x)
{
LF: for (i = 0; i < N; i++)
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ループの最適化
A[i+x] = A[i] + i; // User knows that 2*N > x >= N
}
こ の例では、 Vivado HLS で入力パ ラ メ ー タ ー x の範囲を判断で き ず、 A[i+x] への書 き 込み と A[i] か ら の読み出 し に
常に依存性があ る と 判断 さ れ、 ループ反復を順次ス ケ ジ ュ ー リ ン グ し ます。
こ の依存性を解消す る には、 DEPENDENCE 指示子を指定 し て、 1 つま たは複数の変数のループ キ ャ リ ー依存性に関
す る 情報を入力 し ます。 上記の例では、 x が N 以上 2*N 以下であ る こ と がわか っ てい る ので、 ループ キ ャ リ ー依存
性はない と い う こ と を ツールに指示で き ます。
set_directive_dependence -variable x -type inter -dependent false foo/LF
注記 : 実際に依存性が false ではないのに false に指定す る と 、 ハー ド ウ ェ アが不正にな る 可能性があ り ます。 依存性
(true ま たは false) は指定す る 前に正 し い こ と を確認 し て く だ さ い。
依存性を指定す る 場合、 主に二種類あ り ます。
•
反復間 : 同 じ ループの異な る 反復の間の依存性を指定 し ます。 こ の タ イ プの依存性を false に設定する と 、 ループ
が展開 さ れていない場合ま たは部分的に展開 さ れていない場合に並列実行が可能にな り 、 true に設定す る と 並列
実行は不可能にな り ます。
•
反復内 : ループの同 じ 反復内での依存性を指定 し ます。 た と えば、 同 じ 反復の最初 と 最後にア レ イ にア ク セ スす
る よ う な場合です。 こ の タ イ プの依存性を false に設定する と 、 Vivado HLS に よ り ループ内で操作を自由に移動
で き 、 パフ ォーマ ン ス ま たはエ リ ア を向上で き る 可能性が高 く な り ます。 true に設定す る と 、 操作は指定の順序
で実行す る 必要があ り ます。
ループ反復の制御
Vivado HLS では、 解析が実行 さ れ、 ループの可能な最大反復回数が予測 さ れますが、 実際の最大反復回数を判断す る
こ と はで き ません。
次の例では、 for ループの最大反復回数は num_samples 入力に よ っ て決ま り ます。 Vivado HLS では、 こ の変数の最大
値は 15 であ る と 判断 さ れますが ( こ の変数は uint4 型)、 num_samples の実際の値が、 た と えばほかの要因に よ り 8 以
下であ っ た と し て も 、 それを判断す る こ と はで き ません。
void foo (uint4 num_samples, ...);
void foo (num_samples, ...){
int i;
...
loop_1: for(i=0;i< num_samples;i++) {
...
result = a + b;
}
}
デザ イ ンの レ イ テ ン シ ま たは スループ ッ ト が変数 イ ンデ ッ ク ス を含むループに よ っ て決ま る 場合、Vivado HLS で実際
の正 し い ス ループ ッ ト ま たは レ イ テ ン シは算出で き ず、 ループの レ イ テ ン シは不明 ( ク エ ス チ ョ ン マー ク (?)) と レ
ポー ト さ れます。
ループの反復回数 (TRIPCOUNT) を指定す る と 、 レ ポー ト に有効な数値が含まれます。 ループの反復回数を指定す る
には、GUI の [Vivado HLS Directive Editor] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス で [Directive] ド ロ ッ プダ ウ ン リ ス ト か ら [TRIPCOUNT]
を選択す る か、 ラ ベル付 き のループに対 し て次の Tcl コ マ ン ド を使用 し ます。
set_directive_loop_tripcount -min 3 -max 8 -avg 5 foo/loop_1
-max オプシ ョ ンはループの最大反復回数、 -min オプシ ョ ンは最小反復回数、 -avg オプシ ョ ンは平均反復回数を指定
し ます。 こ れに よ り 、 Vivado HLS でデザ イ ンの最大/最小スループ ッ ト が正 し く レ ポー ト さ れます。
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ア レ イの最適化
TRIPCOUNT 指示子は、 合成結果には影響 し ません。 TRIPCOUNT の値はレ ポー ト 目的のみに使用 さ れ、 Vivado HLS
で レ ポー ト に意味のあ る レ イ テ ン シお よ びスループ ッ ト が示 さ れ る よ う に し ます。 C の assert マ ク ロ を コ ー ド 内で使
用す る と 、 ループの制限を指定す る の と 、 こ れ ら の制限 と 同 じ サ イ ズのハー ド ウ ェ ア を作成す る のに使用で き ます。
詳細は、 「assert の使用」 セ ク シ ョ ン を参照 し て く だ さ い。
ループのレ イ テ ン シ
ループの最大お よ び最小レ イ テ ン シは、 制約 と し て指定で き ます。 レ イ テ ン シ制約は、 GUI で各ループに個別に設定
す る か、 ループ ラ ベル と 共に set_directive_latency コ マ ン ド を使用 し て設定 し ます。
レ イ テ ン シ指示子は、 ほかの指示子 と 同様、 領域 (C コ ー ド の波か っ こ { } で囲ま れた部分) に適用 さ れます。 ループ
に適用 さ れた レ イ テ ン シ指示子は、 ループの 1 回の繰 り 返 し に必要な レ イ テ ン シ を指定 し ます。 つま り 、 次の例の よ
う に、 ループ ボデ ィ の レ イ テ ン シ を指定 し ます。
Loop_A: for (i=0; i<N; i++)
{
#pragma HLS latency max=10
..Loop Body...
}
すべてのループの繰 り 返 し の レ イ テ ン シ合計を制限す る 目的の場合は、 次の例の よ う にループ全体を含む領域に レ イ
テ ン シ指示子を指定す る 必要があ り ます。
Region_All_Loop_A:{
#pragma HLS latency max=10
Loop_A: for (i=0; i<N; i++)
{
..Loop Body...
}
}
こ の場合、 ループが展開 さ れていた と し て も 、 レ イ テ ン シ指示子はすべてのループ演算の最大制限を設定 し ます。
次は、 レ イ テ ン シ制約を満たす こ と がで き ない イ ベン ト があ る 場合の Vivado HLS の ビヘ イ ビ アーについて説明 し ま
す。
レ イ テ ン シ を満たす こ と がで き ない原因が タ イ ミ ン グ違反にあ る 場合、 Vivado HLS では ロ ーカル タ イ ミ ン グ違反を
使用 し て制約を維持す る こ と がで き ます。使用可能な ロ ーカル タ イ ミ ン グ違反は Vivado HLS で制御 さ れ る ので、ユー
ザーが制御す る 必要はあ り ません。
こ の場合の最適化 ス ト ラ テ ジは、 レ イ テ ン シ制約を満た し て、 タ イ ミ ン グ違反が RTL ロ ジ ッ ク 合成中に修正 さ れ る
か ど う か を確認す る ための も のです。 タ イ ミ ン グ違反が論理合成で満たすには大 き すぎ る 場合は、 「 ロ ジ ッ ク 構造の
最適化」 の手法を使用 し て ロ ジ ッ ク 遅延を削減 し てみて く だ さ い。
デー タ の依存性や複数の タ イ ミ ン グ制約があ る ため、 ま たは タ イ ミ ン グ違反が大き すぎ る な ど の原因で、 Vivado HLS
で レ イ テ ン シ制約を満たす こ と がで き ない場合は、Vivado HLS で レ イ テ ン シ制約が緩め ら れ、可能な限 り 最適な結果
を達成 し よ う と さ れます。
最小の レ イ テ ン シ制約が設定 さ れ、Vivado HLS で必要 と さ れ る 最小値 よ り も 小 さ い レ イ テ ン シでデザ イ ンが生成 さ れ
る 場合は、 単にダ ミ ー ク ロ ッ ク サ イ ク ルを挿入 し て最小レ イ テ ン シ を満たそ う と し ます。
ア レ イの最適化
デザ イ ンの メ モ リ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンは、 デザ イ ン全体のパフ ォーマ ン スお よ びエ リ アに大 き く 影響 し ます。 C
言語記述のア レ イ は通常 メ モ リ にマ ッ プ さ れ る ので、 ア レ イ に最適化を実行する と 、 エ リ ア と パフ ォーマ ン ス に大 き
く 影響 し ます。
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ア レ イの最適化
ア レ イ に指定可能な指示子は、 GUI に リ ス ト さ れます (図 1-60)。
1.
[Explorer] タ ブで ソ ース コ ー ド を ダブル ク リ ッ ク し て開 き ます。
2.
補足エ リ アで [Directive] タ ブ を ク リ ッ ク し ます。
3.
ア レ イ を右 ク リ ッ ク し て [Insert Directives] を ク リ ッ ク し ます。
4.
[Directive] ド ロ ッ プダ ウ ン リ ス ト か ら 適切な指示子を選択 し 、 オプシ ョ ン を設定 し ます。
X-Ref Target - Figure 1-60
図 1‐60 : ア レ イの指示子
表 1-8 に、 ア レ イ に適用可能な最適化を、 こ の章で説明す る 順に示 し ます。
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ア レ イの最適化
表 1‐8 : ア レ イの最適化
GUI 指示子
説明
RESOURCE
ア レ イ を マ ッ プす る ハー ド ウ ェ ア リ ソ ー ス (RAM コ ン ポーネ
ン ト ) を指定 し ます。
Array_Map
複数の小型のア レ イ を 1 つの大型のア レ イ に結合 し て ア レ イ の
サ イ ズ を変更 し 、 RAM リ ソ ースお よ びエ リ ア を削減 し ます。
Array_Partition
大型のア レ イ を複数の小型のア レ イ にパーテ ィ シ ョ ン し 、RAM
ア ク セ ス の障害を取 り 除 き ます。 ア レ イ を RAM ではな く レ ジ
ス タ と し て イ ンプ リ メ ン ト する ために も 使用 さ れます。
Array_Reshape
ア レ イ を多数の要素を含む も のか ら ワ ー ド 幅の広い も のに変更
し ます。 多数の RAM を使用せずに RAM ア ク セ ス を向上す る
のに有益です。
STREAM
ア レ イ を RAM ではな く FIFO と し て イ ンプ リ メ ン ト し ます。
C 言語記述のア レ イ は、RTL では通常 メ モ リ を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。 こ の章では、 ア レ イ を特定の RAM
ま たは ROM に イ ンプ リ メ ン ト す る 方法、 使用可能な メ モ リ リ ソ ース に効率的にマ ッ プす る ために変換す る 方法 (水
平に分割、 垂直に分割、 こ れ ら の操作の組み合わせ)、 個々の レ ジ ス タ に分割す る 方法を説明 し ます。
最上位関数に引数 と し て指定 さ れてい る ア レ イ は、 多少異な る 方法で合成 さ れます。 こ の場合、 メ モ リ リ ソ ース はデ
ザ イ ンの外にあ る と 想定 さ れ、 その リ ソ ース にア ク セ スす る ポー ト と し て合成 さ れます。 その よ う なア レ イ に も 、 同
様の変換を実行で き ます。 変換 さ れた ア レ イ にア ク セ スす る ポー ト に合成 さ れます。
注記 : 最上位 イ ン タ ーフ ェ イ ス で実行 さ れ る ア レ イ 最適化お よ び最適化の組み合わせに よ っ ては、 cosim_design の使
用を RTL の検証のみに制限す る も のがあ り ます。 サポー ト さ れない最適化については、 「RTL の自動検証」 セ ク シ ョ
ンの制限を確認 し て く だ さ い。
ア レ イの初期化 と リ セ ッ ト
Vivado HLS では、 ソ ース コ ー ド でのア レ イ の初期化がサポー ト さ れてい ます。 ア レ イ の初期値は RTL お よ び FPGA
で も 複製 さ れ、ビ ッ ト ス ト リ ームに よ り デバ イ ス に電源を投入 し た と き に RAM (ア レ イ がパーテ ィ シ ョ ン さ れてい る
場合はレ ジ ス タ ) が同 じ 値で初期化 さ れ る よ う に指定 さ れます。
下の コ ー ド 例は、 次の よ う な も のです。
•
ア レ イ が fir_coef.h フ ァ イ ルか ら 初期化 さ れます。
•
const 修飾子に よ り 、 ア レ イ が ROM と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ る よ う 指定 さ れてい ます。
const 修飾子を使用 し ない場合、 ア レ イ が読み出 さ れ る だけの場合はVivado HLS で ROM に イ ンプ リ メ ン ト す る べ き
であ る こ と が自動的に判断 さ れますが、ア レ イ を イ ンプ リ メ ン ト する のに ど の メ モ リ リ ソ ース を使用す る べ き であ る
か を明示的に指定す る のが理想的です。 リ ソ ース の選択については、 次のセ ク シ ョ ンで説明 し ます。
typedef intcoef_t;
typedef intdata_t;
typedef intacc_t;
data_t fir (
data_t x
) {
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ア レ イの最適化
static data_t shift_reg[N];
acc_t acc;
int i;
const coef_t c[N+1]={
#include "fir_coef.h"
};
acc=0;
mac_loop: for (i=N-1;i>=0;i--) {
if (i==0) {
acc+=x*c[0];
shift_reg[0]=x;
} else {
shift_reg[i]=shift_reg[i-1];
acc+=shift_reg[i]*c[i];
}
}
return=acc;
}
ア レ イ は、 電源投入時に ソ ー ス コ ー ド で指定 さ れた値に初期化 さ れ ますが、 その後デバ イ ス に リ セ ッ ト を適用 し て
も 、 電源投入時の ス テー ト には初期化 さ れ ません。 Vivado HLS で追加 さ れ る リ セ ッ ト を使用 し た ア レ イ の リ セ ッ ト
は、 サポー ト さ れません。
ア レ イ を初期 ( リ セ ッ ト ) ス テー ト に戻す必要があ る 場合は、 外部信号を供給する 必要があ り ます。 こ れは、 コ ー ド に
明示的に記述 し ます。 こ の コ ー ド 例は、 次の と お り です。
...
const coef_t c_temp[N+1]={
#include "fir_coef.h"
};
coef_t c[N+1];
if (rst_array==1) {
for (i=0;i<N;i++) {
c[i] = c_temp[i];
}
}
...
こ の コ ー ド に よ り 、 RTL デザ イ ンが次の よ う にな っ て し ま う 可能性があ り ます。
•
電源投入時の初期化 と は異な り 、 こ の よ う な明示的な リ セ ッ ト では RTL デザ イ ンでア レ イ /RAM 内の各ア ド レ ス
に反復的に値を設定す る 必要があ り 、 N が大 き い場合は多数の ク ロ ッ ク サ イ ク ルがかか り ます。
•
最上位関数 イ ン タ ーフ ェ イ ス に追加の変数 rst_array が必要です。 こ のポー ト は、 合成中に追加 さ れ る リ セ ッ ト 信
号に も 追加 さ れます。
メ モ リ リ ソ ースの選択
ア レ イ に メ モ リ リ ソ ー ス が指定 さ れていない場合、 Vivado HLS に よ り 使用す る メ モ リ リ ソ ース (シ ン グル ポー ト 、
デ ュ アル ポー ト な ど) が判断 さ れ ま す。 こ れは、 最上位関数の関数引数に指定 さ れた ア レ イ で も 同 じ です。 Vivado
HLS で、 開始間隔を小 さ く で き る と い う 理由でデ ュ アル ポー ト メ モ リ への イ ン タ ーフ ェ イ ス が作成 さ れ る こ と があ
り ます。 こ れが必ず し も 最適であ る と はかぎ ら ないので、 各ア レ イ を マ ッ プする メ モ リ リ ソ ース を明示的に指定す る
こ と をお勧め し ます。
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ア レ イの最適化
ア レ イ を特定の RAM リ ソ ース にマ ッ プす る には、 次の例の よ う に set_directive_resource コ マ ン ド を使用す る か、 GUI
の [Vivado HLS Directive Editor] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス の [Directive] ド ロ ッ プダ ウ ン リ ス ト か ら [RESOURCE] を選択す
る か (図 1-61)、 コ ー ド にプ ラ グマ を挿入 し ます。
次の例には 3 つのア レ イ が含まれてお り 、 1 つは関数パ ラ メ ー タ ー と し て、 2 つは関数内で定義 さ れてい ます。
void foo (in[16], ...){
int8 array1[16];
int12 array2[48];
...
loop_1: for(i=0;i<8;i++) {
array1[i] = in[i];
...
}
}
イ ン タ ー フ ェ イ ス リ ソ ース
次を使用す る と 、 デー タ を ポー ト in[16] に供給す る RAM の タ イ プが指定 さ れます。
set_directive_resource -core RAM_1P foo in
-core オプシ ョ ンは、 RAM コ ア を指定 し ます。 使用可能な RAM コ アの リ ス ト は、 「高位合成演算子お よ び コ ア ガ イ
ド 」 の章 に リ ス ト さ れてお り 、 [Vivodo HLS Directive Editor] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス で選択で き ます。
パ ラ メ ー タ ー in[16] の イ ン タ ーフ ェ イ ス が ap_memory に指定 さ れてい る 場合、作成 さ れ る ポー ト は RAM_1P 上のポー
ト に一致 し ます。 RAM_1P にチ ッ プ イ ネーブル (CE) ポー ト があ る 場合、 CE ポー ト を持つ イ ン タ ーフ ェ イ ス が作成
さ れます。 RAM_1P に読み出 し 用 と 書 き 込み用に別のア ド レ ス ポー ト があ る 場合は、 RAM を読み出すア ド レ ス ポー
ト と RAM に書 き 込むア ド レ ス ポー ト が作成 さ れます。読み出 し と 書き 込みの両方にア ド レ ス ポー ト が 1 つ使用 さ れ
る 場合は、 読み出 し と 書 き 込みの両方に使用 さ れ る ア ド レ ス ポー ト が 1 つ作成 さ れます。
ポー ト in[16] が ap_fifo に指定 さ れてい る 場合、 ap_fifo は常に同 じ なので (読み出 し お よ び書 き 込み用のデー タ ポー
ト 、 Empty ポー ト 、 Full ポー ト )、 メ モ リ リ ソ ース タ イ プはそれほ ど重要ではあ り ません。
イ ン タ ーフ ェ イ ス の選択の詳細は、 「 イ ン タ ーフ ェ イ ス の管理」 の章を参照 し て く だ さ い。
デザイ ン リ ソ ース
上記の同 じ コ ー ド 例を使用 し た場合、次の コ マ ン ド に よ り ア レ イ array1 お よ び array2 を イ ンプ リ メ ン ト す る のに使用
さ れ る RAM の タ イ プが指定 さ れます。
set_directive_resource -core RAM_1P foo array1
set_directive_resource -core RAM_2P foo array2
こ の場合、 array1 は RAM_1P コ アに、 array2 は RAM_2P コ アにマ ッ プ さ れます。 こ の時点で、 次を満たす必要があ り
ます。
•
RAM_1P では、 int8 は 8 ビ ッ ト デー タ 型なので、 要素 (ア ド レ ス) が 17 個以上、 各要素が 9 ビ ッ ト 以上であ る 必
要があ り ます。
•
RAM_2P では、 int12 は 12 ビ ッ ト デー タ 型なので、 要素 (ア ド レ ス) が 28 個以上、 各要素が 13 ビ ッ ト 以上であ
る 必要があ り ます。
ポー ト in1 が関数外の RAM_1P コ ン ポーネ ン ト と 通信する よ う 指定 さ れていた と し て も 、array1 を同 じ タ イ プの RAM
コ ン ポーネ ン ト にマ ッ プす る と い う 要件はあ り ません。 Vivado HLS に よ り 、 あ る タ イ プの RAM ま たは RAM ポー ト
か ら 読み出 し 、 別の タ イ プの RAM ま たは RAM ポー ト に書き 出すために必要な変換が実行 さ れます。
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ア レ イの最適化
ア レ イのマ ッ プ
ほ と ん ど のテ ク ノ ロ ジ ラ イ ブ ラ リ では、 RAM のサ イ ズはあ ら か じ め定義 さ れてい ま す (2 のべ き 乗の ワ ー ド 数、 1、
8、 16 ビ ッ ト ワー ド な ど)。 元の仕様に小型のア レ イ が多数あ る 場合は、 タ ーゲ ッ ト リ ソ ース を指定す る 前にそれ ら
のア レ イ を 1 つの大型のア レ イ に ま と め る と 、 ス ト レージのオーバーヘ ッ ド を削減で き ます。 小型のア レ イ それぞれ
が個別の メ モ リ にマ ッ プ さ れ る と 、 多数の メ モ リ 空間が無駄にな り 、 デザ イ ンが必要以上に大 き く な る 可能性があ り
ます。
Vivado HLS の set_directive_array_map コ マ ン ド では、 複数の小型のア レ イ を 1 つの大型のア レ イ にマ ッ プす る 2 つの
方法がサポー ト さ れてい ます。
•
水平マ ッ プ : 元のア レ イ を連結 し て、 新 し いア レ イ を作成 し ます。 物理的には、 要素数の多い 1 つのア レ イ に イ
ンプ リ メ ン ト さ れます。
•
垂直マ ッ プ : 元のア レ イ の ワー ド を連結 し て、 新 し いア レ イ を作成 し ます。 物理的には、 ビ ッ ト 幅の広い 1 つの
ア レ イ に イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
水平マ ッ プ
次の コ ー ド 例には 2 つのア レ イ が含まれてお り 、 2 つの RAM コ ン ポーネ ン ト にマ ッ プ さ れます。
void foo (...){
int8 array1[M];
int12 array2[N];
...
loop_1: for(i=0;i<M;i++) {
array1[i] = ...;
array2[i] = ...;
...
}
...
}
ア レ イ array1 お よ び array2 は、 次の例の よ う に array3 と い う ア レ イ に結合で き ます。
set_directive_array_map -instance array3 -mode horizontal foo array1
set_directive_array_map -instance array3 -mode horizontal foo array2
MAP 指示子は、 個々のア レ イ に対 し て GUI の [Vivado HLS Directive Editor] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス で指定す る こ と も で
き ます。 こ れに よ り 、 ア レ イ が 図 1-61 に示す よ う に変換 さ れます。
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ア レ イの最適化
X-Ref Target - Figure 1-61
図 1‐61 : 水平マ ッ プ
水平マ ッ プ を使用す る と 、 複数の小型のア レ イ を 1 つの大型のア レ イ に ロ ケーシ ョ ン 0 か ら コ マ ン ド の順序でマ ッ プ
さ れます (GUI では、 ア レ イ を指定 し た順序)。 –offset オプシ ョ ン を使用す る と 、 ア レ イ 間に要素を追加で き ます。
上記の例で array2 を追加 し てか ら array1 を追加 し 、 オ フ セ ッ ト を追加す る 場合は、 次の コ マ ン ド を使用 し ます。
set_directive_array_map -instance array3 -mode horizontal foo array2
set_directive_array_map -instance array3 -mode horizontal -offset 2 foo array1
結果は図 1-62 に示す よ う にな り ます。
X-Ref Target - Figure 1-62
図 1‐62 : オ フ セ ッ ト を使用 し た水平マ ッ プ
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ア レ イの最適化
上記の例の新 し いア レ イ array3 は、 新 し い イ ン ス タ ン ス にマ ッ プ さ れた変数のいずれかに RESOURCE 指示子を適用
す る と 、 特定の RAM コ ン ポーネ ン ト にマ ッ プで き ます。
set_directive_resource -core RAM_1P foo array1
図 1-63 に示す RAM イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンは、 オ フ セ ッ ト を使用 し ない図 1-61 のマ ッ プに対応 し ます。
X-Ref Target - Figure 1-63
図 1‐63 : 水平マ ッ プの メ モ リ
水平マ ッ プに よ り RAM コ ン ポーネ ン ト の数を削減で き 、 エ リ アが向上 し ますが、 スループ ッ ト お よ びパフ ォーマ ン
ス に影響す る 可能性があ り ます。 上記の例では、 loop_1 の array1 お よ び array2 へのア ク セ ス を同 じ ク ロ ッ ク サ イ ク
ルで実行で き ますが、 両方のア レ イ が同 じ RAM にマ ッ プ さ れ る と 、 それぞれの読み出 し に個別のア ク セ ス と ク ロ ッ
ク サ イ ク ルが必要にな り ます。
こ の制限を解消す る ため、 Vivado HLS では垂直マ ッ プがサポー ト さ れてい ます。
垂直マ ッ プ
垂直マ ッ プでは、 ビ ッ ト 幅が広いア レ イ が生成 さ れ る よ う ア レ イ が連結 さ れ ます。 図 1-64 に、 水平マ ッ プの説明で
使用 し た例に垂直マ ッ プ を適用 し た結果を示 し ます。
set_directive_array_map -instance array3 -mode vertical foo array2
set_directive_array_map -instance array3 -mode vertical foo array1
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ア レ イの最適化
X-Ref Target - Figure 1-64
図 1‐64 : 垂直マ ッ プ
垂直マ ッ プでは、 コ マ ン ド で指定 さ れた順にア レ イ がマ ッ プ さ れ、 最初のア レ イ が LSB か ら 開始 し 、 最後のア レ イ
が MSB で終了 し ます。
注記 : 上記の set_directive_array_map コ マ ン ド では、 array2 が先に指定 さ れてい ます。 Vivado HLS の
イ を指定 し た順序にな り ます。
GUI では、 ア レ
上記の例で新 し いア レ イ array3 がマ ッ プ さ れた ら 、 1 つの RAM コ ン ポーネ ン ト にマ ッ プで き ます (図 1-65)。
set_directive_resource -core RAM_1P foo array3
X-Ref Target - Figure 1-65
図 1‐65 : 垂直マ ッ プの メ モ リ
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ア レ イの最適化
マ ッ プお よびグ ローバルア レ イ
グ ロ ーバル ア レ イ も マ ッ プで き ますが、 結果のア レ イ イ ン ス タ ン ス はグ ロ ーバルにな り 、 同 じ ア レ イ イ ン ス タ ン ス
にマ ッ プ さ れた ロ ーカル ア レ イ も すべて グ ロ ーバルにな り ます。
異な る 関数の ロ ーカル ア レ イ が同 じ タ ーゲ ッ ト ア レ イ にマ ッ プ さ れ る と 、 その タ ーゲ ッ ト ア レ イ イ ン ス タ ン ス はグ
ロ ーバルにな り ます。
ア レ イ 関数パ ラ メ ー タ ーを マ ッ プす る 場合、 同 じ 関数のパ ラ メ ー タ ーであ る 必要があ り ます。
ア レ イのパーテ ィ シ ョ ン
ア レ イ を小型のア レ イ にパーテ ィ シ ョ ンで き ます。 メ モ リ の読み出 し ポー ト と 書 き 込みポー ト の量は限 ら れてい る の
で、 ロ ー ド /ス ト アが多数実行 さ れ る アルゴ リ ズ ムでは、 スループ ッ ト が制限 さ れます。 元のア レ イ (1 つの メ モ リ リ
ソ ース) を複数の小型のア レ イ (複数の メ モ リ ) に分割す る こ と に よ り 、 ポー ト 数が増加 し 、 バン ド 幅を向上で き る こ
と があ り ます。
そのため、 set_directive_array_partition コ マ ン ド を使用 し て 1 つの大型のア レ イ を複数の小型のア レ イ にパーテ ィ シ ョ
ンす る と 、 スループ ッ ト を向上で き ます。
Vivado HLS には、 3 タ イ プのア レ イ パーテ ィ シ ョ ンがあ り ます (図 1-66)。 さ ま ざ ま な タ イ プを -type オプシ ョ ン で指
定で き ます。
•
block : 元のア レ イ の連続 し たエ レ メ ン ト が同 じ サ イ ズのブ ロ ッ ク にパーテ ィ シ ョ ン さ れます。
•
cyclic : 元のア レ イ の交互のエ レ メ ン ト が同 じ サ イ ズのブ ロ ッ ク にパーテ ィ シ ョ ン さ れます。
•
complete : デフ ォ ル ト ではア レ イ がその個別エ レ メ ン ト にパーテ ィ シ ョ ン さ れます。 1 つの メ モ リ は複数の レ ジ
ス タ に分解 さ れます。
X-Ref Target - Figure 1-66
図 1‐66 : ア レ イのパーテ ィ シ ョ ン
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ア レ イの最適化
block お よ び cyclic パーテ ィ シ ョ ンの場合は、 -factor を使用す る と 作成 さ れ る ア レ イ 数を指定で き ます。 図 1-66 では、
-factor オプシ ョ ン 2 が使用 さ れ、 ア レ イ が 2 つの小 さ いア レ イ に分割 さ れてい ます。 ア レ イ のエ レ メ ン ト 数が こ の係
数の整数倍ではない場合、 最終的な ア レ イ に含まれ る エ レ メ ン ト は少な く な り ます。
多次元ア レ イ をパーテ ィ シ ョ ンす る 際は、 -dim オプシ ョ ン を使用する と 、 ど の次元を分割す る か指定で き ます。 こ の
例の場合、 次の よ う にな り ます。
void foo (...){
int array1[L][M][N];
...
}
array1 はそれぞれが 1 次元の L/3 サ イ ズの 3 つのア レ イ に分け ら れます。
set_directive_array_partition -type block -dim 1 -factor 3 foo array1
次元に 0 が指定 さ れ る と (-dim 0)、 すべての次元が分割 さ れます。
ア レ イの変更
set_directive_array_reshape コ マ ン ド を使用す る と 、 垂直マ ッ プでア レ イ パーテ ィ シ ョ ン を ま と め る こ と がで き ま す。
こ れに よ り 元のア レ イ の 1 つの次元か ら 異な る エ レ メ ン ト を取 り 出 し 、 1 つのエ レ メ ン ト に ま と めて変更 し た ア レ イ
に入れ る こ と がで き ます。
次の よ う な コ ー ド があ る と し ます。
void foo (...){
int array1[N];
int array2[N];
int array3[N];
...
}
次の コ マ ン ド は、 デ フ ォ ル ト の係数 2 を 使用 し て array1、 array2、 array3 ア レ イ を 3 つの新 し い ア レ イ に変更 し て、
block、 cyclic、 complete タ イ プを作成 し てい ます。
set_directive_array_reshape -type block -instance array4 foo array1
set_directive_array_reshape -type cyclic -instance array5 foo array2
set_directive_array_reshape -type complete -instance array6 foo array3
図 1-67 は、 上記の コ マ ン ド の結果です。
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ア レ イの最適化
X-Ref Target - Figure 1-67
図 1‐67 : ア レ イの変更
ア レ イのス ト リ ー ミ ング
complete パーテ ィ シ ョ ンでア レ イ を レ ジ ス タ に削減 し ておかない限 り 、デフ ォ ル ト ではすべてのア レ イ が メ モ リ エ レ
メ ン ト と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。 つま り 、 すべてのア レ イ は RAM リ ソ ース に割 り 当て ら れ、 そのテ ク ノ ロ ジ
の ラ イ ブ ラ リ の RAM コ アで指定 さ れたデー タ 、 ア ド レ ス、 デバ イ スお よ び イ ネーブル信号を使用 し てア ク セ ス さ れ
ます。
RAM ではな く FIFO を使用す る には、 ア レ イ を ス ト リ ー ミ ン グ と し て指定す る 必要があ り ます。 次のア レ イ は、 ス ト
リ ー ミ ン グ と し て指定 さ れます。
イ ン タ ーフ ェ イ ス のア レ イ が ap_fifo イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プに設定 さ れ る と 、 ス ト リ ー ミ ン グ と し て設定 さ れ
ます。
その他すべてのア レ イ は、 FIFO イ ン タ ーフ ェ イ ス が必要な場合は、 ス ト リ ー ミ ン グ と し て指定す る 必要があ り ます。
こ れには、 デー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン処理が指定 さ れた と き に関数ま たはループ間に ス ト リ ー ミ ン グ イ ン タ ーフ ェ
イ ス が必要な場合 も 含ま れます。
ア レ イ は、 次の コ マ ン ド で ス ト リ ー ミ ン グに指定で き ます。
set_directive_stream
foo array1
デー タ フ ロ ー チ ャ ネルに含まれ る ア レ イ に コ マ ン ド を使用する 場合は、 こ の コ マ ン ド に対 し て -only オプシ ョ ン を使
用 し ます。 -depth オプシ ョ ン を使用す る と デフ ォ ル ト の FIFOの深 さ (最大ア レ イ のサ イ ズ) が上書 き さ れ、 -off オプ
シ ョ ン を使用す る と config_dataflow コ マ ン ド が上書 き さ れます。デフ ォ ル ト のチ ャ ネルが FIFO に指定 さ れ る 場合は、
set_directive_array_stream -off オ プ シ ョ ン を 使用 し て、 ア レ イ が ス ト リ ー ミ ン グ さ れ な い よ う に し 、 ピ ン ポ ン バ ッ
フ ァ ーが使用 さ れ る よ う に し ます。
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ロ ジ ッ ク構造の最適化
ロ ジ ッ ク構造の最適化
Vivado HLS で作成 さ れ る ロ ジ ッ ク 構造は、 最 も 重要です。 関数お よ びループが並列操作のために最適化 さ れ、 最小レ
イ テ ン シのために結合、 イ ン ラ イ ン化、 平坦化 さ れ、 開始間隔を最小にす る ためにパ イ プ ラ イ ン処理 さ れ、 障害を削
減す る ためにア レ イ ア ク セ ス が解析 さ れ る と 、デザ イ ン パフ ォーマ ン スお よ びその改善方法を検出ま たは制限す る の
は最終的には ロ ジ ッ ク 構造だけにな り ます。
デザ イ ンに イ ンプ リ メ ン ト さ れた ロ ジ ッ ク 構造の タ イ プを検出す る には、 次の よ う な項目があ り ます。
•
ク ロ ッ ク レー ト
•
タ ーゲ ッ ト デバ イ ス
•
演算子選択
•
ハー ド ウ ェ ア リ ソ ース の制御
•
構造体パ ッ キ ン グ
•
演算調整
ク ロ ッ ク 、 タ ーゲ ッ ト デバ イ ス、 ス テー ト マシ ン エン コ ーデ ィ ン グお よ び リ セ ッ ト の影響については、 「デザ イ ン最
適化」 を参照 し て く だ さ い。 こ れ ら の項目の詳細は、 こ こ で説明す る その他の最適化手法を適用す る 前に確認 し て く
だ さ い。
演算子選択
合成中、 Vivado HLS ではデバ イ ス テ ク ノ ロ ジ ラ イ ブ ラ リ か ら 演算子 (+、 -、 *、 /、 %) の イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ンが
選 択 さ れ ま す。 デ フ ォ ル ト で は タ イ ミ ン グ お よ び エ リ ア 間 で 最適 な バ ラ ン ス に な る 演算子 が 選択 さ れ ま す。
config_bind コ マ ン ド を使用す る と 、ど の演算子が使用 さ れ る かが決ま り 、演算子の数 も 最小に抑え る こ と がで き ます。
config_bind -effort [low | medium | high] -min_op <list> -reset
config_bind コ マ ン ド は、 ア ク テ ィ ブ ソ リ ュ ーシ ョ ン内でのみ実行で き ます。 コ マ ン ド を実行す る と 、 その ソ リ ュ ー
シ ョ ンで実行 さ れ る すべての合成操作に適用 さ れます。 ソ リ ュ ーシ ョ ン を一旦閉 じ てか ら 開 き 直 し て も 、 指定 し た コ
ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンが新 し い合成操作すべてに適用 さ れます。
config_bind コ マ ン ド で適用 さ れた コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンはすべて -reset オプシ ョ ン を使用す る と 削除で き ます。
open_solution -reset を使用す る と ソ リ ュ ーシ ョ ン を開いた と き に リ セ ッ ト で き ます。
こ のバ イ ンデ ィ ン グ操作のデフ ォ ル ト の run ス ト ラ テジは medium です。
•
[Low Effort] : 共有にかけ る 時間を少な く し ます。 ラ ン タ イ ムは高速にな り ますが、 最終的な RTL は大 き く な る 可
能性があ り ます。 共有の可能性がほ と ん ど ない と わか っ てい る 場合や、 必要がな く 、 可能性を探すためにCPU サ
イ ク ルを無駄に し た く ない場合な ど に便利です。
•
[Medium Effort] : デフ ォ ル ト で、 高位合成は操作を共有 し よ う と し ますが、 合理的な時間で終了す る よ う に し ま
す。
•
[High Effort] : 最大限に共有 し よ う と し ます。 ラ ン タ イ ムに制限はあ り ません。 高位合成は、 共有のすべての可能
性のあ る 組み合わせが確認 さ れ る ま で続行 さ れます。
run ス ト ラ テ ジは最上位関数のすべての演算子に影響を与え ます。 バ イ ンデ ィ ン グはデザ イ ン全体に対 し て設定 さ れ
ます。
-min_op を使用す る と 、 特定の操作が RTL で最小化 さ れます。 た と えば、 デザ イ ンに 12 個の乗算器が含まれ る 場合、
次の コ マ ン ド に よ り 、 こ のデザ イ ンに最小限必要な乗算器数が検索 さ れます。
config_bind -min_op mul
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ロ ジ ッ ク構造の最適化
使用可能な演算子の リ ス ト については、 「高位合成 リ フ ァ レ ン ス ガ イ ド 」 の章の 「config_bind コ マ ン ド 」 を参照 し て
く だ さ い。
ハー ド ウ ェ ア リ ソ ースの制御
RTL を イ ンプ リ メ ン ト す る のに使用 さ れ る リ ソ ース は、 合成中に明示的に指定で き ます。 ま たは、 合成で使用で き る
リ ソ ース に一般的な制限を付け る こ と がで き ます。 こ れ ら の方法は、 タ イ ミ ン グ (つま り レ イ テ ン シ と スループ ッ ト )
と エ リ アの両方を改善す る ために使用で き ます。
特定操作に使用 さ れ る リ ソ ース は直接指定で き ます。 リ ソ ースは、 GUI を使用 し て (ま たは pragma と し て) 指定で き 、
set_directive_resource コ マ ン ド を使用す る 関数の ど の変数にで も 適用で き ます。
高位合成では、 こ の例に示す よ う に コ ー ド が読み出 さ れます。
int foo (
int a,
int b
) {
int c, d;
c = a*b;
d = a*c;
return d;
}
変数 c お よ び d に使用 さ れ る 乗算は、 標準的な mul (乗算器) 演算子 と し て内部デー タ ベース に イ ンプ リ メ ン ト さ れま
す。 すべての演算子の リ ス ト は、 第 2 章 「高位合成演算子お よ び コ ア」 を参照 し て く だ さ い。
合成が実行 さ れ る と 、 Vivado HLS では ク ロ ッ ク で指定 さ れた タ イ ミ ン グ制約、 タ ーゲ ッ ト デバ イ ス で指定 さ れた遅
延、 お よ びその演算子を指定す る のに ど の コ ア を使用する か決定する ユーザー制約すべてが使用 さ れます。 使用 さ れ
る コ アは、 組み合わせ コ アの multiplier だ っ た り 、 Mul2S と い う パ イ プ ラ イ ン乗算器 コ アだ っ た り し ます。 すべての
使用可能な コ アの リ ス ト は、 第 2 章 「高位合成演算子お よ び コ ア」 を参照 し て く だ さ い
ど の コ ア を使用す る 必要があ る か明示的に指定す る には、 RESOURCE 指示子を使用 し ます。 次の コ マ ン ド を使用す
る と 、 Vivado HLS で変数 c に対 し て 2 段のパ イ プ ラ イ ン乗算器が使用 さ れます。
set_directive_resource -core Mul2S foo c
注記 : 変数が複数回使用 さ れ る 場合、 制御 さ れ る 演算直後の行にプ ラ グマ と し て resource 指示子を使用す る 必要があ
り ます。
タ イ ミ ン グ ま たはエ リ ア を改善す る ために特定の演算子を選択す る だけでな く 、 デザ イ ン で使用 さ れ る 演算子の総数
を制限 し て、 演算子を共有 し 、 エ リ ア を改善 ( タ イ ミ ン グ ま たはレ イ テ ン シが増加する こ と が多い) す る こ と も で き ま
す。 上記 と 同 じ コ ー ド 例で、 次の コ マ ン ド を実行す る と し ます。
set_directive_allocation -limit 1 -type operation foo mul
こ れは イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン を mul 操作 1 つに制限 し ます (デフ ォ ル ト は制限な し )。 こ れに よ り 、 Vivado HLS で関
数 foo に対 し て 1 つの乗算器が使用 さ れ る よ う にな り ます。
構造体パ ッ キング
構造体の メ ンバーを 1 つの幅の ワー ド にパ ッ キ ン グす る と 、 各エ レ メ ン ト にそれぞれ関連す る 制御オーバーヘ ッ ド を
削減で き る ので、 デザ イ ンの小型化お よ び高速化の両方を達成で き ます。
1 つの構造体に含まれ る エ レ メ ン ト を 1 つの幅の ワ ー ド のエ レ メ ン ト にパ ッ ク す る には、 DATA_PACK 指示子を使用
で き ます。 新 し い ワー ド では、 構造体の最初のエ レ メ ン ト が最下位ビ ッ ト (LSB) を、 最後のエ レ メ ン ト が最上位ビ ッ
ト (MSB) を占領 し ます。 構造体にア レ イ が含ま れ る 場合、 ア レ イ が complete パーテ ィ シ ョ ン で変更 さ れ、 ほかの ス
カ ラ ー と 一緒にパ ッ ク さ れます。
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ロ ジ ッ ク構造の最適化
my_data 構文体が foo 関数で使用 さ れてい る と し ます。
typedef struct{
unsigned char A;
unsigned char B[320];
unsigned char C;
}my_data;
my_data foo(my_data a_in)
{
int i;
my_data b_out;
b_out.A = (a_in.A >> 1) + 10;
b_out.C = (a_in.C >> 3) + 100;
for(i=0; i <= 319; i++){
b_out.B[i] = (a_in.B[i] + a_in.A + a_in.C);
}
return b_out;
}
こ のデザ イ ンには、 合成す る と 次のポー ト が含まれます。
•
a_in 引数には、 構造体エ レ メ ン ト A の 8 ビ ッ ト 入力、 構造体エ レ メ ン ト B の メ モ リ イ ン タ ーフ ェ イ ス ポー ト 、
お よ び構造体エ レ メ ン ト C の 8 ビ ッ ト 入力ポー ト が含まれます。
•
関数か ら は、 構造体エ レ メ ン ト A の 8 ビ ッ ト 出力お よ び出力バ リ ッ ド 、 構造体エ レ メ ン ト B の メ モ リ イ ン タ ー
フ ェ イ ス ポー ト 、 構造体エ レ メ ン ト C の 8 ビ ッ ト 出力 と 該当す る 出力バ リ ッ ド ポー ト が戻 さ れます。
•
関数の結果 と b_in : A には 8 ビ ッ ト ポー ト 、 B いは メ モ リ ポー ト 、 p には 8 ビ ッ ト ポー ト
次の コ マ ン ド は、 メ ンバーの a-in を a-in と いい う 新 し い変数にパ ッ ク し (–instance オプシ ョ ンが使用 さ れない場合は
同 じ 名前が使用 さ れます)、 構造体 b_in の メ ンバーを新 し い new_var にパ ッ ク し てい ます。
set_directive_data_pack foo a_in
set_directive_data_pack -instance new_var foo return
こ のデザ イ ンには、 合成す る と 次のポー ト が含まれます。
•
引数 a_in は 2576 ビ ッ ト 幅のポー ト にな り ます。 最小位の 8 ビ ッ ト は、 構造体エ レ メ ン ト A の 8 ビ ッ ト にな り ま
す。 構造体エ レ メ ン ト B は、 2560 ビ ッ ト (320*8) の ス カ ラ ーに形が変更 さ れ、 最終 8 ビ ッ ト は構造体エ レ メ ン ト
C にな り ます。
•
関数 return は同 じ よ う なサ イ ズで構築 さ れた new_var と い う 名前のベ ク タ ーに合成 さ れます。 ま た、 出力バ リ ッ
ド 信号が含ま れ る よ う にな り ます。
注記 : デー タ パ ッ キ ン グで作成 さ れたポー ト ま たはバ ス の最大ビ ッ ト 幅は 8192 です。
演算調整
合成中は、駆動電流の削減やビ ッ ト 幅の最小化な ど、複数の最適化が実行 さ れます。 こ の よ う な自動最適化の中には、
演算調整 も 含まれます。
演算調整は、 直接制御可能な最適化の 1 つです。 こ の最適化では、 バ ラ ン ス の取れた ツ リ ーを構築 し て レ イ テ ン シ を
削減す る よ う に、 演算子が並び替え ら れます。 演算調整はデフ ォ ル ト でオンにな っ てい ますが、 オ フ にな っ てい る こ
と も あ り ます。
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ロ ジ ッ ク構造の最適化
ソ フ ト ウ ェ ア プ ロ グ ラ マーは、代入演算子を使用 し てシーケ ン シ ャ ルな コ ー ド を記述する こ と が よ く あ り ますが、 こ
のシーケ ン シ ャ ル コ ー ド はレ イ テ ン シには悪影響を与え る こ と があ り ます。
次の例を確認 し て く だ さ い。
int foo_top (short a, short b, short c, short d)
{
int i;
int sum;
sum = 0;
sum += a;
sum += b;
sum += c;
sum += d;
return sum;
}
コ ー ド はシーケ ン シ ャ ルに実行 さ れ る はずです。 加算にはそれぞれ 1 ク ロ ッ ク サ イ ク ルかか る と する と 、 sum の計算
が終了す る のに 4 ク ロ ッ ク サ イ ク ルかか り ます (図 1-68)。
X-Ref Target - Figure 1-68
図 1‐68 : 加算器ツ リ ー
ただ し 、 加算 (a+b) と (c+d) は並列で実行で き る ので、 レ イ テ ン シ を削減で き ます。 こ の よ う に計算が調整 さ れ る と 、
計算は 2 ク ロ ッ ク サ イ ク ルで終了 し ます (図 1-69)。
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検証
X-Ref Target - Figure 1-69
図 1‐69 : 調整後の加算器ツ リ ー
通常、 演算調整を使用す る と 共有はで き ず、 エ リ アは増加 し ます。 図 1-68 か ら の例では、 各 ク ロ ッ ク サ イ ク ルに必
要な加算器は 1 つだけなので、 デザ イ ンがパ イ プ ラ イ ン処理 さ れていない限 り 、 1 つの加算器がデザ イ ン全体に使用
さ れます。 図 1-69 か ら の例では、 最低 2 つ (デザ イ ンがパ イ プ ラ イ ン処理 さ れ る 場合は 3 つ) の加算器が必要です。
次の コ マ ン ド では、 関数 foo で演算調整をオ フ に し てい ます。
set_directive_expression_balance -off foo
検証
合成後の検証は、 cosim_design 機能を使用する と 自動化で き る ので、 合成前のテ ス ト ベンチを再利用 し て出力 さ れた
RTL で検証を ス ムーズに実行で き ます。
合成が終了す る と 、 Vivado HLS は結果の RTL を syn デ ィ レ ク ト リ に書 き 出 し ます (図 1-70)。 こ れ ら の フ ァ イ ルを適
切に作成 さ れた RTL テ ス ト ベンチ と 共に使用す る と 、 デザ イ ン を検証で き ます。
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検証
X-Ref Target - Figure 1-70
図 1‐70 : 出力デ ィ レ ク ト リ 構造
ただ し 、 Vivado HLS では、 RTL デザ イ ン を検証する さ ら に生産的な手法であ る cosim_design が提供 さ れてい ます。
RTL の自動検証
cosim_design 機能を使用す る と 、 合成前の検証で作成 し た既存の C レベルのテ ス ト ベンチを再利用 し 、 ビル ト イ ンの
SystemC RTL シ ミ ュ レー タ ま たはサー ド パーテ ィ の HDL シ ミ ュ レー タ を使用 し て RTL を検証する こ と がで き ます。
cosim_design 機能を使用す る には、 次が必要です。
•
正 し い イ ン タ ーフ ェ イ ス合成オプシ ョ ンが選択 さ れてい る 必要あ り
•
テ ス ト ベンチがセルフチ ェ ッ ク で、 問題がなか っ た場合は 0 を、 問題があ っ た場合は 0 以外の値を戻す必要あ り
•
サー ド パーテ ィ シ ミ ュ レー タ が検索パス で指定 さ れてい る 必要あ り
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検証
イ ン タ ー フ ェ イ ス合成要件
cosim_design を使用 し て RTL デザ イ ン を検証す る には、 次の条件の中か ら 1 つま たは複数の条件が満た さ れてい
る 必要があ り ます。
•
最上位関数が ap_ctrl_hs ア ッ プデー ト ま たは ap_ctrl_chain 関数レベル イ ン タ ーフ ェ イ ス を使用 し て合
成 さ れてい る
•
最上位関数の開始間隔 (II) が 1 にな っ てい る
•
最上位関数の各ポー ト が次ぎのいずれかの イ ン タ ーフ ェ イ ス を使用 し てい る
°
ap_vld
°
ap_ovld
°
ap_hs
°
ap_memory
°
ap_fifo
°
ap_bus
SystemC デザ イ ンでは イ ン タ ーフ ェ イ ス合成が使用 さ れないので、 SystemC デザ イ ンの場合は こ の よ う な要件はあ り
ません。
サポー ト さ れない最適化
イ ン タ ーフ ェ イ ス のア レ イ ま たは struct 内のア レ イ ご と に複数の変換が実行 さ れ る よ う な場合、 自動 RTL 検証はサ
ポー ト さ れません。
自動検証が実行 さ れ る よ う にす る には、 関数 イ ン タ ーフ ェ イ ス のア レ イ 、 ま たは関数 イ ン タ ーフ ェ イ ス の構造体内の
ア レ イ で次の最適化のいずれか を使用す る 必要があ り ます (複数は使用で き ません)。
•
同 じ サ イ ズのア レ イ の垂直マ ッ プ
•
RESHAPE
•
PARTITION
•
構造体の DATA_PACK
次の最適化が最上位関数 イ ン タ ーフ ェ イ ス で使用 さ れ る と 、 cosim_design に よ る 検証は実行で き ません。
•
水平マ ッ プ
•
異な る サ イ ズのア レ イ の垂直マ ッ プ
•
ほかの構造体を メ ンバー と し て含む構造体の DATA_PACK
テ ス ト ベ ン チ要件
RTL デザ イ ンが元の C コ ー ド と 同 じ 結果にな る か ど う かを検証する には、検証を実行す る ために使用す る テ ス ト ベン
チでセルフ チ ェ ッ ク が可能にな っ てい る 必要があ り ます。 テ ス ト ベンチのセルフ チ ェ ッ ク の重要な機能については、
次の例で説明 し ます。
int main () {
int ret=0;
…
// Execute (DUT) Function
…
// Write the output results to a file
…
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検証
// Check the results
ret = system("diff --brief
-w output.dat output.golden.dat");
if (ret != 0) {
printf("Test failed !!!\n");
ret=1;
} else {
printf("Test passed !\n");
}
…
return ret;
}
•
関数か ら の出力を フ ァ イ ルに書 き 出 し ます。
•
結果を既存の既知の問題のない結果 と 比較 し ます。
•
結果が正 し い場合は値 0 を戻 し ます。
•
結果が正 し く ない場合は 0 以外の値を戻 し ます。
°
ど の よ う な値で も 戻 さ れ る 可能性があ り ます。 洗練 さ れたテ ス ト ベンチであれば、 相違点やエ ラ ーの タ イ プ
に よ っ て異な る 値を戻す可能性があ り ます。
上記の よ う なテ ス ト ベンチでは、 結果をチ ェ ッ ク する こ と で生産性が改善 さ れ る ので、 ユーザーが手動で検証す る 必
要がな く な り ます。
最上位テ ス ト ベンチの main() 関数で 0 が戻 さ れ る と 、 検証が問題な く 終わ っ た こ と を示す メ ッ セージが表示 さ れ ま
す。
@I [SIM-1] *** cosim_design finished:PASS ***
注記 : テ ス ト ベンチが 0 を戻 し て も 、 RTL 結果がセルフチ ェ ッ ク さ れなか っ た場合 も 、 上記の よ う な SIM-1 メ ッ セー
ジが表示 さ れ、結果が実際にチ ェ ッ ク さ れたわけでな く て も 、シ ミ ュ レーシ ョ ン テ ス ト をパス し た こ と が示 さ れます。
テ ス ト ベンチでは、 予測動作に対 し て結果がチ ェ ッ ク さ れ る よ う に し て く だ さ い。
0 以外の値が戻 さ れ る と 、 戻 さ れた値を示す メ ッ セージ と 、 RTL 検証がエ ラ ーにな っ た こ と を示す メ ッ セージの、 2
つの メ ッ セージが表示 さ れます。
注記 : 20 が戻 さ れ る 場合は、 テ ス ト ベンチに戻 り 値がない こ と を意味 し ます。 テ ス ト ベンチには、 必ず結果を セルフ
チ ェ ッ ク す る 機能を含め、 正 し い場合は 0 を戻す よ う にす る 必要があ り ます。
シ ミ ュ レーシ ョ ン不一致のデバ ッ グ
テ ス ト ベンチがセルフチ ェ ッ ク さ れ、 RTL か ら の結果が C コ ー ド と は異な る こ と が示 さ れ場合は、 次の方法を使用す
る と 、 その差異をデバ ッ グ し て、 それが RTL のバグであ る こ と を確認で き ます。
1.
C 検証段階か ら の結果が double 型ま たは float 型か ら 作成 さ れた も のではない こ と を確認 し ます。 double 型ま た
は float 型の結果を比較す る 場合、 テ ス ト ベンチでは絶対値ではな く 範囲で比較 さ れ る よ う にす る 必要があ り ま
す。 こ れは、 C コ ンパ イ ルお よ び合成で適用 さ れた最適化レベルに よ っ て、 操作の順番が結果に影響す る か ら で
す。
2.
必要な場合は、 ど のサンプル/サ イ ク ルで違いが最初に観測 さ れ る かを表示する よ う に、 テ ス ト ベンチを変更 し ま
す。
3.
シ ミ ュ レーシ ョ ン を実行す る 際に、 [Dump Trace] オプシ ョ ン を オンに し て ト レース フ ァ イ ルを作成 し ます。 ト
レ ー ス フ ァ イ ルの形式は、 使用 さ れ る RTL シ ミ ュ レ ーシ ョ ン に よ っ て異な り ま す (た と えば、 SystemC シ ミ ュ
レ ーシ ョ ン では VCD フ ァ イ ルが、 Questa Sim では WLF フ ァ イ ルが、 Vivado シ ミ ュ レ ー タ ーでは WDB お よ び
WCFG フ ァ イ ルが作成 さ れます)。 ト レース フ ァ イ ルは、 こ れ ら の形式をサポー ト する アプ リ ケーシ ョ ン で表示
で き ます。
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検証
4.
CDT お よ び RTL ト レース フ ァ イ ルのデバ ッ ガーを使用 し て C お よ び RTL の共通点を探 し 、 いつど の段階で こ
の 2 つが異な っ たのか を見つけ ます。
デバ ッ グ段階には、 C ソ ース に printf 文の追加や特定結果の フ ァ イ ルへの書 き 込みが含まれますが、 違い をデバ ッ グ
す る 基本的な方法は上記の方法にな り ます。
RTL シ ミ ュ レー タ のサポー ト
上記の要件が満た さ れれば、 有効な言語お よ びシ ミ ュ レー タ の組み合わせ (表 1-9) を使用 し て、 cosim_design で RTL
デザ イ ン を検証で き ます。
表 1‐9 : cosim_design シ ミ ュ レーシ ョ ン サポー ト
OSCI
シ ミ ュ レー タ
Questa Sim
VCS
SystemC
サポー ト あ り
サポー ト な し
サポー ト な し
Verilog
サポー ト な し
サポー ト あ り
サポー ト あ り
VHDL
サポー ト な し
サポー ト あ り
サポー ト あ り
SystemC RTL 出力を検証す る 際、 Vivado HLS ではビル ト イ ンの SystemC カーネルで RTL が検証 さ れます。 こ れには
ラ イ セ ン ス は必要な く 、 合成で使用 さ れ る の と 同 じ バージ ョ ン の SystemC が使用 さ れ る ので、 RTL デザ イ ンは常に
Vivado HLS を使用 し て検証で き ます。
RTL HDL デザ イ ン (Verilog ま たは VHDL) のいずれかを検証する には、 表 1-9 に示すサー ド パーテ ィ シ ミ ュ レー タ の
いずれか を使用で き ます。
RTL 検証
シ ミ ュ レーシ ョ ンは、 GUI の [Cosimulation] ツールバー ボ タ ンか ら 起動で き ます。
X-Ref Target - Figure 1-71
図 1‐71 : [Cosimulation] ツールバー ボ タ ン
次の よ う なダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス が表示 さ れます (図 1-72)。
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検証
X-Ref Target - Figure 1-72
図 1‐72 : [Co‐simulation Dialog] ダ イ ア ログ ボ ッ ク ス
シ ミ ュ レーシ ョ ンす る RTL (SystemC、 Verilog ま たは VHDL) を選択で き ます。
Verilog ま たは VHDL が選択 さ れ る と 、 HDL シ ミ ュ レー タ を一番上の ド ロ ッ プダ ウ ン メ ニ ュ ーか ら 選択で き ます。
注記 : SystemC を選択す る と 、 サー ド パーテ ィ の HDL シ ミ ュ レー タ は必要あ り ません。 Verilog ま たは VHDL を選択
す る と 、 サー ド パーテ ィ の HDL シ ミ ュ レー タ と ラ イ セ ン ス が検索パ ス で指定 さ れてい る 必要があ り ます。
設定で き る オプシ ョ ンは次の と お り です。
•
[Setup Only] :シ ミ ュ レーシ ョ ン を実行す る のに必要な フ ァ イ ル ( ラ ッ パー、 アダプ タ ー、 ス ク リ プ ト な ど) がすべ
て作成 さ れ ますが、 シ ミ ュ レー タ は実行 さ れ ません。 シ ミ ュ レーシ ョ ンは、 後で コ マ ン ド ラ イ ン シ ェ ルで実行
で き ます。 Tcl コ マ ン ド では、 cosim_design に -setup オプシ ョ ン を付け る と 、 こ れが実行で き ます。
•
[Dump Trace] :すべての関数の ト レース フ ァ イ ルが <solution>/sim/<RTL> デ ィ レ ク ト リ に生成 さ れます。 Tcl コ マ
ン ド では、 cosim_design に -trace_all オプシ ョ ン を付け る と 、 こ れが実行で き ます。
•
[Optimizing Compile] :高位最適化が使用 さ れて C テ ス ト ベンチが コ ンパ イ ル さ れます。 SystemC を選択 し た場合
は、 こ の高位最適化を使用 し て RTL デザ イ ン も コ ンパ イ ル さ れ ます。 こ のオプシ ョ ン を使用す る と 、 コ ンパ イ
ル時間は増加 し ますが、 シ ミ ュ レーシ ョ ンの実行は高速にな り ます。 Tcl コ マ ン ド では、 cosim_design に -O オプ
シ ョ ン を付け る と 、 こ れが実行で き ます。
シ ミ ュ レー タ はVivado HLS コ マ ン ド ラ イ ン イ ン タ ーフ ェ イ ス か ら Tcl コ マ ン ド の cosim_design を使用 し て も 実行で
き ます。
# Simulate VHDL RTL using the QuestaSim simulator
cosim_design -tool modelsim -rtl vhdl
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RTL デザイ ンのエ ク スポー ト
#Simulate systemc RTL using the OSCI simulator
cosim_design -rtl systemc
検証が実行 さ れ る と 、 シ ミ ュ レーシ ョ ン フ ァ イ ル と テ ス ト ベンチ内で使用 さ れた ア ダプ タ ーに よ り 、 図 1-70 に示す
の よ う な sim デ ィ レ ク ト リ が生成 さ れます。 こ れ ら はユーザーが確認す る こ と を目的には作成 さ れてい ませんが、 エ
ン コ ー ド や保護は さ れてい ません。
[Setup Only] を オ ン にす る と 、 デザ イ ン を検証す る ための ス ク リ プ ト 、 ア ダプ タ ー、 ラ ッ パーが作成 さ れ ますが、 シ
ミ ュ レー タ は実行 さ れません。 [Dump Trace] を オンにす る と 、 デザ イ ンの各関数に対 し て ト レース フ ァ イ ルが書 き 出
さ れます。 こ れ ら のフ ァ イ ルは、 sim デ ィ レ ク ト リ (図 1-70) の下の該当する HDL デ ィ レ ク ト リ に保存 さ れます。
[Optimizing Compiler] を オ ンにす る と 、 C テ ス ト ベンチお よ び SystemC ア ダプ タ ーを コ ンパ イ ルす る ための最適化オ
プシ ョ ンが使用 さ れます。 こ れに よ り 、 コ ンパ イ ル時間は長 く な り ますが、 ラ ン タ イ ム パフ ォーマ ン ス は改善 さ れま
す。
[Input Arguments] では、 テ ス ト ベン チで必要 と さ れ る 引数を指定で き ま す。 ア ク テ ィ ブな コ ンパ イ ル コ ン フ ィ ギ ュ
レーシ ョ ンは、 こ のダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス の [Active Configuration] に表示 さ れます。
RTL デザイ ンのエ ク スポー ト
Vivado HLS フ ロ ーの最後の段階では、 ザ イ リ ン ク ス デザ イ ン フ ロ ーのその他の ツールで使用で き る よ う に、 RTL デ
ザ イ ン を IP (Intellectual Property) のブ ロ ッ ク と し てエ ク ス ポー ト し ます。 RTL デザ イ ンは、 次の出力形式にパ ッ ケー
ジで き ます。
•
IP カ タ ロ グ フ ォーマ ッ ト の IP (Vivado Design Suite で使用)
•
System Generator for DSP IP (Vivado System Generator for DSP で使用)
•
System Generator for DSP (ISE) IP (ISE System Generator for DSP で使用)
•
EDK IP 用の Pcore (EDK で使用)
•
合成済みデザ イ ン チ ェ ッ ク ポ イ ン ト (.dcp)
Vivado デザ イ ン フ ロ ーにエ ク ス ポー ト で き る のは、 7 シ リ ーズお よ び Zynq® デバ イ ス を タ ーゲ ッ ト にす る デザ イ ン
のみです。 た と えば、 タ ーゲ ッ ト が Virtex-6® デバ イ ス の場合、 Vivado デザ イ ン フ ロ ーで使用す る ための Vivado IP
カ タ ロ グ、System Generator for DSP ま たは合成済みデザ イ ン チ ェ ッ ク ポ イ ン ト (.dsp) な ど のパ ッ ケージ オプシ ョ ンは
使用で き ません。
パ ッ ケージ さ れた出力形式のほか、 RTL フ ァ イ ルを <project_name>/<solution_name>/impl デ ィ レ ク ト リ の
下にあ る verilog お よ び vhdl デ ィ レ ク ト リ か ら ス タ ン ド ア ロ ン フ ァ イ ル (パ ッ ケージ済みフ ォーマ ッ ト の一部ではな
く ) と し て入手で き ます。
RTL フ ァ イ ル以外に も 、 こ れ ら のデ ィ レ ク ト リ には Vivado Design Suite 用のプ ロ ジ ェ ク ト フ ァ イ ルが含 ま れ ま す。
project.xpr フ ァ イ ルを開 く と 、 デザ イ ン (Verilog ま たは VHDL) がデザ イ ン の解析 さ れ る Vivado プ ロ ジ ェ ク ト に開 き
ま す。 Vivado HLS プ ロ ジ ェ ク ト で協調シ ミ ュ レ ーシ ョ ン が実行 さ れ る と 、 その RTL シ ミ ュ レ ーシ ョ ン フ ァ イ ルが
Vivado プ ロ ジ ェ ク ト 内に表示 さ れます。
デザ イ ンで AXI4-Master ま たは AXI4-Slave Lite ポー ト が使用 さ れ る 場合は、 次の よ う にな り ます。
•
AXI ４ イ ン タ ーフ ェ イ ス は ス タ ン ド ア ロ ン Verilog ま たは VHDL フ ァ イ ルの一部ではな く 、 パ ッ ケージ済みの IP
か ら のみ入手で き ます。
•
パ ッ ケージ済み IP には、 Verilog RTL し か含まれません。
AXI イ ン タ ーフ ェ イ ス が使用 さ れ る と 、 最上位の リ セ ッ ト ポー ト AXI4 規格 と 互換性のあ る ア ク テ ィ ブ Low に変換
さ れます。
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RTL デザイ ンのエ ク スポー ト
RTL 合成
Vivado HLS での合成結果の レ ポー ト には、 ク ロ ッ ク 周波数、 レ ジ ス タ 数、 LUT お よ び ブ ロ ッ ク RAM 数な ど のRTL
合成後に予測 さ れ る 結果の概算が含ま れます。 Vivado HLS ではダ ウ ン ス ト リ ーム RTL 合成での正確な最適化結果が
わか ら ず、 実際の配線遅延 も わか ら ず、 配置配線後の最終的な タ イ ミ ン グ も わか ら ないので、 こ れ ら の結果はあ く ま
で も 概算です。
デザ イ ン を エ ク ス ポー ト す る 前には、 ロ ジ ッ ク 合成を実行 し て、 概算の正確 さ を確認する こ と がで き ます。 図 1-73 の
[Evaluate] オプシ ョ ン を オンに し てお く と 、 エ ク ス ポー ト プ ロ セ ス中に RTL 合成が開始 さ れ、 RTL デザ イ ンがゲー ト
に合成 さ れます。
注記 : RTL 合成オプシ ョ ンはレ ポー ト さ れ る 概算を確認す る ために提供 さ れてい ます。 ほん ど の場合、 こ れ ら の RTL
結果はパ ッ ケージ さ れ る IP には含まれません。
X-Ref Target - Figure 1-73
図 1‐73 : [Export RTL Dialog] ダ イ ア ログ ボ ッ ク ス
ほ と ん ど のエ ク ス ポー ト 形式では、 RTL 合成が verilog ま たは vhdl デ ィ レ ク ト リ (図 1-73 の ド ロ ッ プダ ウ ン メ ニ ュ ー
を使用 し て RTL 合成用に選択 さ れた方の HDL いずれか) で実行 さ れますが、 その RTL 合成の結果はパ ッ ケージ さ れ
る IP には含まれません。
ただ し 、 次のエ ク ス ポー ト 形式を使用す る と 、 合成済み RTL がパ ッ ケージ さ れ る IP に含まれ る よ う にで き ます。
•
[Pcore for EDK] : デザ イ ンの一部ま たはすべて を合成済み RTL と し てエ ク ス ポー ト で き ます。詳細は、次の「PCore
形式でのエ ク ス ポー ト 」 セ ク シ ョ ン を参照 し て く だ さ い。
•
[Synthesized Checkpoint (.dcp)] : デザ イ ン チ ェ ッ ク ポ イ ン ト は常に合成済み RTL と し てエ ク ス ポー ト さ れます。こ
の形式を使用す る 場合、 [Evaluate] オプシ ョ ンは使用で き ません。 RTL は常に実行 さ れます。
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RTL デザイ ンのエ ク スポー ト
IP カ タ ログ形式でのエ ク スポー ト
合成お よ び RTL 検証が終了 し た ら 、 [Export RTL] ツールバー ア イ コ ン (図 1-74) を ク リ ッ ク し て、 [Export RTL Dialog]
ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス を開 き ます。
X-Ref Target - Figure 1-74
図 1‐74 : [Export RTL] ツールバー ボ タ ン
[Format Selection] セ ク シ ョ ンで [IP Catalog] を選択 し ます (図 1-74)。
[Configuration] を ク リ ッ ク す る と 、 エ ク ス ポー ト さ れ る パ ッ ケージに次の ID タ グ を埋め込む こ と がで き ます。 こ れ ら
の フ ィ ール ド を使用す る と 、 Vivado IP カ タ ロ グ内でパ ッ ケージ さ れた RTL が識別 し やす く な り ます。 値を指定 し な
い場合は、 次の値が使用 さ れます。
•
[Vendor] : xilinx.com
•
[Library] : hls
•
[Version] : 1.0
•
[Description] : An IP generated by Vivado HLS
•
[Display Name] : こ のフ ィ ール ド はデフ ォ ル ト では空白にな り ます。
•
[Taxonomy] : こ の フ ィ ール ド はデフ ォ ル ト では空白にな り ます。
[Evaluate] を オンに し た場合は、 RTL 合成が実行 さ れ、 最終的な タ イ ミ ン グお よ び リ ソ ース が レ ポー ト さ れますが、 IP
パ ッ ケージには含ま れません。 詳細については、 前述の 「RTL 合成」 を参照 し て く だ さ い。
エ ク ス ポー ト プ ロ セ ス が終了 し た後 <project_name>/<solution_name>/impl/ip デ ィ レ ク ト リ の ZIP フ ァ イ
ル アーカ イ ブ を Vivado IP カ タ ロ グに イ ン ポー ト する と 、 ほかの Vivado デザ イ ン (RTL ま たは IP イ ン テ グ レー タ ー )
で使用で き ます。
ソ フ ト ウ ェ ア ド ラ イバー フ ァ イル
AXI4-Slave-Lite イ ン タ ーフ ェ イ ス を含むデザ イ ンの場合、 エ ク ス ポー ト プ ロ セ ス で ソ フ ト ウ ェ ア ド ラ イ バー フ ァ イ
ルのセ ッ ト が作成 さ れます。 こ れ ら の C ド ラ イ バー フ ァ イ ルは SDK C プ ロ ジ ェ ク ト に含めて、 AXI4-Slave-Lite ポー
ト にア ク セ スす る ために使用で き ます。
ソ フ ト ウ ェ ア ド ラ イ バー フ ァ イ ルは、 <project_name>/<solution_name>/impl/ip/drivers デ ィ レ ク ト リ
に書 き 込ま れ、 パ ッ ケージの ZIP アーカ イ ブに含め ら れ ます。 こ れ ら の フ ァ イ ルの使用については、 「 イ ン タ ーフ ェ
イ ス の管理」 の 「バ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス の指定」 を参照 し て く だ さ い。
System Generator へのエ ク スポー ト
合成お よ び RTL 検証が終了 し た ら 、 [Export RTL] ツールバー ア イ コ ン (図 1-75) を ク リ ッ ク し て、 [Export RTL Dialog]
ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス を開 き ます。
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RTL デザイ ンのエ ク スポー ト
System Generator for DSP にエ ク ス ポー ト す る プ ロ セ ス は、 System Generator for DSP の ISE バージ ョ ン を使用 し てい る
か、 Vivado バージ ョ ン を使用す る かで異な り ます。 デザ イ ン フ ロ ーに最適な ツールを ど ち ら か選択 し て く だ さ い。 次
の例では、 Vivado バージ ョ ンが使用 さ れます (図 1-75)。
X-Ref Target - Figure 1-75
図 1‐75 : System Generator への RTL のエ ク スポー ト
IP ブ ロ ッ ク の配置配線後の リ ソ ースお よ び タ イ ミ ン グ統計が必要な場合は、 [Evaluate] を オンに し 、 必要な RTL 言語
を指定 し ます。
[OK]
をク リ ッ クして
IP
パ ッ ケ ー ジ を 生成 し ま す。 こ の パ ッ ケ ー ジ は、
<project_name>/<solution_name>/impl/sysgen デ ィ レ ク ト リ に書 き 込 ま れ ま す。 こ のデ ィ レ ク ト リ には、
System Generator へデザ イ ン を イ ン ポー ト す る ために必要な も のがすべて含まれます。
[Evaluate] を オンに し た場合は、 RTL 合成が実行 さ れ、 最終的な タ イ ミ ン グお よ び リ ソ ース が レ ポー ト さ れますが、 IP
パ ッ ケージには含ま れません。 詳細については、 前述の 「RTL 合成」 を参照 し て く だ さ い。
System Generator への RTL のイ ンポー ト
Vivado HLS で生成 さ れた System Generator パ ッ ケージは、 次の手順で System Generator に イ ン ポー ト で き ます。
1.
System Generator デザ イ ン内で右 ク リ ッ ク し 、 XilinxBlockAdd オプシ ョ ン を使用 し て新 し いブ ロ ッ ク を イ ン ス タ
ン シエー ト し ます。
2.
ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス の リ ス ト を ス ク ロ ールダ ウ ン し 、 [Vivado HLS] を選択 し ます。
3.
新 し く イ ン ス タ ン シエー ト し た Vivado HLS ブ ロ ッ ク を ダブル ク リ ッ ク し 、 [Block Parameters] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク
ス を開 き ます。
4.
Vivado HLS ブ ロ ッ ク がエ ク ス ポー ト さ れた solution デ ィ レ ク ト リ を参照 し ます。 上記の例の
<project_name>/<solution_name>/impl/sysgen の場合、 <project_name>/<solution_name>
デ ィ レ ク ト リ を参照 し 、 [apply] を ク リ ッ ク し ます。
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RTL デザイ ンのエ ク スポー ト
ポー ト の最適化
最上位関数の引数が合成プ ロ セ ス中に 1 つの複合ポー ト に ま と め ら れ る と 、 そのポー ト の タ イ プ情報はわか ら ないの
で、 System Generator IP ブ ロ ッ ク には含まれません。
こ のため、 ポー ト で再形成、 マ ッ ピ ン グ、 デー タ パ ッ キ ン グ最適化な ど を使用 し た場合は、 こ れ ら の複合ポー ト に対
し てポー ト タ イ プ情報を System Generator で指定す る 必要があ り ます。
System Generator で タ イ プ情報を手動で指定す る には、 まず複合ポー ト が ど の よ う に作成 さ れたか理解 し ておいてか
ら 、 Vivado HLS ブ ロ ッ ク を シ ス テ ムのほかのブ ロ ッ ク に接続する 際に System Generator 内で ス ラ イ スお よ び再変換ブ
ロ ッ ク を使用 し ます。
例:
•
R、 G、 B の 3 つの 8 ビ ッ ト 入出力ポー ト が 24 ビ ッ ト 入力ポー ト (RGB_in) と 24 ビ ッ ト 出力ポー ト (RGB_out) に
パ ッ ク さ れてい る と し ます。
IP ブ ロ ッ ク が System Generator に含ま れ る 際には、 次の よ う にな っ てい る 必要があ り ます。
•
24 ビ ッ ト 入力ポー ト (RGB_in) は、 3 つの 8 ビ ッ ト 入力信号 (Rin、 Gin、 Bin) を正 し く ま と めた System Generator
ブ ロ ッ ク で駆動 さ れ る 必要があ り ます。
•
24 ビ ッ ト 出力ポー ト (RGB_out) は、 3 つの 8 ビ ッ ト 入力信号 (Rout、 Bout、 Gout) に正 し く 分割 さ れ る 必要があ り
ます。
複合 タ イ プ の ポ ー ト に接続す る た め の ス ラ イ ス お よ び再変換ブ ロ ッ ク の使用方法に の詳細につい て は、 System
Generator の資料を参照 し て く だ さ い。
Pcore フ ォ ーマ ッ ト でのエ ク スポー ト
合成お よ び RTL 検証が終了 し た ら 、 [Export RTL] ツールバー ア イ コ ン (図 1-76) を ク リ ッ ク し て、 [Export RTL Dialog]
ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス を開 き ます。
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RTL デザイ ンのエ ク スポー ト
[Format Selection] セ ク シ ョ ンで [Pcore for EDK] を選択 し ます (図 1-76)。
X-Ref Target - Figure 1-76
図 1‐76 : RTL を Pcore と し て エ ク スポー ト
[Configuration] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス を使用する と 、IP の設定お よ び イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン を カ ス タ マ イ ズで き ます。
Pcore パ ッ ケージのバージ ョ ン情報フ ィ ール ド も そ こ でカ ス タ マ イ ズで き る こ と があ り ます。何 も 指定 し ない場合、デ
フ ォ ル ト は、 1.00.a です。
[Configuration] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス では、 pcore の一部ま たはすべてに対 し てネ ッ ト リ ス ト (.ngc フ ァ イ ル) が生成で
き る よ う にで き ます。 デザ イ ン のネ ッ ト リ ス ト を生成す る 利点は、 デザ イ ン が XPS 内でエ ラ ボ レー ト さ れた と き に
同 じ ネ ッ ト リ ス ト が使用 さ れ る こ と にあ り ます。 次の よ う なネ ッ ト リ ス ト オプシ ョ ンがあ り ます。
none : デフ ォ ル ト の設定で、 ネ ッ ト リ ス ト は生成 さ れません。 IP には RTL フ ァ イ ルのみが含まれます。
ip : ザ イ リ ン ク ス IP があ る 場合はそのネ ッ ト リ ス ト が生成 さ れ ます。 ザ イ リ ン ク ス IP のネ ッ ト リ ス ト が生成 さ れ ま
す。 こ れに よ り 、 すべてのザ イ リ ン ク ス IP が合成 さ れ、 IP パ ッ ケージに含まれ る よ う にな り ます。
top : 最上位デザ イ ンのネ ッ ト リ ス ト が生成 さ れ ます。 デザ イ ン全体が合成 さ れ、 結果がパ ッ ケージ さ れた IP に含ま
れます。
IP ブ ロ ッ ク の配置配線後の リ ソ ースお よ び タ イ ミ ン グ統計が必要な場合は、 [Evaluate] を オンに し 、 必要な RTL 言語
を指定 し ます。 [OK] を ク リ ッ ク し て Pcore パ ッ ケージ を生成 し ます。 こ のパ ッ ケージは、
<project_name>/<solution_name>/impl/pcores デ ィ レ ク ト リ に書き 込まれます。
[Evaluate] を オンに し た場合は、 RTL 合成が実行 さ れ、 最終的な タ イ ミ ン グお よ び リ ソ ース が レ ポー ト さ れますが、 IP
パ ッ ケージには含ま れません。 詳細については、 前述の 「RTL 合成」 を参照 し て く だ さ い。
Vivado HLS 生成の Pcore パ ッ ケージは、 pcore デ ィ レ ク ト リ の内容を EDK プ ロ ジ ェ ク ト の pcore デ ィ レ ク ト リ に コ
ピーす る と 、 EDK 環境に イ ン ポー ト で き ます。
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RTL デザイ ンのエ ク スポー ト
ソ フ ト ウ ェ ア ド ラ イバー フ ァ イル
AXI4-Slave-Lite イ ン タ ーフ ェ イ ス を含むデザ イ ンの場合、 エ ク ス ポー ト プ ロ セ ス で ソ フ ト ウ ェ ア ド ラ イ バー フ ァ イ
ルのセ ッ ト が作成 さ れます。 こ れ ら の C ド ラ イ バー フ ァ イ ルは SDK C プ ロ ジ ェ ク ト に含めて、 AXI4-Slave-Lite ポー
ト にア ク セ スす る ために使用で き ます。
ソ フ ト ウ ェ ア ド ラ イ バー フ ァ イ ルは、 pcore 内の include デ ィ レ ク ト リ
(例 : <project_name>/<solution_name>/impl/pcores/<design_name_version>/inlcude) に書 き 込まれます。 こ れ ら の フ ァ イ ル
の使用については、 「 イ ン タ ーフ ェ イ ス の管理」 の 「バ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス の指定」 を参照 し て く だ さ い。
合成済みチ ェ ッ ク ポ イ ン ト のエ ク スポー ト
合成お よ び RTL 検証が終了 し た ら 、 [Export RTL] ツールバー ア イ コ ン (図 1-77) を ク リ ッ ク し て、 [Export RTL Dialog]
ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス を開 き ます。
X-Ref Target - Figure 1-77
図 1‐77 : RTL の合成済みチ ェ ッ ク ポ イ ン ト へのエ ク スポー ト
デザ イ ンがデザ イ ン チ ェ ッ ク ポ イ ン ト IP と し てパ ッ ケージ さ れ る 場合、 パ ッ ケージ よ り も 前に まず合成を実行す る
必要があ り ます。 IP をパ ッ ケージす る 際は、 [Evaluate] オプシ ョ ンはオ フ に し ます。
[OK] を ク リ ッ ク し てデザ イ ン チ ェ ッ ク ポ イ ン ト パ ッ ケージ を生成 し ます。 こ のパ ッ ケージは、
<project_name>/<solution_name>/impl/ip デ ィ レ ク ト リ に書 き 込まれます。 デザ イ ン チ ェ ッ ク ポ イ ン ト フ ァ イ ルは、 そ
の他のデザ イ ン チ ェ ッ ク ポ イ ン ト と 同 じ よ う に Vivado プ ロ ジ ェ ク ト で使用で き ます。
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第 2章
高位合成演算子および コ ア
演算子および コ ア
Vivado 高位合成 (HLS) は、 C、 C++、 ま たは SystemC デザ イ ン仕様を レ ジ ス タ ト ラ ン ス フ ァ ー レベル (RTL) イ ンプ
リ メ ン テーシ ョ ンに変換 し 、 それをザ イ リ ン ク ス フ ィ ール ド プ ロ グ ラ マブル ゲー ト ア レ イ (FPGA) に合成す る こ と
がで き ます。
こ のために、 Vivado HLS では次の作業が実行 さ れます。
•
まず、 C、 C++、 ま たは SystemC の ソ ース コ ー ド が演算子を含む内部デー タ ベース にエ ラ ボ レー ト さ れます。
°
•
演算子は、 加算、 乗算、 配列読み出 し お よ び書 き 込みな ど C コ ー ド の演算を表 し ます。
合成中、 Vivado HLS に よ り 、 Vivado HLS ラ イ ブ ラ リ か ら の コ アに演算子がマ ッ プ さ れます。
°
コ アは、 デザ イ ン作成のために使用 さ れ る 特定ハー ド ウ ェ ア コ ン ポーネ ン ト です (加算器、 乗算器、 パ イ プ
ラ イ ン乗算器、 ブ ロ ッ ク RAM な ど)。
°
各ザ イ リ ン ク ス テ ク ノ ロ ジ (Spartan®-6、 Virtex®-7 な ど のザ イ リ ン ク ス デバ イ ス®) の ラ イ ブ ラ リ が提供 さ
れてい ます。
本章では、 Vivado HLS でサポー ト さ れてい る 演算子お よ びその ラ イ ブ ラ リ について説明 し ます。
合成の概要
C ソ ース コ ー ド を レ ジ ス タ ト ラ ン ス フ ァ ー レベル (RTL) 記述に変換する ためVivado HLS を実行する と 、ソ ース コ ー
ド は演算子を含む内部デー タ ベース にエ ラ ボ レー ト さ れます。
演算子は本章で説明 さ れてい ますが、 基本的には、 加算、 シ フ ト 、 乗算、 ビ ッ ト ス ラ イ ス、 ア レ イ ア ク セ ス な ど、 C
ソ ース コ ー ド の演算で構成 さ れてい ます。
Vivado HLS でデザ イ ンが合成 さ れ る と き こ の内部デー タ ベース が使用 さ れます。 合成は 「ス ケ ジ ュ ー リ ン グ」 と 「バ
イ ンデ ィ ン グ」 と い う 2 つのプ ロ セ ス か ら 成 り 立っ てい ます。
スケジ ュ ー リ ング と は
ス ケ ジ ュ ー リ ン グ と は、 ど のサ イ ク ルで演算を実行す る かがVivado HLS で決定 さ れ る プ ロ セ ス です。
た と えば、 同 じ ク ロ ッ ク サ イ ク ルで 2 つの加算が ス ケ ジ ュ ール さ れてい る と 、 こ の 2 つの加算が同 じ ハー ド ウ ェ ア加
算器を使用す る こ と はで き ません。 し か し 、 異な る ク ロ ッ ク サ イ ク ルで ス ケ ジ ュ ール さ れてい る 場合、 同 じ 加算器を
使用で き 、 リ ソ ース を節約す る こ と がで き ます。 合成指示子がなければ、 Vivado HLS では タ ーゲ ッ ト ク ロ ッ ク 周波
数を満たす よ う にパフ ォーマ ン スお よ び使用量のバ ラ ン ス が調整 さ れたデザ イ ンが生成 さ れ、 デザ イ ンの並列処理が
検索 さ れ、 タ ーゲ ッ ト FPGA の利点を生か さ れ る よ う にな り ます。
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合成の概要
バイ ンデ ィ ング と は
ス ケ ジ ュ ー リ ン グが完了 し た ら 、 次はバ イ ンデ ィ ン グ プ ロ セ ス です。 こ のプ ロ セ ス では、 テ ク ノ ロ ジ ラ イ ブ ラ リ か
ら の特定ハー ド ウ ェ ア イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン (ま たは コ ア) に ス ケ ジ ュ ール済みの演算が関連付け ら れます。
た と えば、 ソ ース コ ー ド のあ る 乗算は標準の組み合わせ乗算器で イ ンプ リ メ ン ト する こ と がで き る 一方で、 別の乗算
はパ イ プ ラ イ ン 乗算器で イ ン プ リ メ ン ト す る こ と がで き ま す。 パ イ プ ラ イ ン 乗算には 2 段必要 と な る ので、 ス ケ
ジ ュ ー リ ン グ中に こ の点が考慮 さ れてい る はずです。
Vivado HLS では、バ イ ンデ ィ ン グの影響 (演算の イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンに使用 さ れ る 特定コ アの情報) は ス ケ ジ ュ ー
リ ン グ プ ロ セ ス中に考慮 さ れ ま す。 図 2-1 には ス ケ ジ ュ ー リ ン グお よ びバ イ ンデ ィ ン グのプ ロ セ ス が示 さ れてい ま
す。 こ う し てバ イ ンデ ィ ン グ中の決定事項に よ っ てデザ イ ンが再ス ケ ジ ュ ール さ れ る こ と がない、 つま り 、 際限な く
繰 り 返 し が実行 さ れ る こ と がない よ う にな っ てい ます。
バ イ ンデ ィ ン グ中に使用可能な コ アの種類は選択 さ れてい る デバ イ ス に よ っ て異な り ます。Vivado HLS では、 ザ イ リ
ン ク ス デバ イ ス ご と に ラ イ ブ ラ リ が提供 さ れてい る ので、異な る ラ イ ブ ラ リ の コ アには異な る 遅延お よ び タ イ ミ ン グ
が設定 さ れてい ます。 各 コ アに関連付け ら れてい る 遅延は、 1 つの ク ロ ッ ク サ イ ク ルに ど の コ ア を ス ケ ジ ュ ールで き
る かに影響を及ぼ し ます。
作成 さ れ る ス ケ ジ ュ ールはど の コ アに演算子が関連付け ら れてい る かに よ っ て異な り ます。 こ のため、 ス ケ ジ ュ ー リ
ン グ プ ロ セ ス ではバ イ ンデ ィ ン グのデザ イ ンへの影響が考慮 さ れます。
X-Ref Target - Figure 2-1
図 2‐1 : 合成プ ロ セス
デバ イ ス の選択に加え、 Vivado HLS では ス ケ ジ ュ ー リ ン グお よ びバ イ ンデ ィ ン グ プ ロ セ ス を制御す る ための さ ま ざ
ま な コ マ ン ド お よ び指示子が提供 さ れてい ます。
合成プ ロ セ ス は イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンにおいて複雑で、 デザ イ ン作成にあ た り 次の よ う な多 く の要素が考慮 さ れま
す。
•
コ ー ド の演算子
•
デザ イ ン ス ケ ジ ュ ール
•
コ アの タ イ ミ ン グ遅延
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合成の概要
•
ユーザー制約お よ び指示子
•
バ イ ンデ ィ ン グ プ ロ セ ス
RTL イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン で使用可能な コ ア を理解す る こ と は、 ハ イ パフ ォーマ ン ス デザ イ ン を達成する ために
は重要です。 次のセ ク シ ョ ンでは、 Vivado HLS の演算お よ び コ アについて説明 し ます。
演算子、 コ ア、 指示子について
高位合成中、 C、 C++、 ま たは SysytemC の ソ ース コ ー ド の演算子が内部デー タ ベース で識別お よ び表示 さ れます。 内
部デー タ ベース の リ ス ト ま たはア ク セ ス用の コ マ ン ド はあ り ませんが、 演算は Vivado HLS の GUI にあ る [Analysis]
表示で確認す る こ と がで き ます。 図 2-2 は [Analysis] 表示の例です。
X-Ref Target - Figure 2-2
図 2‐2 : [Analysis] 表示の演算
図 2-2 で複数の演算が確認で き ます。 た と えば、 加算は add、 乗算は mul、 配列読み出 し は load、 比較は cmp、 ブ レー
ク は br で表 さ れてい ます。
図 2-2 は、 [Analysis] 表示での演算子バ イ ンデ ィ ン グの結果がど の よ う に表示 さ れ る か を示 し てい ます。
ブ ロ ッ ク [bb2] の [mul] 演算が [Schedule] (図の右側) で選択 さ れてい る と 、[Resource] (図の左側) で も ハ イ ラ イ ト さ れ、
mul 演算がハー ド ウ ェ ア乗算器 リ ソ ー ス お よ び イ ン ス タ ン ス [grp_fu_133] に関連付け ら れてい る こ と が分か り ま す。
イ ン ス タ ン ス [grp_fu_133] (RTL で も 同 じ 名前が使用 さ れ る ) も ま た、2 つ目の乗算用に使用 さ れ る こ と が分か り ます。
[grp_fu_133] 内に [tmp2] お よ び [tmp3] の 2 つの演算があ り 、 こ の 1 つのハー ド ウ ェ ア イ ン ス タ ン ス が 2 つの mul 演
算に対 し て使用 さ れてい る こ と にな り ます。
•
乗算な ど の演算は、 特定 コ ア を使用 し て、 特定ハー ド ウ ェ ア乗算器で RTL デザ イ ンに イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
すべての演算が コ アにマ ッ プ さ れ る わけではあ り ません。
•
ループやス イ ッ チ文か ら のブ レー ク な ど の演算は制御フ ロ ー動作であ り 、 ラ イ ブ ラ リ か ら の コ アではな く ロ ジ ッ
ク を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。 こ の よ う な演算はユーザー指示子で制御す る こ と はで き ません。
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演算子および コ アの制御
演算子および コ アの制御
Vivado HLS では次の よ う な方法で演算お よ び コ アの使用が制御 さ れます。
•
演算の割 り 当てプ ロ セ ス を指示
•
演算の特定 リ ソ ース を指示
•
ス ケ ジ ュ ー リ ン グ エ フ ォー ト
•
演算子を コ アにバ イ ン ド す る プ ロ セ ス を制御
•
コ アの詳細を リ ス ト
演算子の制限
Vivado HLS ではデザ イ ン で使用 さ れ る 演算子の数を制限す る こ と がで き ます。 た と えば、 foo と い う デザ イ ンには乗
算が 317 あ る のに FPGA には乗算器が 256 し かない場合、 次の割 り 当て コ マ ン ド を使用する と 、 乗算 (mul) 演算子の
最大数を 256 に設定 し てデザ イ ン ス ケ ジ ュ ールを作成す る こ と がで き ます。
set_directive_allocation -limit 256 -type operation foo mul
こ の割 り 当て指示子は、 コ アお よ び特定下位関数の イ ン ス タ ン ス数を制限す る のに も 同 じ よ う に使用す る こ と がで き
る ため、 –type オプシ ョ ンに operation を指定 し てい ます。
デフ ォ ル ト では Vivado HLS はパフ ォーマ ン ス を最大限に し よ う と す る ため、 場合に よ っ ては、 エ リ ア低減のため明
示的に演算子の数を制限す る 必要があ り ます。
•
合成指示子がなければ、 Vivado HLS では タ ーゲ ッ ト ク ロ ッ ク 周波数を満たす よ う にパフ ォーマ ン スお よ び使用
量のバ ラ ン ス が調整 さ れたデザ イ ンが生成 さ れ、 デザ イ ンの並列処理が検索 さ れ、 タ ーゲ ッ ト FPGA の利点を生
か さ れ る よ う にな り ます。
•
最大ま たは最小レ イ テ ン シ を指定す る ため指示子が適用 さ れ る と 、Vivado HLS は こ れ ら の レ イ テ ン シ制約を満た
そ う と し ます。
•
パ イ プ ラ イ ンのために指示子が適用 さ れ る と 、Vivado HLS は まず こ れ ら の制約を満たそ う と し 、次に任意の レ イ
テ ン シ制約を最小限に抑え る か、 ま たは満たそ う と し ます。
レ イ テ ン シ を最小限に抑え る と い う こ と は最終デザ イ ン で よ り 多 く の コ アが使用 さ れ る こ と を意味 し ま す。 た と え
ば、 2 ク ロ ッ ク サ イ ク ルかけて同 じ 加算器を共有す る のではな く 、 同 じ ク ロ ッ ク サ イ ク ルで 2 つの加算器を使用 し ま
す。
演算子の数を制限す る と 、 最終デザ イ ンで使用 さ れ る コ アが少な く な り ますが、 レ イ テ ン シ を増加 さ せ る こ と にな る
可能性があ り ます。
表 2-1 には set_directive_allocation コ マ ン ド を使用 し て制御で き る 演算がすべて リ ス ト さ れてい ます。
リ ソ ースの制御
set_directive_resource コ マ ン ド は演算に対 し ど の コ ア を使用す る か を指定 し ます。 こ の指示子は ス ケ ジ ュ ー
リ ン グ プ ロ セ ス中に コ ア を特定 し 、 明示的にバ イ ンデ ィ ン グ を指定 し ます。
テ ク ノ ロ ジ ラ イ ブ ラ リ の詳細を リ ス ト す る と 、 各 コ ア ( リ ソ ース) で ど の演算を イ ン プ リ メ ン ト で き る かが表示 さ れ
ます。 詳細は 「 コ アの詳細」 を参照 し て く だ さ い。
set_directive_resource は、 配列の イ ンプ リ メ ン ト 用の メ モ リ エ レ メ ン ト を指定する のに通常使用 さ れます。
Vivado HLS は解析を実行 し て、 各演算に ど の コ ア を使用で き る のか、 ま た使用すべき か を決定する こ と がで き ます。
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演算子および コ アの制御
配列の場合、 各配列に対 し テ ク ノ ロ ジ ラ イ ブ ラ リ か ら 特定 メ モ リ を指定する 必要があ り ます。 何 も 指定 さ れていない
場合、 最小開始間隔お よ び最小レ イ テ ン シ を提供す る メ モ リ (シ ン グルま たはデ ュ アル ポー ト ) が高位合成 (HLS) で
自動的に選択 さ れます。
こ の リ ソ ー ス 指 示 子 は、 リ ソ ー ス の タ ー ゲ ッ ト と し て 割 り 当 て ら れ て い る 変数 を 使用 し ま す。 関 数 foo に
Result=A*B と い う コ ー ド があ る と し ます。 こ の例では、 Mul2S と い う 2 段のパ イ プ ラ イ ン乗算器 コ ア を使用 し て
乗算が イ ンプ リ メ ン ト さ れ る よ う に指定 し ます。
set_directive_resource -core Mul2S foo Result
変数が複数の演算子で使用 さ れてい る 場合、 各演算子に対 し 変数は 1 つ と な る よ う に コ ー ド を変更す る 必要があ り ま
す。 た と えば、
Result = (A*B) + C;
こ れを次の よ う に変更 し ます。
Result_tmp = (A*B);
Result = Result_tmp + C;
Result_tmp の指示子は乗算 リ ソ ース を制御 し 、 Result は加算 リ ソ ース を制御 し ます。
スケジ ュ ールの制御
config_schedule コ マ ン ド は、 ス ケ ジ ュ ー リ ン グ中のエ フ ォー ト を制御 し 、 デザ イ ン で制約を満たす こ と がで き な
か っ たパ ス を正確に識別 し ます。
スケジ ュ ー リ ング エ フ ォ ー ト
Vivado HLS での run ス ト ラ テジ を制御す る 、 high、 low、 お よ び medium の概要を説明 し ます。
Vivado HLS で run ス ト ラ テジが high に設定 さ れてい る 場合、 制約が満た さ れた後で も 、 さ ら に小型ま たは高速なデ
ザ イ ン が作成で き る か ど う か を判断す る ため、 追加 CPU サ イ ク ルお よ び メ モ リ が使用 さ れ ます。 こ の作業に よ り さ
ら に質の高いデザ イ ンが作成 さ れ る 可能性があ り ますが、 完了ま でに時間がかか り 、 ま た よ り 多 く の メ モ リ が必要に
な り ます。 僅差で目標を満たす こ と がで き ないデザ イ ンや、 いろいろ な最適化の組み合わせが可能なデザ イ ン であれ
ば、 こ の ス ト ラ テジは有益 と いえ る で し ょ う 。
デザ イ ンに よ っ ては、 コ ー ド の記述方法に よ り あ ま り 最適化で き ない も のがあ り ます。 た と えば、 あ る 変数か ら 別の
変数にデー タ を移動 さ せ る よ う に コ ー ド が記述 さ れてい る 場合、 ほかの作業を行 う 必要はな く 、 ただその コ ー ド を イ
ンプ リ メ ン ト す る 必要だけがあ り ます。
•
Vivado HLS では、 時間を費や し て改善 さ れ る か ど う かは判断 さ れません。
•
Vivado HLS は改善の余地があ る か ど う か を検討す る ための ソ フ ト ウ ェ アです。こ の よ う なデザ イ ンの場合は、run
ス ト ラ テジ を low に設定 し てお く と 、 時間をかけずに同 じ 結果を得 る こ と がで き ます。
つま り 、 run ス ト ラ テジはデフ ォ ル ト の medium の ま ま に し てお く のがベス ト です。
ヒ ン ト : 演算子 と コ ア をいろいろ組み合わせた り する 余地があ ま り ないデザ イ ンや、 実行に時間がかか る デザ イ ンの
場合は、 エ フ ォー ト レベルを low に し てお く と 、 あ ま り 時間を かけずに同 じ 結果が得 ら れ る 可能性があ り ます。
ヒ ン ト : エ リ アや タ イ ミ ン グにおいてパフ ォーマ ン ス要件を僅差で満たす こ と がで き ないデザ イ ンの場合は、 さ ら に
改善の余地があ る か ど う か を確認す る ため、 エ フ ォー ト レベルを high に設定す る と よ いで し ょ う 。
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演算子および コ アの制御
ク リ テ ィ カル パス解析
config_schedule コ マ ン ド には –verbose オプシ ョ ン も あ り ます。 こ のオプシ ョ ン を指定す る と 、 ス ケ ジ ュ ー
リ ン グで制約を満たす こ と がで き ない場合、 Vivado HLS に よ り フル ク リ テ ィ カル パ ス が出力 さ れます。
バイ ンデ ィ ングの制御
config_bind コ マ ン ド はバ イ ンデ ィ ン グ プ ロ セ ス を制御 し ます。 こ の コ マ ン ド は、 コ ア を演算子に関連付け る と
き のエ フ ォー ト レベルを指定 し 、ま たエ リ ア要件の厳 し いデザ イ ン で演算子を最小限に抑え る ために直接制御がで き
る よ う に し ます。
バイ ンデ ィ ン グ エ フ ォ ー ト
ス ケ ジ ュ ー リ ン グ エ フ ォー ト の一般ガ イ ド ラ イ ンがバ イ ンデ ィ ン グに も 当ては ま り ます。 こ の場合、 演算に対 し 使用
可能な コ アが多 く あ る デザ イ ンは、 あ ま り 選択肢のないデザ イ ン よ り も 、 エ フ ォー ト レベルを高 く す る と 利点があ り
ます。
各演算子を イ ンプ リ メ ン ト す る こ と がで き る コ アの数を確認する には、 list_core コ マ ン ド を使用す る こ と がで き
ます。 こ の コ マ ン ド の詳細は 「 コ アの詳細」 を参照 し て く だ さ い。
演算子を最小限に抑え る
デザ イ ンで も っ と リ ソ ース が共有 さ れ る よ う にす る には config_bind コ マ ン ド を使用す る こ と がで き ます。
•
config_bind コ マ ン ド に –min_op オプシ ョ ン を設定す る と 、 Vivado HLS で最小数の指定演算子でデザ イ ンが作
成 さ れます。
た と えば、 次の よ う に コ マ ン ド を入力す る と 、 最小数の add 演算子でデザ イ ンが作成 さ れます。
config_bind -min_op add
こ の コ マ ン ド はバ イ ンデ ィ ン グ プ ロ セ ス に影響す る ので、 異な る ク ロ ッ ク サ イ ク ルで演算子が ス ケ ジ ュ ール さ れて
い る と き にのみ効果があ り ます。 ほかの制約を満たすため (レ イ テ ン シお よ びスループ ッ ト )、 同 じ ク ロ ッ ク サ イ ク ル
に演算子が ス ケ ジ ュ ール さ れてい る 場合、 config_bind コ マ ン ド は こ れ ら の演算子には効果が あ り ま せん。 ス ケ
ジ ュ ー リ ン グの結果に影響を及ぼす割 り 当て指示子を まずは使用 し て演算子の数を制限 し て く だ さ い。
こ の コ マ ン ド オプシ ョ ンは MUX の使用率を変更す る のに通常使用 さ れ ます。 同 じ コ アで演算が共有 さ れてい る と 、
LUT に イ ンプ リ メ ン ト さ れてい る 追加 MUX が タ イ ミ ン グ と エ リ アの両方に著 し く 影響を及ぼす可能性があ り ます。
タ イ ミ ン グ違反の可能性があ る 場合は、 Vivado HLS では通常 MUX の使用に保守的な措置を取る のが一般的です。
コ アの詳細
list_core コ マ ン ド は、 ラ イ ブ ラ リ で使用可能な コ アの詳細を表示する のに使用 さ れます。
list_core を使用す る には、 set_part コ マ ン ド を使用 し てデバ イ ス を選択す る 必要があ り ます。 デバ イ ス が選
択 さ れていない場合は、 コ マ ン ド の影響はあ り ません。
•
list_core コ マ ン ド の –operation オプシ ョ ンは、 ラ イ ブ ラ リ にあ る コ アの う ち、 指定 さ れた演算で イ ンプ リ メ ン
ト で き る も のをすべて リ ス ト し ます。
表 2-1 には、 使用可能な演算が リ ス ト さ れてい ます。 オプシ ョ ン を指定せずに こ の コ マ ン ド を使用する と 、 タ ーゲ ッ
ト デバ イ ス に対 し て使用可能な コ アがすべて リ ス ト さ れます。
•
–type オプシ ョ ンは、 カ テ ゴ リ 別に コ ア を リ ス ト し たい場合に使用 し ます。
°
Function Units - 標準 RTL 演算 (加算、 乗算、 比較な ど) を イ ンプ リ メ ン ト す る コ ア
°
Storage - レ ジ ス タ や メ モ リ な ど の ス ト レージ エ レ メ ン ト を イ ンプ リ メ ン ト す る コ ア
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高位合成の演算子
Adapter - IP 生成時に最上位デザ イ ン を接続す る ために使用す る イ ン タ ーフ ェ イ ス を イ ンプ リ メ ン ト す る コ
ア。 こ れ ら の イ ン タ ーフ ェ イ ス は、 エンベデ ッ ド 開発キ ッ ト (EDK) な ど の IP 生成フ ロ ーで使用 さ れ る RTL
ラ ッ パーに イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
°
°
IP Blocks - 使用可能な IP コ ア
°
Connectors - デザ イ ン内の接続を イ ンプ リ メ ン ト す る コ ア。直接接続やス ト リ ー ミ ン グ ス ト レージ エ レ メ ン
ト が こ れに含ま れます。
「高位合成の コ ア」 にあ る 表にザ イ リ ン ク ス デバ イ ス で使用 さ れ る 標準 コ アが リ ス ト さ れてい ます。
高位合成の演算子
表 2-1 には高位合成 (HLS) で使用 さ れ る 演算子が リ ス ト さ れてい ます。
こ の表の各列には各演算についての次の情報が記載 さ れてい ます。
•
[Analysis] 表示で表示可能か ど う か
•
set_directive_allocation お よ び set_directive_resource の指示子ま たは、config_bind コ マ ン ド
で制御可能か ど う か
•
関連付け ら れてい る コ ア を ラ イ ブ ラ リ か ら リ ス ト で き る か ど う か
表 2‐1 : 高位合成の演算子
演算子
説明
[Analysis] 表示
指示子によ る制御 ラ イ ブ ラスリトコ アの リ
add
加算
X
X
X
ashr
四則演算右シ フ ト
X
X
X
br
ブ レー ク
X
dadd
倍精度浮動小数点の加算
X
X
X
dcmp
倍精度浮動小数点の比較
X
X
X
ddiv
倍精度浮動小数点の除算
X
X
X
dmul
倍精度浮動小数点の乗算
X
X
X
dptosi
倍精度浮動小数点の符号付 き 整
数への変換
X
X
X
dptoui
倍精度浮動小数点の符号な し 整
数への変換
X
X
X
drecip
倍精度浮動小数点の逆数
X
X
X
drem
倍精度浮動小数点の剰余
X
X
X
drsqrt
倍精度浮動小数点の逆数平方根
X
X
X
dsub
倍精度浮動小数点の減算
X
X
X
dsqrt
倍精度浮動小数点の平方根
X
X
X
fadd
単精度浮動小数点の加算
X
X
X
fcmp
単精度浮動小数点の比較
X
X
X
fdiv
単精度浮動小数点の除算
X
X
X
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高位合成の演算子
表 2‐1 : 高位合成の演算子 (続き)
演算子
説明
[Analysis] 表示
指示子によ る制御 ラ イ ブ ラスリトコ アの リ
fiforead
FIFO 読み出 し
X
X
fifowrite
FIFO 書 き 込み
X
X
fifonbread
非ブ ロ ッ キ ン グ FIFO 読み出 し
X
X
fifonbwrite
非ブ ロ ッ キ ン グ FIFO 書き 込み
X
X
fmul
単精度浮動小数点の乗算
X
X
X
fpext
単精度浮動小数点の符号拡張
X
X
X
fptosi
単精度浮動小数点か ら 符号付 き
整数への変換
X
X
X
fptoui
単精度浮動小数点か ら 符号な し
整数への変換
X
X
X
fptrunc
単精度浮動小数点の切 り 捨て
X
X
X
frecip
単精度浮動小数点の逆数
X
X
X
frem
単精度浮動小数点の剰余
X
X
X
frsqrt
単精度浮動小数点の逆数平方根
X
X
X
fsub
単精度浮動小数点の減算
X
X
X
fsqrt
単精度浮動小数点の平方根
X
X
X
icmp
整数比較
X
X
X
load
メ モ リ 読み出 し
X
lshr
論理演算右シ フ ト
X
X
X
mul
乗算
X
X
X
mux
マルチプ レ ク サ
X
phi
マルチプ レ ク サ
X
sdiv
符号付 き 除算
shl
左シ フ ト
X
X
X
sitodp
単精度か ら 倍精度浮動小数点へ
の変換
X
X
X
sitofp
符号付 き 整数か ら 単精度浮動小
数点への変換
X
X
X
srem
符号付 き 剰余
X
X
store
メ モ リ 書 き 込み
X
X
sub
減算
X
X
X
udiv
符号な し 除算
X
X
X
uitodp
符号な し 整数か ら 倍精度浮動小
数点への変換
X
X
X
uitofp
符号な し 整数か ら 単精度浮動小
数点への変換
X
X
X
高位合成
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X
X
X
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高位合成のコ ア
表 2‐1 : 高位合成の演算子 (続き)
演算子
説明
[Analysis] 表示
urem
符号な し 剰余
X
wireread
I/O 読み出 し
X
wirewrite
I/O 書 き 込み
X
指示子によ る制御 ラ イ ブ ラスリトコ アの リ
X
高位合成の コ ア
Vivado HLS コ アは次のカ テ ゴ リ で リ ス ト す る こ と がで き ます (list_core コ マ ン ド で も 使用可能)。
•
「フ ァ ン ク シ ョ ン ユニ ッ ト コ ア」
•
「ス ト レージ コ ア」
•
「 コ ネ ク タ ー コ ア」
•
「ア ダプ タ ー コ ア」
•
「浮動小数点 コ ア」
•
IP ブ ロ ッ ク
こ れ ら の コ アの詳細は、 表 2-2 か ら 表 2-6 を参照 し て く だ さ い。
フ ァ ン ク シ ョ ン ユニ ッ ト コ ア
表 2-2 には標準 RTL 演算 (加算、 乗算、 比較な ど) を イ ンプ リ メ ン ト す る コ アが リ ス ト さ れてい ます。
表 2‐2 : フ ァ ン ク シ ョ ン コ ア
コア
AddSub
説明
加算器お よ び減算器の両方を イ ンプ リ メ ン ト す る のに使用 し ます。
AddSubnS
N 段のパ イ プ ラ イ ン加算器ま たは減算器です。 Vivado HLS で必要なパ イ プ ラ イ ン段数が決定
さ れます。
AddSub_DSP
DSP48 を使用 し て add ま たは sub 演算が イ ンプ リ メ ン ト さ れ る よ う に し ます (DSP48 内の加算
器ま たは減算器が使用 さ れます)。
Cmp
コ ンパレー タ
Div
除算器
Mul
組み合わせ乗算器
Mul2S
2 段パ イ プ ラ イ ン乗算器
Mul3S
3 段パ イ プ ラ イ ン乗算器
Mul4S
4 段パ イ プ ラ イ ン乗算器
Mul5S
5 段パ イ プ ラ イ ン乗算器
Mul6S
6 段パ イ プ ラ イ ン乗算器
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高位合成のコ ア
表 2‐2 : フ ァ ン ク シ ョ ン コ ア (続き)
MulnS
Sel
N 段パ イ プ ラ イ ン乗算器Vivado HLS で必要なパ イ プ ラ イ ン段数が決定 さ れます。
ジ ェ ネ リ ッ ク な選択演算子。 通常、 マルチプ レ ク サ と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
ス ト レージ コ ア
表 2-3 には レ ジ ス タ や メ モ リ な ど の ス ト レージ エ レ メ ン ト を イ ンプ リ メ ン ト す る コ アが リ ス ト さ れてい ます。
表 2‐3 : ス ト レージ コ ア
コア
説明
FIFO
FIFO。 Vivado HLS でブ ロ ッ ク RAM ま たは分散 RAM のいずれかで RTL に イ ンプ リ メ
ン ト す る かが決定 さ れます。
FIFO_BRAM
ブ ロ ッ ク RAM で イ ンプ リ メ ン ト さ れ る FIFO。
FIFO_LUTRAM
分散 RAM と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ る FIFO。
FIFO_SRL
RAM_1P
RAM_1P_BRAM
RAM_1P_LUTRAM
SRL で イ ンプ リ メ ン ト さ れ る FIFO。
シ ン グル ポー ト RAM。 Vivado HLS でブ ロ ッ ク RAM ま たは分散 RAM のいずれかで
RTL に イ ンプ リ メ ン ト す る かが決定 さ れます。
シ ン グル ポー ト RAM で、 ブ ロ ッ ク RAM を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
シ ン グル ポー ト RAM で、 分散 RAM と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
RAM_2P
読み出 し ポー ト と 書き 込みポー ト を別々に使用する デュ アル ポー ト RAM。Vivado HLS
でブ ロ ッ ク RAM ま たは分散 RAM のいずれかで RTL に イ ン プ リ メ ン ト す る かが決定
さ れます。
RAM_2P_BRAM
読み出 し ポー ト と 書き 込みポー ト を別々に使用する デュ アル ポー ト RAMで、ブ ロ ッ ク
RAM を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
RAM_2P_LUTRAM
読み出 し ポー ト と 書 き 込みポー ト を 別々に使用す る デ ュ ア ル ポー ト RAMで、 分散
RAM と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
RAM_T2P_BRAM
入力お よ び出力の両方で読み出 し ポー ト と 書 き 込みポー ト の両方を サポー ト す る デ ュ
アル ポー ト RAM で、 ブ ロ ッ ク RAM を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
RAM_2P_1S
ROM_1P
ROM_1P_BRAM
ROM_1P_LUTRAM
ROM_1P_1S
ROM_2P
ROM_2P_BRAM
RAM_2P_LUTRAM
デ ュ アル ポー ト 非同期 RAM で、 LUT に イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
シ ン グル ポー ト ROM。 Vivado HLS でブ ロ ッ ク RAM ま たは LUT のいずれか を使用 し
て RTL に イ ンプ リ メ ン ト する かが決定 さ れます。
シ ン グル ポー ト ROM で、 ブ ロ ッ ク RAM を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
シ ン グル ポー ト ROM で、 分散 ROM と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
デ ュ アル ポー ト 非同期 ROM で、 LUT に イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
デ ュ アル ポー ト ROM。 Vivado HLS でブ ロ ッ ク RAM ま たは分散 ROM のいずれか を使
用 し て RTL に イ ンプ リ メ ン ト する かが決定 さ れます。
デ ュ アル ポー ト ROM で、 ブ ロ ッ ク RAM を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
デ ュ アル ポー ト ROM で、 分散 ROM と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
コネク ター コア
表 2-4 にはデザ イ ン内の接続を イ ンプ リ メ ン ト す る コ アが リ ス ト さ れてい ます。直接接続やス ト リ ー ミ ン グ ス ト レー
ジ エ レ メ ン ト が こ れに含まれます。
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高位合成のコ ア
表 2‐4 : コ ネ ク タ ー コ ア
コア
Mux
説明
マルチプ レ ク サ
アダプ タ ー コ ア
表 2-5 には生成時に最上位デザ イ ン を接続す る ために使用す る イ ン タ ーフ ェ イ ス を イ ン プ リ メ ン ト す る コ ア が リ ス
ト さ れてい ます。 こ れ ら の イ ン タ ーフ ェ イ ス は、 EDK での IP 生成フ ロ ーで使用 さ れ る RTL ラ ッ パーに イ ンプ リ メ ン
ト さ れます。
表 2‐5 : アダプ タ ー コ ア
コア
AXI4LiteS
説明
AXI4-Lite Slave イ ン タ ーフ ェ イ ス
AXI4M
AXI4-Master イ ン タ ーフ ェ イ ス
AXI4Stream
AXI4-Stream イ ン タ ーフ ェ イ ス
浮動小数点 コ ア
Vivado HLS では各ザ イ リ ン ク ス デバ イ ス に対 し 次の浮動小数点 コ アがサポー ト さ れてい ます。 演算子ま たは関数に
浮動小数点 コ アがない場合、 Vivado HLS ではその浮動小数点演算子を合成で き ず、 合成が停止 し ます。
表 2‐6 : 浮動小数点 コ ア
7 シ リ ーズ
Virtex‐6
Virtex‐5
Virtex‐4
Spartan‐6
Spartan‐3
FAddSub
X
X
X
X
X
X
FAddSub_nodsp
X
X
X
-
-
-
FAddSub_fulldsp
X
X
X
-
-
-
FCmp
X
X
X
X
X
X
FDiv
X
X
X
X
X
X
FMul
X
X
X
X
X
X
FMul_nodsp
X
X
X
-
X
X
FMul_meddsp
X
X
X
-
X
X
FMul_fulldsp
X
X
X
-
X
X
FMul_maxdsp
X
X
X
-
X
X
FRSqrt
X
X
X
-
-
-
FRSqrt_nodsp
X
X
X
-
-
-
FRSqrt_fulldsp
X
X
X
-
-
-
FRecip
X
X
X
-
-
-
FRecip_nodsp
X
X
X
-
-
-
FRecip_fulldsp
X
X
X
-
-
-
FSqrt
X
X
X
X
X
X
DAddSub
X
X
X
X
X
X
コア
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高位合成のコ ア
表 2‐6 : 浮動小数点 コ ア (続き)
7 シ リ ーズ
Virtex‐6
Virtex‐5
Virtex‐4
Spartan‐6
Spartan‐3
DAddSub_nodsp
X
X
X
-
-
-
DAddSub_fulldsp
X
X
X
-
-
-
DCmp
X
X
X
X
X
X
DDiv
X
X
X
X
X
X
DMul
X
X
X
X
X
X
DMul_nodsp
X
X
X
-
X
X
DMul_meddsp
X
X
X
-
-
-
DMul_fulldsp
X
X
X
-
X
X
DMul_maxdsp
X
X
X
-
X
X
DRSqrt
X
X
X
X
X
X
DRecip
X
X
X
-
-
-
DSqrt
X
X
X
-
-
-
コア
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第 3章
高位合成 コ ーデ ィ ング ス タ イル
構文の表記規則
表 3‐1 : 構文の表記規則
表記規則
説明
コ マン ド
コ マ ン ド 構文、 メ ニ ュ ー、 ま たはキーボー ド キーを示 し ます。
<variable>
ユーザー定義の値を示 し ます。
choice1 | choice2
選択可能な複数の項目を示 し ます。 下線が付いてい る も のがデフ ォ ル ト です。
[option]
オプシ ョ ンで入力す る オブジ ェ ク ト を示 し ます。
{repeat}
オブジ ェ ク ト が 0 回以上繰 り 返 さ れ る こ と を示 し ます。
Ctrl + c
キーボー ド キーの組み合わせを示 し ます。 こ の例の場合は、 Ctrl キーを押 し な
が ら c キーを押す こ と を示 し ます。
[Menu] → [Item]
メ ニ ュ ー コ マ ン ド へのパ ス を示 し ます。 [Item] は、 [Menu] を ク リ ッ ク し た と き
に ド ロ ッ プダ ウ ンで表示 さ れ る メ ニ ュ ー コ マ ン ド です。
RMB
Right Mouse Button (右マ ウ ス ボ タ ン) の略で、 文脈依存 コ マ ン ド を表示 し ます。
<variable> ::= choice
$ bash_command
% tcl_command
構文お よ びス ク リ プ ト の例を示 し ます (bash シ ェ ル、 Perl ス ク リ プ ト 、 Tcl ス ク
リ プ ト な ど)。
は じ めに
こ のガ イ ド には、 ザ イ リ ン ク ス FPGA デバ イ ス の イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン用に C コ ー ド (C++ お よ び SystemC も 含む
) を記述す る 方法を示 し ます。 まず、 Vivado™ 高位合成 (HLS) で、 C コ ー ド が レ ジ ス タ ト ラ ン ス フ ァ ー レベル (RTL)
記述に合成 さ れます。 こ の後、 RTL デザ イ ンがザ イ リ ン ク ス のゲー ト レベルのプ リ ミ テ ィ ブに合成 さ れます。
Vivado HLS の詳細お よ びザ イ リ ン ク ス FPGA に イ ン プ リ メ ン テ ー シ ョ ン す る た め の ツ ール フ ロ ーについ て は、
第 1 章 「高位合成の概要」 を参照 し て く だ さ い。
前章では、 Vivado HLS を使用 し た C プ ロ グ ラ ミ ン グの基礎 と 、 Vivado HLS ツールでの C プ ロ グ ラ ミ ン グ言語の さ ま
ざ ま な コ ン ス ト ラ ク ト を ハー ド ウ ェ ア イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ンへ合成す る 方法について説明 し ま し た。 本章には、
C++ お よ び SystemC な ど の拡張 さ れた C 言語のガ イ ド ラ イ ンが含ま れ ます。 ハー ド ウ ェ ア動作の記述に使用 さ れ る
C++ ルーチンの ク ラ ス ラ イ ブ ラ リ は、 www.accellera.org か ら 入手で き ます。
重要 : 本書で C コ ー ド と 記述 さ れてい る 場合は、特に記述のない限 り 、C だけでな く C++、SystemC に も 該当 し ます。
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C の合成
C コ ー ド で記述 さ れ る アルゴ リ ズ ムは多 く のアプ リ ケーシ ョ ンで広 く 使用 さ れてお り 、 次を含む多 く の タ ーゲ ッ ト で
実行 さ れます。
•
標準マ イ ク ロ プ ロ セ ッ サ (CPU)
•
グ ラ フ ィ ッ ク プ ロ セ ッ サ (GPU)
•
リ アル タ イ ム オペレーテ ィ ン グ シ ス テ ム (RTOS) で使用 さ れ る マ イ ク ロ コ ン ト ロ ー ラ ー
•
デジ タ ル シ グナル プ ロ セ ッ サ (DSP)
ど の場合 も 、 コ ンパ イ ル さ れた C コ ー ド が適切なパフ ォ ーマ ン ス で実行 さ れ ます。 C コ ー ド はその タ ーゲ ッ ト デバ
イ ス用に最適化 さ れ、 ハ イ パフ ォーマ ン ス の動作にな り ます。 こ の章では、 コ ー ド を ど の よ う に変更す る と ハー ド
ウ ェ アの質お よ びパフ ォーマ ン ス が改善で き る かについて説明 し ます。
コー ド例
本書の コ ー ド 例はそれぞれ Vivado HLS リ リ ース の一部 と し て含ま れてい ます。 コ ー ド 例には、 次の方法でア ク セ ス
で き ます。
•
Vivado HLS の開始ページの [Browse Examples] リ ン ク
•
Vivado HLS イ ン ス ト ール デ ィ レ ク ト リ の examples/coding デ ィ レ ク ト リ
コ ー ド 例のデ ィ レ ク ト リ 名は、 合成の最上位関数 と 同 じ 名前にな り ます。
コ ー ド 例は Vivado HLS イ ン タ ーフ ェ イ ス ま たは コ マ ン ド プ ロ ンプ ト で提供 さ れてい る Tcl ス ク リ プ ト を使用す る と
開 く こ と がで き ます。
こ のガ イ ド の例には、 関連す る ヘ ッ ダー フ ァ イ ルについて記述 さ れてい る こ と が よ く あ り ま す。 例に含 ま れ る ヘ ッ
ダー フ ァ イ ルは、 examples デ ィ レ ク ト リ か ら 表示で き ます。
ヒ ン ト : ヘ ッ ダー フ ァ イ ルでは、 通常最上位関数お よ びテ ス ト ベンチのデー タ 型が定義 さ れます。
C の合成
すべての C プ ロ グ ラ ム の最上位は main() 関数です。 Vivado HLS では、 main() よ り も 下位にあ る 関数がすべて合
成で き ます。 合成 さ れ る 関数は 「最上位関数」 ま たは 「デザ イ ン フ ァ イ ル」、 こ れ よ り も 上位の関数は 「テ ス ト ベン
チ」 と 記述 さ れます。 テ ス ト ベンチは、 合成 さ れ る 最上位関数の動作を有効にす る ために使用 さ れます。
最上位デザイ ン
合成用の最上位関数はテ ス ト ベンチ と は分けて記述 し 、 ヘ ッ ダー フ ァ イ ルを使用す る よ う にす る 方法が推奨 さ れ ま
す。
•
テ ス ト ベンチには、 デ ィ ス ク への フ ァ イ ル I/O のア ク セ ス と いっ た、 通常ハー ド ウ ェ アに合成で き ない動作が含
まれます。
•
ヘ ッ ダー フ ァ イ ルを使用す る こ と で、テ ス ト ベンチ と デザ イ ン フ ァ イ ルで使用 さ れ る 定義を共有 し 、ア ッ プデー
ト で き ます。
階層デザイ ンの コ ー ド 例
例 3-1 は、 hier_func 関数が次の 2 つの関数を呼び出すデザ イ ン を示 し てい ます。
•
sumsub_func : 加算お よ び減算を実行
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158
C の合成
•
shift_func : シ フ ト を実行
次の型はヘ ッ ダー フ ァ イ ル (hier_func.h) で定義 さ れてい ます。
•
din_t
•
dint_t
•
dout_t
#include hier_func.h
int sumsub_func(din_t *in1, din_t *in2, dint_t *outSum, dint_t *outSub)
{
*outSum = *in1 + *in2;
*outSub = *in1 - *in2;
}
int shift_func(dint_t *in1, dint_t *in2, dout_t *outA, dout_t *outB)
{
*outA = *in1 >> 1;
*outB = *in2 >> 2;
}
void hier_func(din_t A, din_t B, dout_t *C, dout_t *D)
{
dint_t apb, amb;
sumsub_func(&A,&B,&apb,&amb);
shift_func(&apb,&amb,C,D);
}
例 3‐1 : 階層デザ イ ン の コ ー ド 例
最上位関数には複数の下位関数を含め る こ と がで き ますが、 合成で き る のは 1 つの最上位関数のみです。 複数の関数
を合成す る には、 それ ら を 1 つの最上位関数に ま と め ます。
hier_func 関数を合成す る 方法は、 次の と お り です。
1.
例 3-1 に示す よ う に フ ァ イ ルをデザ イ ン フ ァ イ ル と し て Vivado HLS プ ロ ジ ェ ク ト に追加 し ます。
2.
その最上位関数を hier_func と 指定 し ます。
次の詳細は、 後のセ ク シ ョ ンに説明 し ます。
•
最上位関数に対す る 引数 (例 3-1 では A、 B、 C, お よ び D) は RTL ポー ト に合成 さ れます。
•
最上位に含ま れ る 関数 (例 3-1 では sumsub_func お よ び shift_func) は階層ブ ロ ッ ク に合成 さ れます。
例 3-1 のヘ ッ ダー フ ァ イ ル (hier_func.h) には、 マ ク ロ の使用方法が記述 さ れてお り 、 typedef 文を使用す る こ
と で、 コ ー ド が さ ら にポー タ ブルにな り 、 読みやす く な り ます。 次は、 typedef 文でデー タ 型を許可 し 、 最終的な
FPGA イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンでエ リ ア と パフ ォーマ ン ス の両方が改善 さ れ る よ う にデー タ パ ス のビ ッ ト 幅を指定 し
てい ます。
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159
C の合成
#ifndef _HIER_FUNC_H_
#define _HIER_FUNC_H_
#include <stdio.h>
#define NUM_TRANS 40
typedef int din_t;
typedef int dint_t;
typedef int dout_t;
void hier_func(din_t A, din_t B, dout_t *C, dout_t *D);
#endif
例 3‐2 : 階層デザ イ ン例のヘ ッ ダー フ ァ イ ル
ヘ ッ ダー フ ァ イ ルには、 デザ イ ン フ ァ イ ルでは必須でない NUM_TRANS の よ う な定義がい く つか含ま れ ます。 こ れ
ら の定義は同 じ ヘ ッ ダー フ ァ イ ルを含むテ ス ト ベンチで使用 さ れます。
テ ス ト ベン チ
ブ ロ ッ ク の合成では、 まず C 関数が正 し いか ど う かが検証 さ れます。 こ の手順は、 テ ス ト ベンチで実行 さ れます。 テ
ス ト ベンチが良い と 、 生産性がかな り あが り ます。
C 関数は、 RTL シ ミ ュ レーシ ョ ン よ り も かな り 速 く 実行 さ れ る ので、 合成 よ り も 前に C を使用 し てアルゴ リ ズ ム を開
発お よ び検証 し た方が、 RTL を開発す る よ り も 生産性が向上 し ます。
•
C の開発時間を効率的に使用す る には、 既知の良い結果に対 し て関数の結果をチ ェ ッ ク す る テ ス ト ベンチを用意
す る こ と が重要にな り ます。 アルゴ リ ズ ムが正 し い こ と がわか っ てい る ので、 合成前に コ ー ド 変更を検証で き ま
す。
•
Vivado HLS では C テ ス ト ベンチを再利用 し て、 RTL デザ イ ン を検証で き ます。 Vivado HLS を使用す る 場合は
RTL テ ス ト ベンチを作成す る 必要はあ り ません。 テ ス ト ベンチで最上位関数か ら の結果がチ ェ ッ ク さ れ る と 、 そ
の RTL がシ ミ ュ レーシ ョ ン で検証で き ます。
例 3-3 「テ ス ト ベンチの例」 は、 例 3-1 「階層デザ イ ンの コ ー ド 例」 のデザ イ ンのテ ス ト ベンチを示 し てい ます。
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C の合成
テ ス ト ベン チの例
#include hier_func.h
int main() {
// Data storage
int a[NUM_TRANS], b[NUM_TRANS];
int c_expected[NUM_TRANS], d_expected[NUM_TRANS];
int c[NUM_TRANS], d[NUM_TRANS];
//Function data (to/from function)
int a_actual, b_actual;
int c_actual, d_actual;
// Misc
int
retval=0, i, i_trans, tmp;
FILE *fp;
// Load input data from files
fp=fopen(tb_data/inA.dat,r);
for (i=0; i<NUM_TRANS; i++){
fscanf(fp, %d, &tmp);
a[i] = tmp;
}
fclose(fp);
fp=fopen(tb_data/inB.dat,r);
for (i=0; i<NUM_TRANS; i++){
fscanf(fp, %d, &tmp);
b[i] = tmp;
}
fclose(fp);
// Execute the function multiple times (multiple transactions)
for(i_trans=0; i_trans<NUM_TRANS-1; i_trans++){
//Apply next data values
a_actual = a[i_trans];
b_actual = b[i_trans];
hier_func(a_actual, b_actual, &c_actual, &d_actual);
//Store outputs
c[i_trans] = c_actual;
d[i_trans] = d_actual;
}
// Load expected output data from files
fp=fopen(tb_data/outC.golden.dat,r);
for (i=0; i<NUM_TRANS; i++){
fscanf(fp, %d, &tmp);
c_expected[i] = tmp;
}
fclose(fp);
fp=fopen(tb_data/outD.golden.dat,r);
for (i=0; i<NUM_TRANS; i++){
fscanf(fp, %d, &tmp);
d_expected[i] = tmp;
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C の合成
}
fclose(fp);
// Check outputs against expected
for (i = 0; i < NUM_TRANS-1; ++i) {
if(c[i] != c_expected[i]){
retval = 1;
}
if(d[i] != d_expected[i]){
retval = 1;
}
}
// Print Results
if(retval == 0){
printf(
printf(
printf(
} else {
printf(
printf(
printf(
}
*** *** *** *** \n);
Results are good \n);
*** *** *** *** \n);
*** *** *** *** \n);
Mismatch: retval=%d \n, retval);
*** *** *** *** \n);
// Return 0 if outputs are corre
return retval;
}
例 3‐3 : テ ス ト ベ ン チの例
生産的な テ ス ト ベ ン チの作成
例 3-3 は、 次の よ う な生産的なテ ス ト ベンチの属性をい く つか示 し てい ます。
•
合成 さ れ る 最上位関数 (hier_func) は、 NUM_TRANS マ ク ロ の定義 (ヘ ッ ダー フ ァ イ ル 例 3-2 で指定) どお り 、
ト ラ ンザ ク シ ョ ン複数回分実行 さ れ る ので、多 く の異な る デー タ 値が適用お よ び検証で き ます。テ ス ト ベンチは、
実行 さ れ る さ ま ざ ま なテ ス ト でのみ有効です。
•
関数出力は、既知の良い値に対 し て比較 さ れます。既知の良い値は、 こ の例ではフ ァ イ ルか ら 読み込まれますが、
テ ス ト ベンチの一部 と し て計算 さ せ る こ と も で き ます。
•
main() 関数の戻 り 値は、 次の よ う に設定 さ れます。
°
結果が正 し い と 確認 さ れた場合は 0
°
結果が既知の良い値 と 一致 し なか っ た場合は 0 以外の値
ヒ ン ト : テ ス ト ベンチが 0 を返 さ ない場合、Vivado HLS で実行 さ れ る RTL 検証ではシ ミ ュ レーシ ョ ン エ ラ ーが レ ポー
ト さ れ ます。 自動 RTL 検証を利用す る には、 結果が正 し い と 確認 さ れた と き に 0 を返す よ う にテ ス ト ベンチ を記述
し てお き ます。
こ れ ら の属性を含むテ ス ト ベンチを使用す る と 、 合成前の C 関数への変更を素早 く テ ス ト し て検証で き 、 RTL で再利
用で き る ので、 RTL の検証が簡単にな り ます。
デザイ ン フ ァ イル と テ ス ト ベン チ フ ァ イル
Vivado HLS では RTL 検証に C テ ス ト ベンチが再利用 さ れ る ので、テ ス ト ベンチお よ び関連フ ァ イ ルを Vivado HLS に
追加す る と き にテ ス ト ベンチ と し て指定す る 必要があ り ます。
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C の合成
テ ス ト ベンチに関連付け ら れた フ ァ イ ルは、 次の よ う な フ ァ イ ルです。
•
テ ス ト ベンチに よ り ア ク セ ス さ れ る フ ァ イ ル
•
テ ス ト ベンチが正 し く 動作す る ために必要な フ ァ イ ル
こ の よ う な フ ァ イ ルの例は、 例 3-3 に示す inA.dat や inB.dat な ど で、 こ れ ら は Vivado HLS プ ロ ジ ェ ク ト にテ ス
ト ベンチ フ ァ イ ル と し て追加す る 必要があ り ます。
Vivado HLS プ ロ ジ ェ ク ト でテ ス ト ベンチを指定す る ために、デザ イ ン と テ ス ト ベンチを別々の フ ァ イ ルに分け る 必要
はあ り ませんが、 推奨は さ れます。
例 3-1 は、 例 3-4 と 同 じ デザ イ ンですが、 最上位関数の名前が 2 つの例の区別を付け る ため、 hier_func2 に変更 さ
れてい る 点のみが違い ます。
hier_func が hier_func2 に変更 さ れてい る 点を除 く と 、 同 じ ヘ ッ ダー フ ァ イ ル と テ ス ト ベンチが使用 さ れてい
る ので、 sumsum_func 関数を最上位関数 と し て合成す る ためには Vivado HLS で次を変更する 必要があ り ます。
•
Vivado HLS で sumsub_func を最上位関数 と し て設定 し ます。
•
例 3-4
のフ ァ イ ルをデザ イ ン
フ ァ イル と プロ ジ ェ ク ト
フ ァ イ ルの両方 と し て追加 し ます。 こ れに よ り 、
sumsub_func よ り も 上位にあ る hier_func2 関数はテ ス ト ベンチの一部にな る ので、 RTL シ ミ ュ レーシ ョ ン
に含め る 必要があ り ます。
sumsub_func 関数は main() 関数内に イ ン ス タ ン シ エー ト さ れて い な く て も 、 残 り の関数 (hier_func2 お よ び
shift_func) に よ り 、 正 し く 動作 し ていて、 テ ス ト ベンチの一部であ る こ と が確認 さ れます。
#include hier_func2.h
int sumsub_func(din_t *in1, din_t *in2, dint_t *outSum, dint_t *outSub)
{
*outSum = *in1 + *in2;
*outSub = *in1 - *in2;
}
int shift_func(dint_t *in1, dint_t *in2, dout_t *outA, dout_t *outB)
{
*outA = *in1 >> 1;
*outB = *in2 >> 2;
}
void hier_func2(din_t A, din_t B, dout_t *C, dout_t *D)
{
dint_t apb, amb;
sumsub_func(&A,&B,&apb,&amb);
shift_func(&apb,&amb,C,D);
}
例 3‐4 : 新 し い最上位
テ ス ト ベ ン チ と デザイ ン フ ァ イルの結合
デザ イ ン フ ァ イ ル と テ ス ト ベンチを 1 つのデザ イ ン フ ァ イ ルに含め る こ と も で き ます。例 3-5 は例 3-1 ～ 例 3-3 と 同
じ 機能 を 持 ち ま す が、 すべ て が 1 つ の フ ァ イ ル に ま と め ら れ て い る 点 が 異 な り ま す。 他 の例 と 区別す る た め、
hier_func 関数の名前は hier_func3 に変更 し てい ます
重要 : テ ス ト ベンチ と デザ イ ンが 1 つの フ ァ イ ルにな っ てい る 場合は、 フ ァ イ ルをデザ イ ン フ ァ イ ル と テ ス ト ベンチ
フ ァ イ ルの両方 と し て Vivado HLS プ ロ ジ ェ ク ト に追加する 必要があ り ます。
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C の合成
テ ス ト ベン チおよび最上位デザイ ンの コ ー ド 例
#include <stdio.h>
#define NUM_TRANS 40
typedef int din_t;
typedef int dint_t;
typedef int dout_t;
int sumsub_func(din_t *in1, din_t *in2, dint_t *outSum, dint_t *outSub)
{
*outSum = *in1 + *in2;
*outSub = *in1 - *in2;
}
int shift_func(dint_t *in1, dint_t *in2, dout_t *outA, dout_t *outB)
{
*outA = *in1 >> 1;
*outB = *in2 >> 2;
}
void hier_func3(din_t A, din_t B, dout_t *C, dout_t *D)
{
dint_t apb, amb;
sumsub_func(&A,&B,&apb,&amb);
shift_func(&apb,&amb,C,D);
}
int main() {
// Data storage
int a[NUM_TRANS], b[NUM_TRANS];
int c_expected[NUM_TRANS], d_expected[NUM_TRANS];
int c[NUM_TRANS], d[NUM_TRANS];
//Function data (to/from function)
int a_actual, b_actual;
int c_actual, d_actual;
// Misc
int retval=0, i, i_trans, tmp;
FILE *fp;
// Load input data from files
fp=fopen(tb_data/inA.dat,r);
for (i=0; i<NUM_TRANS; i++){
fscanf(fp, %d, &tmp);
a[i] = tmp;
}
fclose(fp);
fp=fopen(tb_data/inB.dat,r);
for (i=0; i<NUM_TRANS; i++){
fscanf(fp, %d, &tmp);
b[i] = tmp;
}
fclose(fp);
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// Execute the function multiple times (multiple transactions)
for(i_trans=0; i_trans<NUM_TRANS-1; i_trans++){
//Apply next data values
a_actual = a[i_trans];
b_actual = b[i_trans];
hier_func3(a_actual, b_actual, &c_actual, &d_actual);
//Store outputs
c[i_trans] = c_actual;
d[i_trans] = d_actual;
}
// Load expected output data from files
fp=fopen(tb_data/outC.golden.dat,r);
for (i=0; i<NUM_TRANS; i++){
fscanf(fp, %d, &tmp);
c_expected[i] = tmp;
}
fclose(fp);
fp=fopen(tb_data/outD.golden.dat,r);
for (i=0; i<NUM_TRANS; i++){
fscanf(fp, %d, &tmp);
d_expected[i] = tmp;
}
fclose(fp);
// Check outputs against expected
for (i = 0; i < NUM_TRANS-1; ++i) {
if(c[i] != c_expected[i]){
retval = 1;
}
if(d[i] != d_expected[i]){
retval = 1;
}
}
// Print Results
if(retval == 0){
printf(
printf(
printf(
} else {
printf(
printf(
printf(
}
*** *** *** *** \n);
Results are good \n);
*** *** *** *** \n);
*** *** *** *** \n);
Mismatch: retval=%d \n, retval);
*** *** *** *** \n);
// Return 0 if outputs are correct
return retval;
}
例 3‐5 : テ ス ト ベ ン チ お よ び最上位デザ イ ン
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最上位の引数 : RTL イ ン タ ー フ ェ イ ス ポー ト
最上位関数が合成 さ れ る と 、 関数への引数 ( ま たはパ ラ メ ー タ ー ) は RTL ポー ト に合成 さ れ ま す。 こ のプ ロ セ ス は、
イ ン タ ーフ ェ イ ス合成 と 呼ばれます。
イ ン タ ー フ ェ イ ス合成
図 3-6 に示す コ ー ド は、 イ ン タ ーフ ェ イ ス合成の概要を示 し てい ます。 こ の例には、 次が含ま れます。
•
値渡 し 入力 2 つ (in1 お よ び in2)
•
読み出 し お よ び書 き 込み両方のポ イ ン タ ー (sum)
•
関数の戻 り 値 (temp の値)
#include sum_io.h
dout_t sum_io(din_t in1, din_t in2, dio_t *sum) {
dout_t temp;
*sum = in1 + in2 + *sum;
temp = in1 + in2;
return
temp;
}
例 3‐6 : イ ン タ ー フ ェ イ ス合成の例
デフ ォ ル ト では、 デザ イ ンは 図 3-1 に示すポー ト を使用 し て RTL ブ ロ ッ ク に合成 さ れます。
X-Ref Target - Figure 3-1
図 3‐1 : デ フ ォル ト のイ ン タ ー フ ェ イ ス合成後の RTL ポー ト
Vivado HLS では、 ポー ト に対 し て次が実行 さ れます。
•
ク ロ ッ ク お よ び リ セ ッ ト ポー ト をデザ イ ンに追加 し ます。
•
デザ イ ン レベルのハン ド シ ェ イ ク 信号をデフ ォ ル ト で次のポー ト に追加 し ます。
°
ap_start
°
ap_done
°
ap_idle
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C の合成
•
関数に戻 り 値がない場合、 ap_return 出力ポー ト を RTL イ ン タ ーフ ェ イ ス に追加 し ます。
注記 : 最上位関数の戻 り 値はポ イ ン タ ーにはで き ません。
•
Vivado HLS は関数引数か ら の読み出 し お よ び関数引数への書 き 込みを し た後、 それ ら を別々の入力お よ び出力
ポー ト (図 3-1 の sum_i お よ び sum_o) に合成 し ます。
•
Vivado HLS は、 デフ ォ ル ト で入力の値渡 し 引数 と ポ イ ン タ ーを単純な ワ イ ヤ ポー ト と し て合成 し ます。 ハン ド
シ ェ イ ク 信号は関連付け ら れません。
•
デフ ォ ル ト では、 出力ポ イ ン タ ーは関連す る 出力 Valid 信号を使用 し て合成 さ れ、 出力デー タ が有効にな る タ イ
ミ ン グ を示 し ます。
Vivado HLS が RTL ポー ト を合成す る と 、 単一サ イ ク ルなのか複数サ イ ク ルなのかに よ っ て、 ポー ト の読み出 し お よ
び書 き 込みに必要なハー ド ウ ェ アが作成 さ れます。 例 3-6 の コ ー ド は、 図 3-2 の タ イ ミ ン グ ビヘ イ ビ ア を示 し てい ま
す ( ク ロ ッ ク サ イ ク ルご と に 1 つの加算が可能な タ ーゲ ッ ト テ ク ノ ロ ジ と ク ロ ッ ク 周波数であ る と 仮定 し てい ます)。
X-Ref Target - Figure 3-2
図 3‐2 : デ フ ォル ト 合成での RTL ポー ト の タ イ ミ ン グ
•
デザ イ ンは ap_start が High にアサー ト さ れ る と 開始 さ れます。
•
ap_idle 信号が Low にアサー ト さ れ る と 、 デザ イ ンが動作 し てい る こ と を示 し ます。
•
入力デー タ は最初のサ イ ク ル後の ど の ク ロ ッ ク で も 読み出 さ れます。 読み出 し の タ イ ミ ン グは Vivado HLS で自
動的に ス ケ ジ ュ ール さ れます。
•
sum 出力が計算 さ れ る と 、 デー タ が有効であ る こ と が関連す る 出力ハン ド シ ェ イ ク (sum_o_ap_vld) で示 さ れ
ます。
•
関数が終了 し た ら 、 ap_done がアサー ト さ れます。 こ れは ap_return のデー タ が有効か ど う か も 示 し ます。
•
ap_idle ポー ト が High にアサー ト さ れ る と 、 デザ イ ンが再び開始 さ れ る のを待っ てい る 状態であ る こ と を示 し
ます。
イ ン タ ーフ ェ イ ス合成お よ びその さ ま ざ ま なオプシ ョ ンについては、第 1 章 「高位合成の概要」 を参照 し て く だ さ い。
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C の合成
•
イ ン タ ーフ ェ イ ス合成では、 デザ イ ンのデー タ シーケ ン ス が自動的に処理 さ れ る ので、 ユーザーは適切な イ ン
タ ーフ ェ イ ス を選択す る だけです。
•
次の よ う な多 く の タ イ プの イ ン タ ーフ ェ イ ス は合成で き ます。
•
°
ワ イ ヤ ポー ト
°
単一方向お よ び双方向のハン ド シ ェ イ ク
°
RAM ア ク セ ス ポー ト
°
FIFO ポー ト
イ ン タ ーフ ェ イ ス は、 タ イ プが違っ て も 同 じ ソ ース コ ー ド か ら 合成で き る こ と が多 く あ り ます。 同 じ コ ー ド が双
方向ハン ド シ ェ イ ク と し て指定 さ れ、 in1、 in2、 お よ び sum を使用 し て合成 さ れ る と 、 RTL ポー ト は図 3-3 の
よ う にな り ます。
X-Ref Target - Figure 3-3
図 3‐3 : イ ン タ ー フ ェ イ ス合成を指定 し た後の RTL ポー ト
こ こ か ら は、 コ ー ド 形式が RTL ポー ト に与え る 影響について説明 し ます。
ポイ ン ター
ポ イ ン タ ーは、 最上位関数への引数 と し て使用で き ま す。 ポ イ ン タ ーは目標どお り の RTL イ ン タ ーフ ェ イ スお よ び
デザ イ ン を合成後に達成す る 際、 問題の原因 と な る こ と があ る ので、 合成中にポ イ ン タ ーが ど の よ う に イ ンプ リ メ ン
ト さ れ る か理解す る のが重要にな り ます。
基本的なポ イ ン タ ー
例 3-7 の よ う な、 最上位 イ ン タ ーフ ェ イ ス に基本的なポ イ ン タ ーを含む関数は、 Vivado HLS では問題 と な り ません。
ポ イ ン タ ーは単純な ワ イ ヤ イ ン タ ーフ ェ イ ス かハン ド シ ェ イ ク を使用 し た イ ン タ ーフ ェ イ ス プ ロ ト コ ルのいずれか
に合成で き ます。
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C の合成
ヒ ン ト : FIFO イ ン タ ーフ ェ イ ス と し て合成する には、ポ イ ン タ ーを読み出 し 専用ま たは書 き 込み専用にす る 必要があ
り ます。
#include pointer_basic.h
void pointer_basic (dio_t *d) {
static dio_t acc = 0;
acc += *d;
*d = acc;
}
例 3‐7 : 基本的なポ イ ン タ ー イ ン タ ー フ ェ イ ス
テ ス ト ベンチで使用す る 例は、 例 3-8 に示 し ます。
#include pointer_basic.h
int main () {
dio_t d;
int i, retval=0;
FILE
*fp;
// Save the results to a file
fp=fopen(result.dat,w);
printf( Din Dout\n, i, d);
// Create input data
// Call the function to operate on the data
for (i=0;i<4;i++) {
d = i;
pointer_basic(&d);
fprintf(fp, %d \n, d);
printf( %d
%d\n, i, d);
}
fclose(fp);
// Compare the results file with the golden results
retval = system(diff --brief -w result.dat result.golden.dat);
if (retval != 0) {
printf(Test failed!!!\n);
retval=1;
} else {
printf(Test passed!\n);
}
// Return 0 if the test
return retval;
}
例 3‐8 : 基本的な ポ イ ン タ ー イ ン タ ー フ ェ イ スのテ ス ト ベ ン チ
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C 関数お よ び RTL シ ミ ュ レーシ ョ ンでは、 こ の単純なデー タ セ ッ ト を使用 し て正 し い操作が (可能性のあ る 操作すべ
てではあ り ませんが) 検証 さ れます。
Din Dout
0
0
1
1
2
3
3
6
Test passed!
ポ イ ン タ ー演算
ポ イ ン タ ー演算 (pointer_arith) を使用す る と 、RTL に合成可能な イ ン タ ーフ ェ イ ス が制限 さ れます。例 3-9 は同 じ コ ー
ド ですが、 デー タ 値を 2 つ目の値か ら 累積す る ために、 単純なポ イ ン タ ー演算が使用 さ れてい る 点が異な り ます。
#include pointer_arith.h
void pointer_arith (dio_t *d) {
static int acc = 0;
int i;
for (i=0;i<4;i++) {
acc += *(d+i+1);
*(d+i) = acc;
}
}
例 3‐9 : ポ イ ン タ ー演算 を使用 し た イ ン タ ー フ ェ イ ス
例 3-10 は、 こ の例をサポー ト す る テ ス ト ベンチです。 累積を実行する ためのループが pointer_arith 関数内に含
ま れ る よ う にな っ た ため、 テ ス ト ベンチに よ り 、 d[5] ア レ イ で指定 さ れた ア ド レ ス空間が適切な値を使用 し て生成
さ れます。
#include pointer_arith.h
int main () {
dio_t d[5], ref[5];
int i, retval=0;
FILE
*fp;
// Create input data
for (i=0;i<5;i++) {
d[i] = i;
ref[i] = i;
}
// Call the function to operate on the data
pointer_arith(d);
// Save the results to a file
fp=fopen(result.dat,w);
printf( Din Dout\n, i, d);
for (i=0;i<4;i++) {
fprintf(fp, %d \n, d[i]);
printf( %d
%d\n, ref[i], d[i]);
}
fclose(fp);
// Compare the results file with the golden results
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C の合成
retval = system(diff --brief -w result.dat result.golden.dat);
if (retval != 0) {
printf(Test failed!!!\n);
retval=1;
} else {
printf(Test passed!\n);
}
// Return 0 if the test
return retval;
}
例 3‐10 : ポ イ ン タ ー演算関数のテ ス ト ベ ン チ
こ れは、 シ ミ ュ レーシ ョ ンす る と 、 次の よ う な出力にな り ます。
Din Dout
0
1
1
3
2
6
3
10
Test passed!
ポ イ ン タ ー演算では、 ポ イ ン タ ー デー タ へ順番どお り にア ク セ ス さ れません。 ワ イ ヤ、 ハン ド シ ェ イ ク ま たは FIFO
イ ン タ ーフ ェ イ ス の場合は、 順序どお り にア ク セ ス さ れます。
•
ワ イ ヤ イ ン タ ーフ ェ イ ス はデザ イ ンがデー タ を消費す る か、 書 き 込む準備がで き た と き にデー タ を読み出 し ま
す。
•
ハン ド シ ェ イ ク お よ び FIFO イ ン タ ーフ ェ イ スは、 制御信号が処理を進め る 許可を し た と き に読み出 し お よ び書
き 込み し ます。
ど ち ら の場合 も 、 デー タ は順序通 り にエ レ メ ン ト 0 か ら 到着する (書 き 込まれ る ) 必要があ り ます。 例 3-9 では、 最初
のデー タ 値が イ ンデ ッ ク ス 1 か ら 読み出 さ れ る よ う に記述 さ れてい ます (i が 0 で開始 さ れ、 0+1=1)。 こ れは、 テ ス
ト ベンチの d[5] ア レ イ か ら 2 つ目のエ レ メ ン ト です。
こ れがハー ド ウ ェ アに イ ン プ リ メ ン ト さ れ る 際には、 何 ら かのデー タ イ ンデ ッ ク ス 形式が必要にな り ま す。 Vivado
HLS では、 ワ イ ヤ、 ハン ド シ ェ イ ク ま たは FIFO イ ン タ ーフ ェ イ ス を使用す る と こ れはサポー ト さ れ ません。 例 3-9
の コ ー ド は、 ap_bus イ ン タ ーフ ェ イ ス を使用 し てのみ合成で き ます。 こ の イ ン タ ーフ ェ イ ス では、 デー タ がア ク セ
ス (読み出 し ま たは書 き 込み) さ れた と き にデー タ に イ ンデ ッ ク ス を付け る ためのア ド レ ス が提供 さ れます。
ま たは、 ポ イ ン タ ーではな く 、 イ ン タ ー フ ェ イ ス の ア レ イ を 使用 し て コ ー ド を 変更す る 必要が あ り ま す。 詳細は、
例 3-11を参照 し て く だ さ い。 こ れは RAM イ ン タ ーフ ェ イ ス (ap_memory) を使用す る と 、 合成で き ます。 こ の イ ン
タ ーフ ェ イ ス は、 ア ド レ ス を付けてデー タ の イ ンデ ッ ク ス を作成で き る ので、 順序どお り でな く て も 実行で き ます。
ワ イ ヤ、 ハン ド シ ェ イ ク 、 FIFO イ ン タ ーフ ェ イ ス は、 ス ト リ ー ミ ン グ デー タ でのみ使用で き 、 ポ イ ン タ ー演算 と 一
緒には使用で き ません (0 か ら デー タ の イ ンデ ッ ク ス を作成 し て、 順番に進め る 場合は例外)。
ap_bus お よ び ap_memory イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プについては、 次を参照 し て く だ さ い。
•
第 1 章 「高位合成の概要」
•
第 4 章 「高位合成 コ マ ン ド 」
#include array_arith.h
void array_arith (dio_t d[5]) {
static int acc = 0;
int i;
for (i=0;i<4;i++) {
acc += d[i+1];
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171
C の合成
d[i] = acc;
}
}
例 3‐11 : ア レ イ 演算
マルチ ア ク セス ポ イ ン タ ー イ ン タ ー フ ェ イ ス : ス ト リ ー ミ ング デー タ
最上位関数の引数 リ ス ト にポ イ ン タ ーが使用 さ れ る デザ イ ンの場合、 ポ イ ン タ ーを使用 し て複数ア ク セ ス を実行す る
際に特に注意す る 必要があ り ます。 複数ア ク セ ス は、 同 じ 関数でポ イ ン タ ーが複数回読み出 さ れた り 書 き 込まれた り
す る こ と です。
•
複数ア ク セ ス さ れ る 関数の引数には、 volatile 修飾子を使用す る 必要があ り ます。
•
Vivado HLS 内で協調シ ミ ュ レーシ ョ ン を使用 し て RTL を検証す る 場合、 最上位関数では、 こ の よ う な引数に指
定 し たポー ト イ ン タ ーフ ェ イ ス のア ク セ ス数を含め る 必要があ り ます。
•
合成の前に C を検証 し 、 目的を確認 し 、 C 記述が正 し い こ と を確認 し て く だ さ い。
関数の引数が複数回ア ク セ ス さ れ る 必要があ る 場合は、 ス ト リ ーム を使用 し てデザ イ ン を記述す る こ と をお勧め し ま
す。 詳細は、 279 ページの 「ス ト リ ー ミ ン グ デー タ を使用 し た設計」 を参照 し て く だ さ い。 ス ト リ ーム を使用す る と 、
こ のセ ク シ ョ ン で示す よ う な問題は発生 し ません。 サ ン プル デザ イ ン を使用 し た場合、 表 3-2 「サ ンプル デザ イ ン
のシナ リ オ」 は279 ページの 「ス ト リ ー ミ ン グ デー タ を使用 し た設計」 に説明 さ れてい ます。
表 3‐2 : サン プル デザイ ンのシナ リ オ
サン プル デザイ ン
表示
pointer_stream_bad
同 じ 関数内でポ イ ン タ ーに複数回ア ク セ スする 場合に volatile 修
飾子が必要な理由
pointer_stream_better
こ の よ う な ポ イ ン タ ーが最上位 イ ン タ ー フ ェ イ ス に含 ま れ る デ
ザ イ ン で目的どお り の動作が正 し く 記述 さ れてい る か ど う か を
確認する ために、C テ ス ト ベンチを使用 し てデザ イ ン を検証する
必要があ る 理由
例 3-12 では、 入力ポ イ ン タ ーの d_i が 4 回読み出 さ れ、 出力ポ イ ン タ ーの d_o が 2 回書き 込まれ、 ア ク セ ス が FIFO
イ ン タ ーフ ェ イ ス に よ り イ ン プ リ メ ン ト (最終的な RTL イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン か ら ス ト リ ー ミ ン グ デー タ を読み
出 し お よ び書 き 込み) さ れ る よ う に し てい ます 。
#include pointer_stream_bad.h
void pointer_stream_bad ( dout_t *d_o,
din_t acc = 0;
acc +=
acc +=
*d_o =
acc +=
acc +=
*d_o =
din_t *d_i) {
*d_i;
*d_i;
acc;
*d_i;
*d_i;
acc;
}
例 3‐12 : マルチ ア ク セ ス ポ イ ン タ ー イ ン タ ー フ ェ イ ス
例 3-13 は、 こ のデザ イ ン を検証す る テ ス ト ベンチを示 し てい ます。
#include pointer_stream_bad.h
int main () {
din_t d_i;
dout_t d_o;
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C の合成
int retval=0;
FILE *fp;
// Open a file for the output results
fp=fopen(result.dat,w);
// Call the function to operate on the data
for (d_i=0;d_i<4;d_i++) {
pointer_stream_bad(&d_o,&d_i);
fprintf(fp, %d %d\n, d_i, d_o);
}
fclose(fp);
// Compare the results file with the golden results
retval = system(diff --brief -w result.dat result.golden.dat);
if (retval != 0) {
printf(Test failed !!!\n);
retval=1;
} else {
printf(Test passed !\n);
}
// Return 0 if the test
return retval;
}
例 3‐13 : マルチ ア ク セ ス ポ イ ン タ ーのテ ス ト ベ ン チ
揮発性デー タ の理解
例 3-12 の コ ー ド は、 入力ポ イ ン タ ー d_i お よ び出力ポ イ ン タ ー d_o を、 RTL で FIFO (ま たはハン ド シ ェー ク ) イ ン
タ ーフ ェ イ ス と し て イ ンプ リ メ ン ト す る こ と を意図 し て記述 さ れてい ます。 こ れに よ り 、次の こ と が確実にな り ます。
•
ア ッ プ ス ト リ ームの送信ブ ロ ッ ク は、 RTL ポー ト d_i で読み出 し が実行 さ れ る たびに新 し いデー タ を供給 し ま
す。
•
ダ ウ ン ス ト リ ームの受信ブ ロ ッ ク は、 RTL ポー ト d_o で書 き 込みが実行 さ れ る たびに新 し いデー タ を受信 し ま
す。
こ の コ ー ド が標準 C コ ンパ イ ラ で コ ンパ イ ル さ れ る 場合、各ポ イ ン タ ーへの複数ア ク セ ス が 1 つのア ク セ ス に削減 さ
れ ま す。 コ ンパ イ ラ については、 d_i 上のデー タ が関数の実行中に変化す る こ と が示 さ れないので、 関係あ る のは
d_o への最終の書 き 込みのみです。 ほかの書 き 込みは、 関数が完了する ま でに上書き さ れます。
Vivado HLS での処理は、 gcc コ ンパ イ ラ の動作 と 一致 し てお り 、 複数の読み出 し お よ び書 き 込みは 1 つの読み出 し
操作お よ び 1 つの書 き 込み操作に最適化 さ れます。 RTL が検証 さ れ る と 、 各ポー ト では 1 つの読み出 し お よ び書 き 込
み操作のみが実行 さ れます。
こ のデザ イ ン の基本的な問題は、 テ ス ト ベンチ と デザ イ ン で RTL ポー ト の イ ン プ リ メ ン ト 方法が設計者の意図どお
り に記述 さ れていない こ と にあ り ます。
•
RTL ポー ト は、 ト ラ ンザ ク シ ョ ン中に複数回読み出 し お よ び書き 込み (デー タ 入力お よ び出力が ス ト リ ー ミ ン グ
) さ れ る はずです。
•
テ ス ト ベンチは 1 つの入力値だけ を提供 し 、1 つの出力値だけ を戻 し ます。例 3-12 の C シ ミ ュ レーシ ョ ンの結果
は次の よ う にな り ます。 各入力が 4 回累積 さ れ ますが、 読み出 さ れて各回で累積 さ れ る のは同 じ 値で、 4 回別の
読み出 し があ る わけではあ り ません。
Din
0
1
2
Dout
0
4
8
高位合成
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C の合成
3
12
こ のデザ イ ンは volatile 修飾子を使用す る と 、 RTL ポー ト に複数回読み出 し お よ び書 き 込みがで き る よ う にな り
ます。 詳細は、 例 3-14を参照 し て く だ さ い。
volatile キーワ ー ド を使用す る と 、 C コ ンパ イ ラ (お よ び Vivado HLS) でポ イ ン タ ー ア ク セ ス に関す る 仮定が さ れ
ないので、 デー タ が揮発性であ り 変化す る 可能性があ る と 解釈 さ れます。
ヒ ン ト : ポ イ ン タ ー ア ク セ ス は最適化 し ないで く だ さ い。
#include pointer_stream_better.h
void pointer_stream_better ( volatile dout_t *d_o,
din_t acc = 0;
acc +=
acc +=
*d_o =
acc +=
acc +=
*d_o =
volatile din_t *d_i) {
*d_i;
*d_i;
acc;
*d_i;
*d_i;
acc;
}
例 3‐14 : マルチ ア ク セ ス volatile ポ イ ン タ ー イ ン タ ー フ ェ イ ス
例 3-14 は 例 3-12 と 同 じ よ う にシ ミ ュ レーシ ョ ン さ れますが、volatile 修飾子に よ り 、次の よ う な状態にな り ます。
•
ポ イ ン タ ー ア ク セ ス の最適化が さ れな く な り ます。
•
意図 し た と お り 、入力ポー ト d_i で読み出 し が 4 回実行 さ れ、出力ポー ト d_o で書 き 込みが 2 回実行 さ れ る RTL
デザ イ ンにな り ます。
volatile キーワ ー ド を使用 し て も 、 こ の コ ー ド 形式 (ポ イ ン タ ーに複数回ア ク セ スす る ) には、 関数 と テ ス ト ベンチ
に読み出 し お よ び書 き 込みが明示的に記述 さ れていない と い う 問題が ま だあ り ます。
こ の場合、読み出 し は 4 回実行 さ れますが、同 じ デー タ が 4 回読み込まれて し ま い ます。書 き 込みは 2 回別々にあ り 、
それぞれ正 し いデー タ で実行 さ れますが、 テ ス ト ベンチは最後の書 き 込みのデー タ のみを取 り 込みます。
ヒ ン ト : 中間ア ク セ ス を 表示す る には、 cosim_design を イ ネーブルに し て RTL シ ミ ュ レ ーシ ョ ン中に ト レ ー ス
フ ァ イ ルを作成 し 、 適切な ビ ュ ーアーでその ト レース フ ァ イ ルを確認 し ます。
例 3-14 は、 ワ イ ヤ イ ン タ ーフ ェ イ ス を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト で き ます。 FIFO イ ン タ ーフ ェ イ ス が指定 さ れ る 場合
は、 Vivado HLS で各読み出 し ご と に新 し いデー タ を ス ト リ ー ミ ン グする RTL テ ス ト ベンチが作成 さ れます。 テ ス ト
ベンチか ら 使用で き る 新 し いデー タ はないので、 RTL の検証はエ ラ ーにな り ます。 テ ス ト ベンチでは、 正 し く 読み出
し お よ び書 き 込みが記述 さ れません。
ス ト リ ー ミ ング デー タ イ ン タ ー フ ェ イ スの記述
ハー ド ウ ェ ア シ ス テ ムには並列処理機能があ る ので、 ソ フ ト ウ ェ ア と 違っ て ス ト リ ー ミ ン グ デー タ の利点を生かす
こ と がで き ます。 デー タ はデザ イ ンに連続 し て提供 さ れ、 デザ イ ンか ら デー タ は連続 し て出力 さ れます。 RTL デザ イ
ンは既存デー タ を処理 し 終わ る 前に新 し いデー タ を受信で き ます。
例 3-14 に示す よ う に、 ソ フ ト ウ ェ ア での ス ト リ ー ミ ン グ デー タ の記述は、 特に既存のハー ド ウ ェ ア イ ン プ リ メ ン
テーシ ョ ン (既に並列/ス ト リ ー ミ ン グ処理機能が存在 し 、 記述す る 必要あ り ) を表す ソ フ ト ウ ェ ア を記述す る 際に重
要です。
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こ れには、 次の よ う な複数の方法があ り ます。
•
volatile 修飾子を追加 し ます (例 3-14)。 テ ス ト ベンチには一意の読み出 し お よ び書 き 込みが記述 さ れないの
で、 元の C テ ス ト ベンチを使用 し た RTL シ ミ ュ レーシ ョ ンはエ ラ ーにな り ますが、 ト レース フ ァ イ ルの波形を
確認す る と 、 正 し い読み出 し お よ び書 き 込みが実行 さ れた こ と がわか り ます。
•
一意の読み出 し お よ び書 き 込みを明示的に記述す る よ う に コ ー ド を変更 し ます。 詳細は、 例 3-15を参照 し て く だ
さ い。
•
ス ト リ ー ミ ン グ デー タ 型を使用す る よ う に コ ー ド を変更 し ます。 ス ト リ ー ミ ン グ デー タ 型を使用す る と 、 ス ト
リ ー ミ ン グ デー タ を使用 し てハー ド ウ ェ アが適切に記述 さ れ る よ う にな り ます。 詳細は、 第 1 章 「高位合成の概
要」 を参照 し て く だ さ い。
例 3-15 の コ ー ド は、 テ ス ト ベンチか ら 4 つの異な る 値が読み出 さ れ、 2 つの異な る 値が書 き 込ま れ る よ う にア ッ プ
デー ト し た コ ー ド です。 ポ イ ン タ ーのア ク セ ス はシーケ ン シ ャ ルで ロ ケーシ ョ ン 0 か ら 開始する ので、 合成では ス ト
リ ー ミ ン グ イ ン タ ーフ ェ イ ス が使用 さ れます。
#include pointer_stream_good.h
void pointer_stream_good ( volatile dout_t *d_o,
din_t acc = 0;
volatile din_t *d_i) {
acc += *d_i;
acc += *(d_i+1);
*d_o = acc;
acc += *(d_i+2);
acc += *(d_i+3);
*(d_o+1) = acc;
}
例 3‐15 : 明示的な マルチ ア ク セ スの volatile ポ イ ン タ ー イ ン タ ー フ ェ イ ス
関数が各 ト ラ ンザ ク シ ョ ンで 4 つの固有の値を読み出す こ と を モデ リ ン グす る よ う に、 テ ス ト ベンチがア ッ プデー ト
さ れます。 こ のテ ス ト ベンチは、 1 つの ト ラ ンザ ク シ ョ ンのみを記述 し てい ます。 複数の ト ラ ンザ ク シ ョ ン を記述す
る には、 入力デー タ セ ッ ト を増加 し 、 関数を複数回呼び出す必要があ り ます。
#include pointer_stream_good.h
int main () {
din_t d_i[4];
dout_t d_o[4];
int i, retval=0;
FILE
*fp;
// Create input data
for (i=0;i<4;i++) {
d_i[i] = i;
}
// Call the function to operate on the data
pointer_stream_good(d_o,d_i);
// Save the results to a file
fp=fopen(result.dat,w);
for (i=0;i<4;i++) {
if (i<2)
fprintf(fp, %d %d\n, d_i[i], d_o[i]);
else
fprintf(fp, %d \n, d_i[i]);
}
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fclose(fp);
// Compare the results file with the golden results
retval = system(diff --brief -w result.dat result.golden.dat);
if (retval != 0) {
printf(Test failed !!!\n);
retval=1;
} else {
printf(Test passed !\n);
}
// Return 0 if the test
return retval;
}
例 3‐16 : 明示的な マルチ ア ク セ スの volatile
ポ イ ン タ ーのテ ス ト ベ ン チ
こ のテ ス ト ベンチに よ り 、 次の よ う な結果のアルゴ リ ズ ムが検証 さ れます。
•
1 つの ト ラ ンザ ク シ ョ ンか ら 2 つの出力が生成 さ れます。
•
出力は最初の 2 つの入力読み出 し が累算 さ れた も の と 、 次の 2 つの入力読み出 し と 最初の出力が累算 さ れた も の
にな り ます。
Din Dout
0
1
1
6
2
3
ポ イ ン タ ーが関数 イ ン タ ーフ ェ イ ス で複数回ア ク セ ス さ れ る 際に注意すべ き 最後の問題は、RTL シ ミ ュ レーシ ョ ンの
記述です。
マルチ ア ク セス ポ イ ン タ ーおよび RTL シ ミ ュ レーシ ョ ン
cosim_design で RTL を検証す る ため、 Vivado HLS では次が実行 さ れます。
•
RTL 周辺にアダプ タ ーを含む SystemC ラ ッ パーが作成 さ れます。
•
こ の ラ ッ パーが既存の C テ ス ト ベンチに イ ン ス タ ン シエー ト さ れます。 詳細は、 図 3-4を参照 し て く だ さ い。
X-Ref Target - Figure 3-4
図 3‐4 : cosim_design ラ ッ パーの概要
Vivado HLS で作成 さ れ る ラ ッ パーには、 RTL イ ン タ ーフ ェ イ ス にハン ド シ ェ ー ク が必要な場合はそれが記述 さ れ ま
す。 テ ス ト ベンチか ら 供給 さ れ る DUT への入力値が RTL デザ イ ン で必要な と き に準備 さ れ る よ う にす る 必要があ り
ます。 こ れには、 ア ダプ タ ーに ス ト レージが必要です。
イ ン タ ーフ ェ イ ス のポ イ ン タ ーが複数回ア ク セ ス さ れた場合、Vivado HLS では関数 イ ン タ ーフ ェ イ ス か ら 何度読み出
し お よ び書 き 込みが実行 さ れたか判別で き ません。値がい く つ読み出 さ れ る か、 ま たは書 き 込まれ る か を Vivado HLS
に示す よ う な関数 イ ン タ ーフ ェ イ ス の引数はあ り ません。
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void pointer_stream_good ( volatile dout_t *d_o,
volatile din_t *d_i)
例 3‐17 : volatile ポ イ ン タ ー イ ン タ ー フ ェ イ ス
ア レ イ の最大サ イ ズな ど、 イ ン タ ーフ ェ イ ス に値がい く つ必要か を示す よ う な も のがない限 り 、Vivado HLS では 1 つ
の値が仮定 さ れ、 1 つの入力お よ び 1 つの出力用のみのシ ミ ュ レーシ ョ ン ラ ッ パーが作成 さ れます。
RTL ポー ト が実際には複数の値を読み出 し ま たは書 き 込みす る 場合、 RTL cosim_design シ ミ ュ レーシ ョ ンが停止
し ます。 ラ ッ パーには RTL デザ イ ンに接続 さ れ る 送信ブ ロ ッ ク と 受信ブ ロ ッ ク が記述 さ れます。 1 つの値のみが記述
さ れ る と 、 複数の値が読み出 し ま たは書 き 込み さ れ る 場合に RTL デザ イ ンは停止 し ます (読み出す値がないか書 き 込
むスペース がないため)。
イ ン タ ーフ ェ イ ス でマルチア ク セ ス ポ イ ン タ ーが使用 さ れ る 場合、イ ン タ ーフ ェ イ ス での読み出 し ま たは書 き 込みの
最大回数を Vivado HLS に示す必要があ り ます。 イ ン タ ーフ ェ イ ス を指定す る 場合、 [Vivaod HLS Directive Editor] ダ イ
ア ロ グ ボ ッ ク ス の [Directive] で [INTERFACE] を選択 し 、 [depth] オプシ ョ ン を設定 し ます (図 3-5)。
X-Ref Target - Figure 3-5
図 3‐5 : [Vivado HLS Directive Editor] ダ イ ア ログ ボ ッ ク ス :[depth] オプ シ ョ ン
上記の例では、 引数ま たはポー ト d_i が 深 さ 4 の FIFO イ ン タ ーフ ェ イ ス にな る よ う に設定 さ れてい ます。 こ れに よ
り 、 cosim_design で RTL を正 し く 検証す る のに十分な値が供給 さ れます。
イ ン タ ー フ ェ イ スのア レ イ
Vivado HLS では、 ア レ イ が メ モ リ エ レ メ ン ト にデフ ォ ル ト で合成 さ れ ます。 ア レ イ が最上位関数への引数 と し て使
用 さ れ る と 、 メ モ リ はオ フチ ッ プであ る と 仮定 さ れ、 イ ン タ ーフ ェ イ ス ポー ト が メ モ リ にア ク セ スす る ために合成 さ
れます。
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Vivado HLS には、 こ れ ら のポー ト の作成方法を設定す る 機能があ り ます。
•
メ モ リ は、 シ ン グルま たはデ ュ アル ポー ト RAM と し て指定で き ます。
•
イ ン タ ーフ ェ イ ス は、 FIFO イ ン タ ーフ ェ イ ス と し て指定で き ます。
•
イ ン タ ーフ ェ イ ス は、 ap_bus イ ン タ ーフ ェ イ ス と し て指定で き ます。
•
Vivado HLS のア レ イ 最適化指示子 (Array_Partition、 Array_Map お よ び Array_Reshape) を使用す る と 、
ア レ イ の構造を設定 し 直せ、 I/O ポー ト の数 も 変更で き ます。
デー タ へのア ク セ ス が メ モ リ (RAM ま たは FIFO) ポー ト か ら に制限 さ れ る ため、 イ ン タ ーフ ェ イ ス のア レ イ に よ り パ
フ ォーマ ン ス に障害が出 る こ と があ り ます。 こ れ ら の障害は、 通常指示子を使用す る と 回避で き ます。
合成可能な コ ー ド でア レ イ を使用す る 場合は、 ア レ イ を必ずサ イ ズ指定す る 必要があ り ます。 た と えば、 例 3-18 の
宣言 d_i[4] が d_i[] に変更 さ れ る と 、 Vivado HLS でデザ イ ンが合成で き ない こ と を示す メ ッ セージが表示 さ れま
す。
@E [SYNCHK-61] array_RAM.c:52: unsupported memory access on variable 'd_i' which is
(or contains) an array with unknown size at compile time.
ア レ イ最適化指示子
ど の タ イ プの RAM を使用す る か (シ ン グル ポー ト と デ ュ アル ポー ト の ど ち ら の RAM ポー ト を作成す る か) を明示
的に指定す る には、 resource 指示子を使用 し ます。 resource 指示子が指定 さ れない場合、 Vivado HLS では次が使用 さ
れます。
•
シ ン グル ポー ト RAM (デフ ォ ル ト )
•
開始間隔やレ イ テ ン シが削減 さ れ る 場合はデ ュ アル ポー ト RAM
イ ン タ ーフ ェ イ ス でア レ イ を リ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンす る には、 partition、 map お よ び reshape 指示子を指定
し ます。 ア レ イ は複数の小 さ いア レ イ にパーテ ィ シ ョ ンで き 、 それぞれに別の イ ン タ ーフ ェ イ ス を使用で き ます。 こ
れには、 ア レ イ のすべてのエ レ メ ン ト を ス カ ラ ー エ レ メ ン ト にパーテ ィ シ ョ ン で き る 機能 も 含ま れ ます。 関数 イ ン
タ ーフ ェ イ ス の場合は、 ア レ イ のすべてのエ レ メ ン ト に対 し てそれぞれ別のポー ト が作成 さ れます。 こ れに よ り 並列
ア ク セ ス は最大にな り ますが、 さ ら にポー ト が作成 さ れ る ため、 上の階層で配線問題が発生する こ と があ り ます。
同様に、 小 さ いア レ イ は 1 つの大 き な ア レ イ に ま と め ら れ、 1 つの イ ン タ ーフ ェ イ ス にな っ て し ま う こ と があ り ます。
こ の場合、 オ フチ ッ プ ブ ロ ッ ク RAM へのマ ッ プは改善 さ れますが、 パフ ォーマ ン ス に障害が出 る 可能性があ る こ と
に注意 し て く だ さ い。 こ れ ら の ト レー ド オ フは Vivado HLS の最適化指示子を使用す る と 発生す る ので、 コ ー ド 自体
には影響 し ません。
RAM イ ン タ ー フ ェ イ ス
例 3-18 に示す関数のア レ イ 引数は。 デフ ォ ル ト でシ ン グル ポー ト RAM イ ン タ ーフ ェ イ ス に合成 さ れます。
#include array_RAM.h
void array_RAM (dout_t d_o[4], din_t d_i[4], didx_t idx[4]) {
int i;
For_Loop: for (i=0;i<4;i++) {
d_o[i] = d_i[idx[i]];
}
}
例 3‐18 : RAM イ ン タ ー フ ェ イ ス
シ ン グル ポー ト RAM イ ン タ ーフ ェ イ ス が使用 さ れ る のは、 for-loop で各 ク ロ ッ ク サ イ ク ルの読み出 し お よ び書
き 込みがで き る のは 1 エ レ メ ン ト のみであ る ため、デ ュ アル ポー ト RAM イ ン タ ーフ ェ イ ス を使用す る 利点がないか
ら です。
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for-loop が展開 さ れ る と 、 Vivado HLS ではデ ュ アル ポー ト が使用 さ れます。 こ れに よ り 、 同時に複数エ レ メ ン ト
を読み出す こ と がで き 、 開始間隔を改善す る こ と がで き ます。 RAM イ ン タ ーフ ェ イ ス の タ イ プは、 resource 指示子を
適用す る と 設定で き ます。
イ ン タ ーフ ェ イ ス でア レ イ に関す る 問題があ る 場合は、 通常スループ ッ ト に関係 し てお り 、 最適化指示子で処理で き
ま す。 た と えば、 例 3-18 のア レ イ が個別エ レ メ ン ト にパーテ ィ シ ョ ン さ れ、 for-loop が展開 さ れていれば、 各ア
レ イ の 4 つのエ レ メ ン ト すべてが同時にア ク セ ス さ れます。
FIFO イ ン タ ー フ ェ イ ス
Vivado HLS では、 ア レ イ 引数を RTL で FIFO ポー ト と し て イ ンプ リ メ ン ト で き ます。 FIFO ポー ト を使用す る 予定が
あ る 場合は、 ア レ イ のア ク セ ス がシーケ ン シ ャ ルにな っ てい る こ と を確認 し て く だ さ い。
Vivado HLS では、 ア ク セ ス がシーケ ン シ ャ ルであ る か ど う かが判断 さ れます。
表 3‐3 : Vivado HLS のシーケ ン シ ャ ル ア ク セス解析
シーケ ン シ ャル ア ク セス
Vivado HLS の動作
○
• FIFO ポー ト を イ ンプ リ メ ン ト
×
• エ ラ ー メ ッ セージ を表示
• 合成を停止
中間
• 警告を表示
• FIFO ポー ト を イ ンプ リ メ ン ト
注記 : ア ク セ ス が実際にシーケ ン シ ャ ルではなか っ た場合、 RTL シ ミ ュ レーシ ョ ン不一致にな り ます。
例 3-19 は、 Vivado HLS がア ク セ ス がシーケ ン シ ャ ルか ど う か判断で き ない例を示 し てい ます。 こ の例では、 d_i と
d_o の両方が合成中にFIFO イ ン タ ーフ ェ イ ス を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ る よ う に指定 さ れてい ます。
#include array_FIFO.h
void array_FIFO (dout_t d_o[4], din_t d_i[4], didx_t idx[4]) {
int i;
// Breaks FIFO interface d_o[3] = d_i[2];
For_Loop: for (i=0;i<4;i++) {
d_o[i] = d_i[idx[i]];
}
}
例 3‐19 : FIFO イ ン タ ー フ ェ イ スのス ト リ ー ミ ン グ
こ の例の場合、 FIFO イ ン タ ーフ ェ イ ス が問題な く 作成で き る か ど う かを判断する idx が使用 さ れてい ます。
•
idx がシーケ ン シ ャ ルに増加すれば、 FIFO イ ン タ ーフ ェ イ ス が作成で き ます。
•
idx に ラ ン ダ ム な値が使用 さ れ る と 、FIFO イ ン タ ーフ ェ イ ス が RTL に イ ンプ リ メ ン ト さ れ る 際にエ ラ ーにな り ま
す。
こ の イ ン タ ーフ ェ イ ス は問題があ る 可能性 も あ る ため、 Vivado HLS は合成中に次の よ う な警告 メ ッ セージ を表示 し 、
FIFO イ ン タ ーフ ェ イ ス を作成 し ます。
@W [XFORM-124] Array 'd_i': may have improper streaming access(es).
例 3-19 の コ メ ン ト (“//Breaks FIFO interface”) が削除 さ れ る と 、 Vivado HLS ではア レ イ へのア ク セ ス がシー
ケ ン シ ャ ルではない と 判断 さ れ、 FIFO イ ン タ ーフ ェ イ ス が指定 さ れてい る 場合はエ ラ ー メ ッ セージが表示 さ れて停
止 し ます。
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注記 : FIFO ポー ト は読み出 し お よ び書 き 込みア レ イ 用には合成 さ れません。 入力ア レ イ と 出力ア レ イ は 例 3-19 の よ
う に別々に作成す る 必要があ り ます。
次の一般的な規則は、 ス ト リ ー ミ ン グ さ れ る (FIFO イ ン タ ーフ ェ イ ス で イ ンプ リ メ ン ト さ れた) ア レ イ に適用 さ れま
す。
•
ア レ イ は、 1 ループ ま たは関数でのみ読み出 さ れ、 書 き 込まれ る 必要があ り ます。 こ れは FIFO リ ン ク の特性 と
一致す る ポ イ ン ト ツー ポ イ ン ト の接続に変換 さ れ る 可能性があ り ます。
•
ア レ イ の読み出 し は、 ア レ イ の書 き 込み と 同 じ 順序であ る 必要があ り ます。 FIFO チ ャ ネルでは ラ ン ダ ム ア ク セ
ス がサポー ト さ れないので、 ア レ イ は先入れ先出 し (First In First Out) 動作に従っ たプ ロ グ ラ ム で使用 さ れ る 必要
があ り ます。
•
FIFO か ら の読み出 し お よ び書 き 込みに使用 さ れ る イ ンデ ッ ク ス は、 コ ンパ イ ル時に解析 さ れ る 必要があ り ます。
ラ ン タ イ ム計測に基づいた ア レ イ のア ド レ ス指定は、 FIFO 動作用には解析で き ないので、 ア レ イ が FIFO に変換
さ れな く な り ます。
最上位 イ ン タ ーフ ェ イ ス にア レ イ を イ ン プ リ メ ン ト ま たは最適化す る のに、 コ ー ド を変更す る 必要は通常あ り ま せ
ん。 イ ン タ ーフ ェ イ ス のア レ イ の コ ー ド を変更す る 必要があ る のは、 ア レ イ が構造体 (struct) の一部であ る 場合のみ
です。
イ ン タ ー フ ェ イ スの構造体
構造体が最上位関数への引数 と し て使用 さ れ る と 、 合成で作成 さ れ る ポー ト はその構造体の メ ンバーを直接反映 し た
も のにな り ます。 ス カ ラ ー メ ンバーは標準的な ス カ ラ ー ポー ト と し て、 ア レ イ はデフ ォ ル ト で メ モ リ ポー ト と し て
イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
例 3-20 の場合、 struct data_t がヘ ッ ダー フ ァ イ ルで定義 さ れてい ます。 こ の構造体には、 次の 2 つのデー タ メ
ンバーが含まれます。
•
short 型
(16 ビ ッ ト ) の符号な し ベ ク タ ー A
•
4 つの unsigned char 型 (8 ビ ッ ト ) のア レ イ B
typedef struct {
unsigned short A;
unsigned char B[4];
} data_t;
data_t struct_port(data_t i_val, data_t *i_pt, data_t *o_pt);
例 3‐20 : ヘ ッ ダー フ ァ イ ルの構造体宣言
例 3-21 では、 構造体が渡 し 値引数 (i_val か ら o_val の戻 り 値) と ポ イ ン タ ー (*i_pt か ら *o_pt) の両方 と し て使
用 さ れてい ます。
#include struct_port.h
data_t struct_port(
data_t i_val,
data_t *i_pt,
data_t *o_pt
) {
data_t
int i;
o_val;
// Transfer pass-by-value structs
o_val.A = i_val.A+2;
for (i=0;i<4;i++) {
o_val.B[i] = i_val.B[i]+2;
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}
// Transfer pointer structs
o_pt->A = i_pt->A+3;
for (i=0;i<4;i++) {
o_pt->B[i] = i_pt->B[i]+3;
}
return o_val;
}
例 3‐21 : 渡 し 値お よ びポ イ ン タ ー と し ての構造体
すべての関数引数お よ び関数戻 し 値は次の よ う にポー ト に合成 さ れます。
•
struct エ レ メ ン ト A は 16 ビ ッ ト ポー ト にな り ます。
•
struct エ レ メ ン ト B は 4 つのエ レ メ ン ト にア ク セ スす る RAM ポー ト にな り ます。
Vivado HLS で合成で き る 構造体のサ イ ズや複雑 さ に制限はあ り ません。構造体には必要なだけのア レ イ 次元お よ び メ
ンバーを含め る こ と がで き ます。 構造体の イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンでの唯一の制限は、 ス ト リ ー ミ ン グ と し て (た と
えばア レ イ が FIFO イ ン タ ーフ ェ イ ス と し て) イ ンプ リ メ ン ト さ れ る 場合にあ り ます。 こ の場合、 その イ ン タ ーフ ェ イ
ス のア レ イ に適用す る の と 同 じ 一般規則に従 う 必要があ り ます。
構造体のエ レ メ ン ト は、 デー タ パ ッ キ ン グ最適化に よ り １ つのベ ク タ ーにパ ッ ク で き ます。 こ の最適化の実行に関
す る 詳細は、 set_directive_data_pack コ マ ン ド を参照 し て く だ さ い。 ま た、 config_interface コ マ ン ド に
-trim_dangling_ports オプシ ョ ン を使用す る と 、構造体の未使用のエ レ メ ン ト を イ ン タ ーフ ェ イ ス か ら 削除で き
ます。
デー タ 型
実行フ ァ イ ルへ コ ンパ イ ル さ れ る C 関数で使用 さ れ る デー タ 型は、 結果の精度、 メ モ リ 要件、 パフ ォーマ ン ス に影響
し ます。
•
32 ビ ッ ト 整数の int デー タ 型には、 さ ら に多 く のデー タ を保持で き る ので、 8 ビ ッ ト の char 型 よ り も 精度が高 く
な り ますが、 さ ら に多 く の ス ト レージが必要 と な り ます。
•
64 ビ ッ ト の long long 型が 32 ビ ッ ト シ ス テ ムで使用 さ れ る と 、 こ の よ う な値を読み出 し お よ び書 き 込みす る
ために通常複数ア ク セ ス が必要にな る ので、 ラ ン タ イ ムに影響がで ます。
同様に、 C 関数が RTL イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ンに合成 さ れ る 場合 も 、 デー タ 型が RTL デザ イ ンの精度、 エ リ ア、 パ
フ ォーマ ン ス に影響 し ます。 変数に使用 さ れ る デー タ 型に よ り 、 必要な演算子のサ イ ズが決ま る ので、 RTL のエ リ ア
お よ びパフ ォーマ ン ス も 決ま り ます。
Vivado HLS では、 固定長整数型を含むすべての標準 C デー タ 型の合成がサポー ト さ れます。
•
(unsigned) char、 (unsigned) short、 (unsigned) int
•
(unsigned) long、 (unsigned) long long
•
(unsigned) intN_t (N は stdint.h で定義 さ れ る 8、 16、 32 お よ び 64)
•
float、 double
固定長整数型を使用す る と 、 デザ イ ン を シ ス テ ムのすべてのデー タ 型間でポー タ ブルにで き ます。
整数型 (unsigned) long は 64 ビ ッ ト を 64 ビ ッ ト OS、 32 ビ ッ ト を 32 ビ ッ ト OS と し て イ ン プ リ メ ン ト し ま す。
合成では こ のビヘ イ ビ アが比較 さ れ、 Vivado HLS が実行 さ れ る OS タ イ プに よ っ て、 異な る サ イ ズの演算子が生成 さ
れ る ので、 異な る RTL デザ イ ンが生成 さ れます。
•
32 ビ ッ ト の場合、 (unsigned) long デー タ 型の代わ り に、 (unsigned) int ま たは (unsigned)int32_t
を使用す る 必要があ り ます。
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•
64 ビ ッ ト の場合、 (unsigned)long デー タ 型の代わ り に、 (unsigned)long long ま たは
(unsigned)int64_t を使用す る 必要があ り ます。
すべての変数のデー タ 型を 1 つの共通のヘ ッ ダー フ ァ イ ルで定義する こ と をお勧め し ます。 こ の フ ァ イ ルは、 すべて
の ソ ース フ ァ イ ルに含め る こ と がで き ます。
•
通常の高位合成プ ロ ジ ェ ク ト フ ロ ー中には、た と えばサ イ ズ を削減 し た り 、ハー ド ウ ェ ア イ ンプ リ メ ン テーシ ョ
ン を も っ と 効率的にで き る よ う にす る ために、 変更可能なデー タ 型があ り ます。
•
抽象度の高い レベルで変更を し てお く 利点の 1 つは、新 し いデザ イ ン イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン を素早 く 作成で き
る 点にあ り ます。 通常同 じ フ ァ イ ルが後のプ ロ ジ ェ ク ト で使用 さ れ ますが、 別の ( よ り 小型、 よ り 大型、 ま たは
よ り 正確な) デー タ 型を使用す る こ と も で き ます。
こ れ ら の タ ス ク はど ち ら も 、デー タ 型が 1 つの箇所で変更で き る 場合は、 よ り 簡単に達成で き ます。 ま たは、複数フ ァ
イ ルを編集 し ます。
ヒ ン ト : ヘ ッ ダー フ ァ イ ルでマ ク ロ を使用す る 場合は、 常に独自の名前を使用 し て く だ さ い。 た と えば、 _TYPES_H
と い う 名前のマ ク ロ がヘ ッ ダー フ ァ イ ルで定義 さ れてい る 場合、よ く あ る 名前なのでほかの フ ァ イ ルで定義 さ れてい
る 可能性があ り 、 ほかの コ ー ド を イ ネーブルま たはデ ィ ス エーブル し て し ま っ て、 予測で き ない問題が発生す る こ と
も あ り ます。
標準デー タ 型
例 3-22 は、 実行 さ れ る 基本的な演算子のい く つか を示 し てい ます。
#include types_standard.h
void types_standard(din_A inA, din_B inB, din_C inC, din_D inD,
dout_1 *out1, dout_2 *out2, dout_3 *out3, dout_4 *out4
){
// Basic arithmetic operations
*out1 = inA * inB;
*out2 = inB + inA;
*out3 = inC / inA;
*out4 = inD % inA;
}
例 3‐22 : 基本的演算
例 3-22 のデー タ 型はヘ ッ ダー フ ァ イ ル cpp_ap_int_arith.h で定義 さ れてい ます (例 3-23)。 こ れには、 次のデー
タ 型を ど の よ う に使用す る かが示 さ れてい ます。
•
標準符号付 き 型
•
符号な し 型
•
固定長整数型 (stdint.h ヘ ッ ダー フ ァ イ ルを含有)
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#define N 9
typedef
typedef
typedef
typedef
char din_A;
short din_B;
int din_C;
long long din_D;
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182
C の合成
typedef
typedef
typedef
typedef
int dout_1;
unsigned char dout_2;
int32_t dout_3;
int64_t dout_4;
void types_standard(din_A inA,din_B inB,din_C inC,din_D inD,dout_1
*out1,dout_2 *out2,dout_3 *out3,dout_4 *out4);
例 3‐23 : 基本的な演算デー タ 型定義
こ れ ら のデー タ 型は、 合成後、 次の演算子お よ びポー ト サ イ ズにな り ます。
•
out1 結果を計算す る ために使用 さ れ る 乗算器は 24 ビ ッ ト 乗算器にな り ます。 こ れは 8 ビ ッ ト の char 型が 16
ビ ッ ト の short で乗算 さ れ る には、 24 ビ ッ ト 乗算器が必要だか ら です。 結果は、 出力ポー ト 幅 と 一致す る よ う
に 32 ビ ッ ト ま で符号拡張 さ れます。
•
out2 に使用 さ れ る 加算器は 8 ビ ッ ト です。 出力が 8 ビ ッ ト の unsigned char 型なので、 inB (16 ビ ッ ト の
short) の下位 8 ビ ッ ト のみが 8 ビ ッ ト の char 型の inA へ追加 さ れます。
•
out3 (32 ビ ッ ト の固定幅型) 出力の場合、 8 ビ ッ ト の char 型の inA が 32 ビ ッ ト 値に拡張 さ れ、 32 ビ ッ ト (int
型) の inC 入力を使用 し て 32 ビ ッ ト の除算演算が実行 さ れます。
•
64 ビ ッ ト モジ ュ ールの演算は 64 ビ ッ ト の long long 型 inD と 64 ビ ッ ト に符号拡張 さ れた 8 ビ ッ ト の char
型 inA を使用 し て実行 さ れ、 64 ビ ッ ト の出力結果 out4 が作成 さ れます。
out1 結果が示す よ う に、 Vivado HLS では可能な限 り 最小の演算子が使用 さ れ、 結果が拡張 さ れて、 必要な出力ビ ッ
ト 幅に一致す る よ う に さ れます。 out2 結果の場合、 入力の 1 つが 16 ビ ッ ト であ っ て も 、 8 ビ ッ ト 出力 し か必要でな
いため、 8 ビ ッ ト 加算器が使用で き ます。 out3 お よ び out4 結果が示す よ う に、 すべてのビ ッ ト が必要であれば、 フ
ルサ イ ズの演算子が合成 さ れます。
float および double 型
Vivado HLS では、 合成で float お よ び double 型がサポー ト さ れ ます。 ど ち ら のデー タ 型 も IEEE-754 規格に従っ
て合成 さ れます。
•
•
単精度 32 ビ ッ ト
°
仮数部 24 ビ ッ ト
°
指数部 8 ビ ッ ト
単精度 64 ビ ッ ト
°
仮数部 53 ビ ッ ト
°
指数部 11 ビ ッ ト
float お よ び double 型は、 標準演算 (+、 -、 * な ど) に使用す る だけでな く 、 math.h (C++ の場合は cmath.h) で も よ
く 使用 さ れます。 こ のセ ク シ ョ ンでは、 標準演算のサポー ト について説明 さ れます。 C お よ び C++ の math ラ イ ブ ラ
リ を合成す る 方法の詳細は、 250 ページの 「Vivado HLS の math ラ イ ブ ラ リ 」 を参照 し て く だ さ い。
例 3-24 は、 例 3-22 で使用 さ れたヘ ッ ダー フ ァ イ ルに double お よ び float デー タ 型を定義 し た も のです。
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C の合成
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <math.h>
#define N 9
typedef
typedef
typedef
typedef
double din_A;
double din_B;
double din_C;
float din_D;
typedef
typedef
typedef
typedef
double dout_1;
double dout_2;
double dout_3;
float dout_4;
void types_float_double(din_A inA,din_B inB,din_C inC,din_D inD,dout_1
*out1,dout_2 *out2,dout_3 *out3,dout_4 *out4);
例 3‐24 : float お よ び double 型
こ のア ッ プデー ト さ れたヘ ッ ダー フ ァ イ ルは、 sqrtf() 関数が使用 さ れ る 例 3-25 で使用 さ れます。
#include types_float_double.h
void types_float_double(
din_A inA,
din_B inB,
din_C inC,
din_D inD,
dout_1 *out1,
dout_2 *out2,
dout_3 *out3,
dout_4 *out4
) {
// Basic arithmetic & math.h sqrtf()
*out1 = inA * inB;
*out2 = inB + inA;
*out3 = inC / inA;
*out4 = sqrtf(inD);
}
例 3‐25 : float お よ び double 型の使用
例 3-25 が合成 さ れ る と 、 64 ビ ッ ト の倍精度乗算、 加算、 除算演算子にな り ます。 こ れ ら の演算子は適切な浮動小数
点のザ イ リ ン ク ス CORE Generator コ アで イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
sqrtf() を使用す る 平方根は、 32 ビ ッ ト の単精度浮動小数点 コ ア を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
倍精度の平方根関数 sqrt() が使用 さ れ る と 、inD で使用 さ れ る 単精度 float 型の型変換のために ロ ジ ッ ク が追加 さ れ
ます。 out4: sqrt() は倍精度 (double) 関数、 sqrtf() は単精度 (float) 関数です。
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C の合成
C 関数では、 float-to-double お よ び double-to-float 変換ユニ ッ ト がハー ド ウ ェ アで推論 さ れ る ので、 float 型 と double 型
を混合す る 場合には注意が必要です。
次の よ う な コ ー ド があ る と し ます。
float foo_f
= 3.1459;
float var_f = sqrt(foo_f);
こ れは次の よ う なハー ド ウ ェ アにな り ます。
wire(foo_t)
→ Float-to-Double Converter unit
→ Double-Precision Square Root unit
→ Double-to-Float Converter unit
→ wire (var_f)
sqrtf() 関数を使用す る と 、 次が可能にな り ます。
•
ハー ド ウ ェ アで型 コ ンバー タ ーの必要がな く な る
•
エ リ アが節約 さ れ る
•
タ イ ミ ン グが改善 さ れ る
float 型お よ び double 型の演算は、 浮動小数点演算子の LogicCORE コ アに合成 さ れます。 表 3-4 は、 各ザ イ リ ン ク ス
フ ァ ミ リ で使用可能な コ ア を示 し てい ます。
テ ク ノ ロ ジで特定の LogiCORE エ レ メ ン ト がサポー ト さ れない (表 3-4 で X で表示 さ れ る ) 場合は、デザ イ ンが合成で
き ず、 エ ラ ー メ ッ セージが表示 さ れて、 エ ラ ー メ ッ セージが表示 さ れて Vivado HLS が停止 し ます。
表 3‐4 : 浮動小数点 コ ア
コア
Virtex‐6
7 シ リ ーズ
Virtex‐5
Virtex‐4
Spartan‐6
Spartan‐3
FAddSub
X
X
X
X
X
X
FAddSub_nodsp
X
X
X
-
-
-
FAddSub_fulldsp
X
X
X
-
-
-
FCmp
X
X
X
X
X
X
FDiv
X
X
X
X
X
X
FMul
X
X
X
X
X
X
FExp_nodsp
X
FExp_meddsp
X
FExp_fulldsp
X
FMul_nodsp
X
X
X
-
X
X
FMul_meddsp
X
X
X
-
X
X
FMul_fulldsp
X
X
X
-
X
X
FMul_maxdsp
X
X
X
-
X
X
DAddSub
X
X
X
X
X
X
DAddSub_nodsp
X
X
X
-
-
-
DAddSub_fulldsp
X
X
X
-
-
-
DCmp
X
X
X
X
X
X
DDiv
X
X
X
X
X
X
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C の合成
表 3‐4 : 浮動小数点 コ ア (続き)
コア
Virtex‐6
7 シ リ ーズ
DMul
X
DExp_nodsp
X
DExp_meddsp
X
DExp_fulldsp
X
DMul_nodsp
Virtex‐5
Virtex‐4
Spartan‐6
Spartan‐3
X
X
X
X
X
X
X
X
-
X
X
DMul_meddsp
X
X
X
-
-
-
DMul_fulldsp
X
X
X
-
X
X
DMul_maxdsp
X
X
X
-
X
X
表 3-4 の コ ア で は、 多数の DSP48 が 使用 さ れ る か、 1 つ も 使用 さ れ な い よ う な コ ア (例 : DMul_nodsp お よ び
DMul_maxdsp) で演算が イ ンプ リ メ ン ト さ れ る こ と があ り ます。 Vivado HLS はデフ ォ ル ト では最大数の DSP48 を
含む コ ア を使用 し て演算を イ ンプ リ メ ン ト し ます。 ま たは、 resource 指示子を使用 し て ど の コ ア を使用す る べ き か明
示的に指定す る こ と も で き ます。
float お よ び double 型を合成す る 際には、Vivado HLS が C コ ー ド で実行 さ れ る 演算順序を維持 し て、C シ ミ ュ レーシ ョ
ン と 結果が同 じ にな る よ う に し ます。 飽和お よ び切 り 捨てのため、 次は単精度お よ び倍精度演算で必ず し も 同 じ にな
る わけではあ り ません。
A=B*C;
D=E*F;
O1=A*D
A=B*F;
D=E*C;
O2=A*D;
float お よ び double 型を使用す る 場合、 O1 と O2 は必ず し も 同 じ にな る わけではあ り ません。
ヒ ン ト : デザ イ ンに よ っ ては、 ループの展開や部分展開な ど の最適化に よ り 、 並列計算の利点を生かす こ と ので き な
い場合 も あ り ます。 こ れは、float お よ び double 型を合成する 際に Vivado HLS で演算順序が厳 し く 守 ら れ る か ら です。
C++ デザ イ ンの場合は、 Vivado HLS の最 も よ く 使用 さ れ る 数学関数の ビ ッ ト を概算する 機能を使用で き ます。
復号デー タ 型
Vivado HLS では、 合成で復号デー タ 型がサポー ト さ れます。
•
array
•
enum
•
struct
•
union
enum、 struct お よ び複雑な定義の コ ー ド 例
例 3-26 のヘ ッ ダー フ ァ イ ルでは、 enum 型を い く つか定義 し 、 それ ら を struct で使用 し てい ま す。 こ の struct
が別の struct で使用 さ れ る と 、 複雑なデー タ 型がわか り やす く 記述で き ます。
例 3-26 は、 複雑な定義文 (MAD_NSBSAMPLES) の指定お よ び合成方法を示 し てい ます。
#include <stdio.h>
enum mad_layer {
MAD_LAYER_I
MAD_LAYER_II
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= 1,
= 2,
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C の合成
MAD_LAYER_III = 3
};
enum mad_mode {
MAD_MODE_SINGLE_CHANNEL = 0,
MAD_MODE_DUAL_CHANNEL = 1,
MAD_MODE_JOINT_STEREO = 2,
MAD_MODE_STEREO = 3
};
enum mad_emphasis {
MAD_EMPHASIS_NONE = 0,
MAD_EMPHASIS_50_15_US = 1,
MAD_EMPHASIS_CCITT_J_17 = 3
};
typedef
signed int mad_fixed_t;
typedef struct mad_header {
enum mad_layer layer;
enum mad_mode mode;
int mode_extension;
enum mad_emphasis emphasis;
unsigned long long bitrate;
unsigned int samplerate;
unsigned short crc_check;
unsigned short crc_target;
int flags;
int private_bits;
} header_t;
typedef struct mad_frame {
header_t header;
int options;
mad_fixed_t sbsample[2][36][32];
} frame_t;
# define MAD_NSBSAMPLES(header) \
((header)->layer == MAD_LAYER_I ?12 :\
(((header)->layer == MAD_LAYER_III &&
((header)->flags & 17)) ?18 :36))
\
void types_composite(frame_t *frame);
例 3‐26 : enum 、 struct お よ び複雑な定義
例 3-26 では、 例 3-27 で定義 さ れた struct お よ び enum 型が使用 さ れてい ます。 enum が最上位関数への引数で使
用 さ れ る と 、 標準の C コ ンパ イ ル ビヘ イ ビ アに準拠す る ために 32 ビ ッ ト 値 と し て合成 さ れ ます。 enum 型がデザ イ
ン内部に対 し て指定 さ れ る 場合、 Vivado HLS で必要な ビ ッ ト 数ま で最適化で減 ら さ れます。
復号デー タ 型の コ ー ド 例
例 3-27 は、 合成中に printf 文が無視 さ れ る よ う に記述 し てい ます。
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C の合成
#include types_composite.h
void types_composite(frame_t *frame)
{
if (frame->header.mode != MAD_MODE_SINGLE_CHANNEL) {
unsigned int ns, s, sb;
mad_fixed_t left, right;
ns = MAD_NSBSAMPLES(&frame->header);
printf(Samples from header %d \n, ns);
for (s = 0; s < ns; ++s) {
for (sb = 0; sb < 32; ++sb) {
left = frame->sbsample[0][s][sb];
right = frame->sbsample[1][s][sb];
frame->sbsample[0][s][sb] = (left + right) / 2;
}
}
frame->header.mode = MAD_MODE_SINGLE_CHANNEL;
}
}
例 3‐27 : 複雑な デー タ 型の使用
union の コ ー ド 例
例 3-28 では、 double お よ び struct を使用 し て union が作成 さ れてい ます。 C コ ンパ イ ル と 異な り 、 union のすべ
ての フ ィ ール ド に合成で必ず同 じ メ モ リ (合成の場合、 レ ジ ス タ ) が使用 さ れ る と は限 り ません。 Vivado HLS では、
最 も 適 し たハー ド ウ ェ ア を提供す る よ う に、 最適化が実行 さ れます。
#include types_union.h
dout_t types_union(din_t N, dinfp_t F)
{
union {
struct {int a; int b; } intval;
double fpval;
} intfp;
unsigned long long one, exp;
// Set a floating-point value in union intfp
intfp.fpval = F;
// Slice out lower bits and add to shifted input
one = intfp.intval.a;
exp = (N & 0x7FF);
return ((exp << 52) + one) & (0x7fffffffffffffffLL);
}
例 3‐28 : union
注記 : Vivado HLS では、合成でのポ イ ン タ ー再変換がサポー ト さ れません。 こ の結果、union はポ イ ン タ ーを別のデー
タ 型 (ま たは別のデー タ 型のア レ イ ) に保持で き ません。
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188
C の合成
コー ド例
union の合成では、 ネ イ テ ィ ブ C 型 と ユーザー定義の型間のキ ャ ス ト がサポー ト さ れてい ません。 次の union には、 ネ
イ テ ィ ブ型の long long と ユーザー定義の struct が含まれ ます。 こ の union は、 ネ イ テ ィ ブ方か ら ユーザー定義型
へのキ ャ ス ト が必要 と な る ので、 合成で き ません。
typedef union {
long long raw[6];
struct {
int b;
int c;
int a[10];
};
} data_t;
例 3‐29 : コ ー ド 例
型修飾子
型修飾子は、 高位合成で作成 さ れ る ハー ド ウ ェ アに直接影響 し ます。 通常、 修飾子は次に示す よ う に合成結果に影響
を与え ますが (予測可能)、 Vivado HLS は、 修飾子の解釈に よ っ てのみ制限 さ れ ま す。 こ れは、 修飾子が関数の動
作に影響を与え、 最適化を実行 し て よ り 最適なハー ド ウ ェ ア デザ イ ン を作成で き る か ら です。 こ の例は、 各修飾子
の概要の後に示 し ます。
volatile
volatile 修飾子は、 ポ イ ン タ ーが関数 イ ン タ ーフ ェ イ ス で複数回ア ク セ ス さ れ る と き の、 読み出 し ま たは書 き 込み
の実行回数に影響 し ます。 volatile 修飾子は、 階層内のすべての関数に影響を与え ます。 volatile 修飾子につい
ては、 最上位 イ ン タ ーフ ェ イ ス に関す る セ ク シ ョ ンで主に説明 し てい ます。 詳細は、 173 ページの 「揮発性デー タ の
理解」 を参照 し て く だ さ い。
任意精度型では、 算術演算での volatile 修飾子はサポー ト さ れません。 volatile 修飾子を使用 し た任意精度デー タ 型は、
演算式で使用す る よ り も 前に、 volatile 以外のデー タ 型に割 り 当て る 必要があ り ます。
static
関数内の static は、 関数呼び出 し 間の値を保持 し ます。 ハー ド ウ ェ ア デザ イ ンの同等のビヘ イ ビ アは、 レ ジ ス タ 付 き
の変数 (フ リ ッ プ フ ロ ッ プ ま たは メ モ リ ) です。 正 し く 実行 さ れ る ために変数を C 関数の static 型にす る 必要があ る 場
合、 最終 RTL デザ イ ン では確実に レ ジ ス タ にな り ます。 値は、 関数お よ びデザ イ ン の起動中維持 さ れてい る 必要が
あ り ます。
static 型だけが合成後に レ ジ ス タ にな る と い う わけではあ り ません。 RTL デザ イ ン で ど の変数が レ ジ ス タ と し て イ
ンプ リ メ ン ト さ れ る 必要があ る かは、 Vivado HLS で判断 さ れます。 た と えば、 変数引数が複数サ イ ク ル間保持 さ れ る
必要があ る 場合、 C 関数の元の変数が static 型でな く て も 、 Vivado HLS ではその値を保持す る ために レ ジ ス タ が作成
さ れます。
Vivado HLS は static の初期化動作に従っ て、 初期化中に レ ジ ス タ へ値 0 を割 り 当て る か、 指定 さ れた初期化値に割 り
当て ます。 つま り 、 static 変数は RTL コ ー ド と FPGA ビ ッ ト ス ト リ ームで初期化 さ れます。 リ セ ッ ト 信号がアサー
ト さ れ る たびに変数が初期化 し 直 さ れ る わけではあ り ません。
static 初期 化値 を シ ス テ ム リ セ ッ ト 時 に イ ン プ リ メ ン ト す る 方法 に つ い て は、 RTL コ ン フ ィ ギ ュ レ ー シ ョ ン
(config_rtl コ マ ン ド ) を参照 し て く だ さ い。
const
const 型では、 変数の値がア ッ プデー ト さ れない こ と を指定 し ます。 変数は読み出 さ れますが、 書 き 込まれ る こ と は
ないので、 初期化 さ れ る 必要があ り ます。 ほ と ん ど の const 変数は、 通常 RTL デザ イ ン では定数に削減 さ れ ます。
Vivado HLS は定数伝搬を実行 し て、 不必要なハー ド ウ ェ ア を削除 し ます
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189
C の合成
ア レ イ の場合、 const 変数は最終 RTL デザ イ ン で ROM と し て イ ン プ リ メ ン ト さ れ ま す (小 さ いア レ イ では Vivado
HLS で自動パーテ ィ シ ョ ンが実行 さ れないため)。 const 修飾子で指定 さ れた ア レ イ は、 static の場合 と 同様、 RTL お
よ び FPGA ビ ッ ト ス ト リ ーム で初期化 さ れます。 こ れ ら は書き 込まれ る こ と がないため、 リ セ ッ ト す る 必要はあ り ま
せん。
Vivado HLS の最適化
例 3-30 では、 ア レ イ が static ま たは const 修飾子で指定 さ れていな く て も 、 Vivado HLS で ROM が イ ンプ リ メ ン
ト さ れ る 例を示 し てい ます。 こ れは、 Vivado HLS で ど の よ う にデザ イ ンが解析 さ れ、 最適な イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン
が判断 さ れ る か を示 し てい ます。 修飾子の有無に よ る 影響はあ り ますが、 最終的な RTL は こ れに よ っ て決定は さ れ
ません。
#include array_ROM.h
dout_t array_ROM(din1_t inval, din2_t idx)
{
din1_t lookup_table[256];
dint_t i;
for (i = 0; i < 256; i++) {
lookup_table[i] = 256 * (i - 128);
}
return (dout_t)inval * (dout_t)lookup_table[idx];
}
例 3‐30 : static ま たは const を使用 し な い ROM イ ン プ リ メ ン テ ーシ ョ ンの コ ー ド 例
例 3-30 の場合、 Vivado HLS で lookup_table 変数が最終 RTL で メ モ リ エ レ メ ン ト にな る のが最適な イ ンプ リ メ ン
テーシ ョ ン で あ る と 判断で き ま す。 ア レ イ で こ れを達成す る 方法については、 212 ページの 「ROM の イ ン プ リ メ ン
ト 」 を参照 し て く だ さ い。
グ ローバル変数
グ ロ ーバル変数は コ ー ド 内で自由に使用で き 、完全に合成可能です。デフ ォ ル ト ではグ ロ ーバル変数は RTL イ ン タ ー
フ ェ イ ス のポー ト と し ては公開 さ れません。
グ ロ ーバル変数の コ ー ド 例
例 3-31 では、 グ ロ ーバル変数のデフ ォ ル ト の合成ビヘ イ ビ アが示 さ れ、 3 つのグ ロ ーバル変数が使用 さ れてい ます。
こ の例ではア レ イ が使用 さ れますが、Vivado HLS ではすべての タ イ プのグ ロ ーバル変数 タ イ プがサポー ト さ れてい ま
す。
•
値はア レ イ Ain か ら 読み出 さ れます。
•
ア レ イ Aint は Ain か ら の値を変換 し て Aout に渡すために使用 さ れます。
•
出力はア レ イ Aout に書 き 込まれます。
高位合成
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190
C の合成
din_t Ain[N];
din_t Aint[N];
dout_t Aout[N/2];
void types_global(din1_t idx) {
din_t i,lidx;
// Move elements in the input array
for (i=0; i<N; ++i) {
lidx=i;
if(lidx+idx>N-1)
lidx=N-1;
Aint[lidx] = Ain[lidx+idx] + Ain[lidx];
}
// Sum to half the elements
for (i=0; i<(N/2); i++) {
Aout[i] = (Aint[i] + Aint[i+1])/2;
}
}
例 3‐31 : グ ロ ーバル変数の コ ー ド 例
デフ ォ ル ト では、合成後、RTL デザ イ ンのポー ト は idx だけにな り ます。グ ロ ーバル変数はデフ ォ ル ト では RTL ポー
ト と し ては使用可能にな り ません。 デフ ォ ル ト では、 次の よ う にな り ます。
•
ア レ イ Ain は読み出 し 元の内部 RAM
•
ア レ イ Aout は書 き 込み先の内部 RAM
I/O ポー ト と し てのグ ローバル変数の使用
グ ロ ーバル変数はデフ ォ ル ト では IO ポー ト と し ては使用可能にな り ませんが、 次の 3 つのいずれかの方法で使用可
能にで き ます。
•
グ ロ ーバル変数が外部修飾子を使用 し て定義 さ れ る と 、 変数 ise が I/O ポー ト と し て使用可能にな り ます。
•
I/O プ ロ ト コ ルが INTERFACE 指示子を使用 し て グ ロ ーバル変数に指定 さ れ る と 、 こ の変数は指定 し た イ ン タ ー
フ ェ イ ス プ ロ ト コ ルの I/O ポー ト に合成 さ れます。
•
イ ン タ ーフ ェ イ ス コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンで expose_global オプシ ョ ン を使用す る と 、 すべてのグ ロ ーバル
変数が RTL イ ン タ ーフ ェ イ ス でポー ト と し て使用可能にな り ます。 イ ン タ ーフ ェ イ ス コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン
は、 次のいずれかか ら 設定で き ます。
°
[Solution Settings] → [General]
°
config_interface Tcl コ マ ン ド
グ ロ ーバル変数が イ ン タ ーフ ェ イ ス コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンに よ り 使用可能にな る と 、デザ イ ン内でのみア ク セ ス さ
れ る よ う な も の も 含め、 デザ イ ンのグ ロ ーバル変数がすべて I/O ポー ト と し て使用可能にな り ます。
ま た、 グ ロ ーバル変数が ス タ テ ィ ッ ク 修飾子を使用 し て指定 さ れ る と 、 I/O ポー ト には合成で き ません。
グ ロ ーバル変数は合成でサポー ト さ れますが、 グ ロ ーバル変数を広範囲に使用す る コ ー ド はお勧め し ません。
ポイ ン ター
ポ イ ン タ ーは C コ ー ド で広範囲に使用 さ れ、 合成で も サポー ト さ れます。 ポ イ ン タ ーを使用する 際は、 次に注意 し て
く だ さ い。
•
ポ イ ン タ ーが同 じ 関数内で複数回ア ク セ ス (読み出 し ま たは書き 込み) さ れ る 場合
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191
C の合成
詳細は、 172 ページの 「マルチア ク セ ス ポ イ ン タ ー イ ン タ ーフ ェ イ ス : ス ト リ ー ミ ン グ デー タ 」 を参照 し て く だ
さ い。
•
ポ イ ン タ ーのア レ イ を使用す る 場合、 各ポ イ ン タ ーが別のポ イ ン タ ーではな く 、 ス カ ラ ーま たは ス カ ラ ー ア レ イ
を指定す る 必要あ り
•
ポ イ ン タ ーの型変換は標準 C 型間の変換の場合にのみサポー ト あ り
複数のポ イ ン タ ー タ ーゲ ッ ト の コ ー ド 例
前述の例の多 く は、 Vivado HLS を使用 し て C ポ イ ン タ ーが合成で き る こ と を示 し てい ま し た。 ポ イ ン タ ーのサポー
ト さ れ る 合成には、 ポ イ ン タ ーが複数のオブジ ェ ク ト を指定す る 場合 も 含まれます (例 3-32)。
#include pointer_multi.h
dout_t pointer_multi (sel_t sel, din_t pos) {
static const dout_t a[8] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};
static const dout_t b[8] = {8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1};
dout_t* ptr;
if (sel)
ptr = a;
else
ptr = b;
return ptr[pos];
}
例 3‐32 : 複数のポ イ ン タ ー タ ーゲ ッ ト
ダ ブルポ イ ン タ ーの コ ー ド 例
ダブルポ イ ン タ ー も 合成でサポー ト さ れます。 詳細は、 例 3-33を参照 し て く だ さ い。 ダブルポ イ ン タ ーが複数の関数
で使用 さ れ る と 、Vivado HLS ではすべての関数を それが使用 さ れ る 箇所で イ ン ラ イ ン化 し ます。複数の関数を イ ン ラ
イ ン化す る と 、 ラ ン タ イ ムが増加 し ます。
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192
C の合成
#include pointer_double.h
data_t sub(data_t ptr[10], data_t size, data_t**flagPtr)
{
data_t x, i;
x = 0;
// Sum x if AND of local index and double-pointer index is true
for(i=0; i<size; ++i)
if (**flagPtr & i)
x += *(ptr+i);
return x;
}
data_t pointer_double(data_t pos, data_t x, data_t* flag)
{
data_t array[10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
data_t* ptrFlag;
data_t i;
ptrFlag = flag;
// Write x into index position pos
if (pos >=0 & pos < 10)
*(array+pos) = x;
// Pass same index (as pos) as pointer to another function
return sub(array, 10, &ptrFlag);
}
例 3‐33 : ダ ブルポ イ ン タ ー
ポ イ ン タ ー ア レ イの コ ー ド 例
ポ イ ン タ ーのア レ イ も 合成で き ます。 例 3-34 では、 ポ イ ン タ ーのア レ イ がグ ロ ーバルア レ イ の 2 次元の開始位置を
格納す る ために使用 さ れてい ます。
ポ イ ン タ ーのア レ イ 内のポ イ ン タ ーは、 ス カ ラ ーま たは ス カ ラ ーのア レ イ のみを指定で き 、 ほかのポ イ ン タ ーを指定
す る こ と はで き ません。
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C の合成
#include pointer_array.h
data_t A[N][10];
data_t pointer_array(data_t B[N*10]) {
data_t i,j;
data_t sum1;
// Array of pointers
data_t* PtrA[N];
// Store global array locations in temp pointer array
for (i=0; i<N; ++i)
PtrA[i] = &(A[i][0]);
// Copy input array using pointers
for(i=0; i<N; ++i)
for(j=0; j<10; ++j)
*(PtrA[i]+j) = B[i*10 + j];
// Sum input array
sum1 = 0;
for(i=0; i<N; ++i)
for(j=0; j<10; ++j)
sum1 += *(PtrA[i] + j);
return sum1;
}
例 3‐34 : ポ イ ン タ ー ア レ イ の コ ー ド 例
ポ イ ン タ ーの型変換は、ネ イ テ ィ ブ C 型が使用 さ れ る 場合に合成でサポー ト さ れます。例 3-35 では、data_t (char)
型が ‘ 型に変換 さ れてい ます。
#define N 1024
typedef int data_t;
typedef char dint_t;
data_t pointer_cast_native (data_t index,
dint_t* ptr;
data_t i =0, result = 0;
ptr = (dint_t*)(&A[index]);
data_t A[N]) {
// Sum from the indexed value as a different type
for (i = 0; i < 4*(N/10); ++i) {
result += *ptr;
ptr+=1;
}
return result;
}
例 3‐35 : ネ イ テ ィ ブ型 を使用 し たポ イ ン タ ー型変換
Vivado HLS では、 一般的なデー タ 型間のポ イ ン タ ー キ ャ ス テ ィ ン グはサポー ト さ れ ません。 た と えば、 符号付 き の
値の struct 複合型が作成 さ れ る と 、 ポ イ ン タ ーを型変換 し て符号な し の値を代入する こ と はで き ません。
struct {
short first;
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194
C の合成
short second;
} pair;
// Not supported for synthesis
*(unsigned*)pair = -1U;
こ の よ う な場合、 値はネ イ テ ィ ブ型を使用 し て代入す る 必要があ り ます。
struct {
short first;
short second;
} pair;
// Assigned value
pair.first = -1U;
pair.second = -1U;
C の任意精度整数型
C のネ イ テ ィ ブ デー タ 型は、 8 ビ ッ ト 境界 (8、 16、 32、 64 ビ ッ ト ) にあ り ま す。 RTL 信号お よ び演算では、 任意の
ビ ッ ト 長がサポー ト さ れ ます。 Vivado HLS では C++ の任意精度デー タ 型が提供 さ れてお り 、 C コ ー ド の変数お よ び
演算を任意のビ ッ ト 幅 (6 ビ ッ ト 、 17 ビ ッ ト 、 234- ビ ッ ト な ど、 最大 1024 ビ ッ ト ま で) で指定で き ます。
Vivado HLS では、 C++ の任意精度デー タ 型 も 提供 さ れてお り 、 SystemC の一部であ る 任意精度デー タ 型がサポー ト さ
れます。 こ れ ら のデー タ 型については、 C++ お よ び SystemC コ ー ド 記述方法でそれぞれ説明 し ます。
任意精度デー タ 型の利点
任意精度デー タ 型を使用す る 利点は、 次の と お り です。
•
ハー ド ウ ェ アの質の改善
た と えば 17 ビ ッ ト の乗算器が必要な場合、 計算で調度 17 ビ ッ ト が使用 さ れ る よ う に指定す る ために任意精度型
を使用で き ます。
任意精度デー タ 型を使用 し ない場合、 こ の よ う な乗算 (17 ビ ッ ト ) は 32 ビ ッ ト の整数デー タ 型を使用 し て イ ンプ
リ メ ン ト す る 必要があ る ので、 複数の DSP48 コ ン ポーネ ン ト を使用 し て乗算が イ ン プ リ メ ン ト さ れ る こ と にな
り ます。
•
正確な C シ ミ ュ レーシ ョ ンお よ び解析
C コ ー ド の任意精度デー タ 型を使用する と 、 正確な ビ ッ ト 幅を使用 し て C シ ミ ュ レーシ ョ ン を実行で き 、 合成前
にアルゴ リ ズ ムの機能 (お よ び精度) を検証で き ます。
任意精度型の使用
こ のセ ク シ ョ ンの残 り の部分では、 任意精度型の使用方法 と 注意すべ き 問題点について記述 し ます。 詳細は、 それぞ
れの言語の 「任意精度型」 セ ク シ ョ ン を参照 し て く だ さ い。 こ のセ ク シ ョ ンには、 次の情報が含まれます。
•
任意精度の整数に (64 ビ ッ ト を超え る 値 も ｈ 組めて) 定数お よ び初期値を代入す る 方法
•
表示、 連結、 ビ ッ ト ス ラ イ ス、 範囲選択な ど の Vivado HLS のヘルパー関数の詳細
•
シ フ ト 演算 (負のシ フ ト 値は反対方向でシ フ ト にな る ) の記述 も 含めた演算子の動作の詳細
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195
C の合成
C 言語での任意精度デー タ 型の使用
C 言語では、 ヘ ッ ダー フ ァ イ ル ap_cint.h に よ り 任意精度の整数デー タ 型 [u]int#W が定義 さ れ ます。 次に例を
示 し ます。
•
int8は 8 ビ ッ ト の符号付 き 整数デー タ 型を表 し ます。
•
uint234は 234 ビ ッ ト の符号な し 整数デー タ 型を表 し ます。
ap_cint.h フ ァ イ ルは、 次のデ ィ レ ク ト リ に含まれます。
$HLS_ROOT/includ
説明 :
•
$HLS_ROOT は Vivado HLS の イ ン ス ト ール デ ィ レ ク ト リ です。
例 3-36 の コ ー ド は、 前述の基本的な演算例 (例 3-22) の コ ー ド を繰 り 返 し た も のです。 ど ち ら の例で も 合成 さ れ る 最
上位関数のデー タ 型は dinA_t、 dinB_t な ど と 指定 さ れてい ます。
#include apint_arith.h
void apint_arith(din_A inA, din_B inB, din_C inC, din_D inD,
out_1 *out1, dout_2 *out2, dout_3 *out3, dout_4 *out4
) {
// Basic arithmetic operations
*out1 = inA * inB;
*out2 = inB + inA;
*out3 = inC / inA;
*out4 = inD % inA;
}
例 3‐36 : 基本的演算
2 つの例の違いは、デー タ 型の定義方法です。C 関数で任意精度の整数デー タ 型を使用す る には、次の手順に従い ます。
•
ソ ース コ ー ド にヘ ッ ダー フ ァ イ ル ap_cint.h を追加 し ます。
•
ネ イ テ ィ ブ C 型を次の任意精度に変更 し ます。
°
intN
ま たは
°
uintN
説明 :
-
N は 1 ～ 1024 のビ ッ ト サ イ ズ を表 し ます。
デー タ 型はヘ ッ ダー フ ァ イ ル apint_arith.h で定義 さ れます。 詳細は、 例 3-37を参照 し て く だ さ い。 例 3-22 と 比
較す る と 、 次の こ と がわか り ます。
•
入力デー タ 型は単に実際の入力デー タ の最大サ イ ズ を表すために削減 さ れてい ます。た と えば、8 ビ ッ ト 入力 inA
は 6 ビ ッ ト 入力に削減 さ れてい ます。
•
出力は さ ら に正確に改良 さ れてい ます。 た と えば inA と inB の合計であ る out2 は 32 ビ ッ ト ではな く 13 ビ ッ
ト だけであ る 必要があ り ます。
#include <stdio.h>
#include ap_cint.h
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196
C の合成
// Previous data types
//typedef char dinA_t;
//typedef short dinB_t;
//typedef int dinC_t;
//typedef long long dinD_t;
//typedef int dout1_t;
//typedef unsigned int dout2_t;
//typedef int32_t dout3_t;
//typedef int64_t dout4_t;
typedef
typedef
typedef
typedef
int6 dinA_t;
int12 dinB_t;
int22 dinC_t;
int33 dinD_t;
typedef
typedef
typedef
typedef
int18 dout1_t;
uint13 dout2_t;
int22 dout3_t;
int6 dout4_t;
void apint_arith(dinA_t inA,dinB_t inB,dinC_t inC,dinD_t inD,dout1_t
*out1,dout2_t *out2,dout3_t *out3,dout4_t *out4);
例 3‐37 : 基本演算 APINT 型
例 3-37 が合成 さ れ る と 、 例 3-22 と 同 じ 機能のデザ イ ン (デー タ は 例 3-37 で指定 さ れた範囲内) にな り ます。 ビ ッ ト
幅が少ない と ロ ジ ッ ク も 削減 さ れ る ので、最終 RTL デザ イ ンでは、エ リ アは小 さ く 、ク ロ ッ ク 速度は高速にな り ます。
関数は、 合成前に コ ンパ イ ルお よ び検証 さ れ る 必要があ り ます。
C 言語での任意精度デー タ 型の検証
任意精度型を作成す る には、 ap_cint.h フ ァ イ ルの ビ ッ ト サ イ ズ を定義す る ための属性を追加 し ます。 gcc な ど の
標準 C コ ンパ イ ラ では、 ヘ ッ ダー フ ァ イ ルで使用 さ れ る 属性が コ ンパ イ ル さ れ ますが、 その属性の意味は解釈で き
ません。 標準 C コ ンパ イ ラ で最終的な実行フ ァ イ ルが作成 さ れ る と 、 次の よ う な メ ッ セージが表示 さ れます。
$HLS_ROOT/include/etc/autopilot_dt.def:1036: warning: bit-width attribute directive
Ignored
こ の後、 シ ミ ュ レーシ ョ ンにネ イ テ ィ ブ C デー タ 型が使用 さ れますが、 コ ー ド のビ ッ ト 精度動作は結果に反映 さ れま
せん。 た と えば、 2 進数記述 100 の 3 ビ ッ ト の整数値は gcc (ま たはその他のサー ド パーテ ィ C コ ンパ イ ラ ) に よ り -4
ではな く 、 10 進数値の 4 と し て処理 さ れます。
注記 : こ の問題は、 C 任意精度型を使用す る 場合にのみ発生 し 、 C++ ま たは SystemC の任意精度型を使用す る 場合は
発生 し ません。
高位合成では、 任意精度型が使用 さ れてい る と 認識 さ れ る と 、 独自の C コ ンパ イ ラ の apcc を使用す る こ と で こ の問
題が自動的に回避 さ れます。apcc コ ンパ イ ラ は gcc と 互換性があ り ますが、任意精度型 と 演算は正 し く 解釈 さ れます。
apcc コ ンパ イ ラ は、 csim_design コ マ ン ド で自動的に使用 さ れ、 コ マ ン ド プ ロ ンプ ト で gcc を apcc に置 き 換え る と 使
用で き ます。
$ apcc -o foo_top foo_top.c tb_foo_top.c
$ ./foo_top
C コ ー ド で任意精度型を使用す る と 、 Cデザ イ ン を Vivado HLS の C デバ ッ ガーで解析で き な く な り ます。
デザ イ ン をデバ ッ グす る 必要があ る 場合は、 次のいずれかの方法に従っ て く だ さ い。
•
printf ま たは fprintf 関数を使用 し て解析用にデー タ 値を出力 し ます。
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197
C の合成
•
任意精度型を ネ イ テ ィ ブ C 型 (int、 char、 short な ど) に置 き 換え ます。 こ の方法を使用す る と 、 アルゴ リ ズ ム自
体の演算はデバ ッ グ し やす く な り ますが、 そのアルゴ リ ズ ムの ビ ッ ト 精度結果の解析には役立ち ません。
•
C 関数を C++ に変更 し 、 デバ ッ ガーの制限がない C++ 任意精度型を使用 し ます。
整数拡張
任意精度演算の結果がネ イ テ ィ ブ ビ ッ ト 値の 8、 16、 32、 64 ビ ッ ト 境界を越え る 場合は、 注意が必要です。 次の例で
は、 2 つの 18 ビ ッ ト 値が乗算 さ れ、 結果が 36 ビ ッ ト に格納 さ れてい ます。
#include ap_cint.h
int18
int36
a,b;
tmp;
tmp = a * b;
整数拡張は、 次の方法を使用す る と 発生 し ます。 結果は、 予測 と 異な る 可能性があ り ます。
整数拡張では、 C コ ンパ イ ラ で次が実行 さ れます。
•
乗算結果を 18 ビ ッ ト か ら 次のネ イ テ ィ ブ ビ ッ ト サ イ ズ (32 ビ ッ ト ) に拡張 し ます。
•
その結果を 32 ビ ッ ト 変数の tmp に代入 し ます。
こ れに よ り 、 動作 と 不正な結果が 図 3-6 に示す よ う にな り ます。
X-Ref Target - Figure 3-6
図 3‐6 : 整数拡張
Vivado HLS では、 C シ ミ ュ レーシ ョ ン同 じ 結果にな る ので、 32 ビ ッ ト の乗算結果が 36 ビ ッ ト の結果に符号拡張 さ れ
る ハー ド ウ ェ アが作成 さ れます。
整数拡張問題は、 演算子入力を出力サ イ ズの型に変更す る と 回避で き ます。 図 3-38 は、 乗算前に乗算器への入力を
36 ビ ッ ト 値に変換す る 例を示 し てい ます。 こ れで C シ ミ ュ レーシ ョ ン中に正 し い (予測どお り の) 結果にな り 、 RTL
で予測 さ れた 36 ビ ッ ト 乗算にな り ます。
#include ap_cint.h
typedef int18 din_t;
typedef int36 dout_t;
dout_t apint_promotion(din_t a,din_t b) {
dout_t tmp;
tmp = (dout_t)a * (dout_t)b;
return tmp;
}
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198
C の合成
例 3‐38 : 整数拡張 を回避す る ための型変換
整数拡張を避け る ための型変換は、 演算結果が次のネ イ テ ィ ブ境界 (8、 16、 32 ま たは 64) よ り も 大 き い場合にのみ必
要です。 こ れは、 加算お よ び減算 よ り も 乗算で よ く 発生 し ます。
整数拡張問題は、 C++ ま たは SystemC の任意精度型を使用する 場合は発生 し ません。
関数
最上位関数は、 合成後に最上位 RTL デザ イ ンにな り 、 下位関数は RTL デザ イ ン ではブ ロ ッ ク に合成 さ れます。
重要 : 最上位関数は、 static 関数にはで き ません。
合成後、 デザ イ ンの各関数に対 し て独自の合成レ ポー ト と RTL HDL フ ァ イ ル (Verilog、 VHDL、 SystemC) が作成 さ れ
ます。
関数のイ ン ラ イ ン化
下位関数は、 オプシ ョ ン で イ ン ラ イ ン化 し て、 その ロ ジ ッ ク と 周囲の関数の ロ ジ ッ ク と を統合で き ます。 イ ン ラ イ ン
化す る 関数に よ り 最適化が改善 さ れ る こ と はあ り ますが、 ラ ン タ イ ムは増加 し ます。 よ り 多 く の ロ ジ ッ ク と 可能性が
メ モ リ に保持 さ れて解析 さ れます。
ヒ ン ト : Vivado HLS では、 小 さ い関数の イ ン ラ イ ン化が自動的に実行 さ れます。 小 さ い関数の自動 イ ン ラ イ ン化を オ
フ にす る には、 その関数に対す る inline 指示子を off に設定 し ます。
関数が イ ン ラ イ ン化 さ れ る と 、 その関数に対す る レ ポー ト お よ び別の RTL フ ァ イ ルは作成 さ れ ません。 ロ ジ ッ ク お
よ びループは 1 つ上の階層の関数 と 統合 さ れます。
コ ー ド 形式の影響
関数の コ ー ド 記述方法は、 主に関数の引数お よ び イ ン タ ーフ ェ イ ス に影響 し ます。
関数への引数サ イ ズが正確に記述 さ れていれば、Vivado HLS で こ の情報がデザ イ ンに伝搬 さ れます。すべての変数に
対 し て任意精度型を作成す る 必要はあ り ません。 次の例では、 2 つの整数が乗算 さ れますが、 下位の 24 ビ ッ ト のみが
結果に使用 さ れます。
#include ap_cint.h
int24 foo(int x, int y) {
int tmp;
tmp = (x * y);
return tmp
}
こ の コ ー ド が合成 さ れ る と 、 出力が 24 ビ ッ ト に切 り 捨て ら れた 32 ビ ッ ト 乗算器にな り ます。
例 3-39 の よ う に入力のサ イ ズが正 し く 12 ビ ッ ト 型 (int12) にな っ ていれば、 最終 RTL では 24 ビ ッ ト 乗算器が使用 さ
れます。
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199
C の合成
#include ap_cint.h
typedef int12 din_t;
typedef int24 dout_t;
dout_t func_sized(din_t x, din_t y) {
int tmp;
tmp = (x * y);
return tmp
}
例 3‐39 : サ イ ズの正 し い関数引数
2 つの関数入力に任意精度型を使用す る だけで、Vivado HLS では 24 ビ ッ ト 乗算器を使用す る デザ イ ンが作成 さ れ、12
ビ ッ ト 型がデザ イ ンに伝搬 さ れます。 階層内のすべての関数の引数のサ イ ズ を正 し く 記述す る こ と をお勧め し ます。
通常は、 変数が関数 イ ン タ ーフ ェ イ ス か ら 、 特に最上位関数 イ ン タ ーフ ェ イ ス か ら 直接駆動 さ れ る と 、 最適化の中に
実行 さ れない も のがでて く る こ と があ り ます。 典型的な例は、 入力がループ イ ンデ ッ ク ス の上位制限 と し て使用 さ れ
る 場合です。
ループ
ループはアルゴ リ ズ ムの動作を示す簡単な方法で、 C コ ー ド で よ く 使用 さ れます。 ループは合成でサポー ト さ れ、 パ
イ プ ラ イ ン化、 展開、 部分展開、 統合、 平坦化で き ます。
最適化の展開、 部分展開、 平坦化、 統合に よ り 、 コ ー ド を変更 し たかの よ う にループ構造を効率的に変更で き る ので、
ループの最適化に必要な コ ー ド 変更を最小限に抑え る こ と がで き ます。 ただ し 、 特定の状況に し か適用で き ない最適
化 も あ り 、 そのために コ ー ド を変更す る 必要のあ る こ と も あ り ます。
推奨 : ループ イ ンデ ッ ク ス変数にグ ロ ーバル変数を使用す る と 、 実行 さ れない最適化があ る ため、 使用 し ないで く だ
さ い。
可変ループ境界
Vivado HLS で適用で き る 最適化の中には、 ループに可変境界があ る と 実行 さ れない も のがあ り ま す。 例 3-40 では、
ループ境界が可変幅で決定 さ れ、 最上位入力か ら 駆動 さ れます。 こ の例の場合、 Vivado HLS ではループがいつ終了す
る のか判断で き ないので、 ループには可変境界があ る と 考え ら れます。
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200
C の合成
#include ap_cint.h
#define N 32
typedef int8 din_t;
typedef int13 dout_t;
typedef uint5 dsel_t;
dout_t code028(din_t A[N], dsel_t width) {
dout_t out_accum=0;
dsel_t x;
LOOP_X:for (x=0;x<width; x++) {
out_accum += A[x];
}
return out_accum;
}
例 3‐40 : 可変ルー プ境界
例 3-40 のデザ イ ン を最適化 し よ う と す る と 、 可変ループ境界に よ る 問題がわか り ます。
可変ループ境界に関す る 最初の問題は、 Vivado HLS でループの レ イ テ ン シが決定で き な く な る 点です。 Vivado HLS
はループの一巡目が終了す る ま での レ イ テ ン シは決定で き ますが、 可変幅の正確な値は ス タ テ ィ ッ ク に決定で き ない
ので、 何度繰 り 返 さ れ る のかは判断で き ず、 ループ レ イ テ ン シ (ループの繰 り 返 し すべて を完全に実行す る ま でのサ
イ ク ル数) はレ ポー ト で き ません。
可変ループ境界があれば、 Vivado HLS ではその レ イ テ ン シが正確な値ではな く 、 疑問符 (?) で レ ポー ト さ れます。 次
は、 例 3-40 の合成後の結果を示 し てい ます。
+ Summary of overall latency (clock cycles):
* Best-case latency:
?
* Average-case latency:?
* Worst-case latency:
?
+ Summary of loop latency (clock cycles):
+ LOOP_X:
* Trip count:?
* Latency:
?
こ の よ う に、 可変ループ境界の最初の問題は、 デザ イ ンのパフ ォーマ ン ス が未知にな る と い う 点にあ り ます。
こ の問題は次の 2 つの方法で回避で き ます。
•
tripcout 指示子を使用 し ます。 こ の方法の詳細は、 次に説明 し ます。
•
C コ ー ド で assert マ ク ロ を コ ー ド 内で使用 し ます (213 ページの 「assert の使用」 )。
tripcount 指示子を使用す る と 、 ループに指定す る 最小、 平均、 最大の tripcount を指定で き ま す。 tripcount は
ループの繰 り 返 し 回数を意味 し ます。例 3-40 の よ う に最大の tripcount の 32 が LOOP_X に適用 さ れ る と 、 レ ポー ト は
次の よ う にア ッ プデー ト さ れます。
+ Summary of overall latency (clock cycles):
* Best-case latency:
2
* Average-case latency:18
* Worst-case latency:
34
+ Summary of loop latency (clock cycles):
+ LOOP_X:
* Trip count:0 ~ 32
* Latency:
0 ~ 32
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201
C の合成
tripcount 指示子を使用 し て も 、 合成結果には影響はあ り ま せん。 tripcount 指示子に対 し てユーザーが指定 し た値は、
レ ポー ト にのみ使用 さ れ ます。 tripcount の値は Vivado HLS で数が レ ポー ト さ れ る よ う にす る だけですが、 さ ま ざ ま
な ソ リ ュ ーシ ョ ン か ら の レ ポー ト を比較す る こ と がで き ま す。 こ の同 じ ループ境界情報を合成に使用す る には、 C
コ ー ド を ア ッ プデー ト す る 必要があ り ます。 詳細は、 213 ページの 「assert の使用」 を参照 し て く だ さ い。
tripcount 指示子を使用 し て も 、 合成結果には影響あ り ません。
次は、 よ り 低い開始間隔の 例 3-40 を最適化する 手順を示 し てい ます。
•
ループ を展開 し 、 並列累算が行われ る よ う に し ます。
•
ア レ イ 入力をパーテ ィ シ ョ ン し ない と 、 並列累算が
1 つの メ モ リ ポー ト に制限 さ れます。
こ れ ら の最適化が適用 さ れ る と 、 Vivado HLS で可変境界ループに関す る 最大の問題を示す メ ッ セージが表示 さ れ ま
す。
@W [XFORM-503] Cannot unroll loop 'LOOP_X' in function 'code028': cannot completely
unroll a loop with a variable trip count.
可変境界ループは展開で き ないので、 unroll 指示子が適用で き ないだけでな く 、 そのループの上の レベルのパ イ プ ラ
イ ン処理 も で き ません。
重要 : ループ ま たは関数がパ イ プ ラ イ ン処理 さ れ る と 、 Vivado HLS はその関数 ま たはループの下の階層ですべての
ループ を展開 し ます。 こ の階層に可変境界を含むループがあ る と 、 パ イ プ ラ イ ン処理はで き ません。
こ の問題は、 ループ内で条件付 き 実行を使用 し 、 ループの繰 り 返 し 回数を固定値にす る と 回避で き ます。 例 3-40 の
コ ー ド は、 例 3-41 の よ う に書 き 直す こ と がで き ま す。 こ の例では、 ループ境界は可変幅の最大値に設定 さ れ、 ルー
プ本体は条件付 き で実行 さ れます。
#include ap_cint.h
#define N 32
typedef int8 din_t;
typedef int13 dout_t;
typedef uint5 dsel_t;
dout_t loop_max_bounds(din_t A[N], dsel_t width) {
dout_t out_accum=0;
dsel_t x;
LOOP_X:for (x=0;x<N-1; x++) {
if (x<width) {
out_accum += A[x];
}
}
return out_accum;
}
例 3‐41 : 可変ルー プ境界 ( 修正後 )
例 3-41for-loop (LOOP_X) は、 展開で き ます。 こ れは、 ループに上位境界があ り 、 Vivado HLS でハー ド ウ ェ アが どれ
く ら い作成 さ れ る か認識 さ れ る か ら です。 RTL デザ イ ン のループ本体には N(32) コ ピーがあ り ます。 こ のループ本
体の各 コ ピーには、 それに関す る 条件付 き ロ ジ ッ ク が含まれ、 可変幅の値に よ っ て実行 さ れます。
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202
C の合成
ループのパイ プ ラ イ ン処理
ループ をパ イ プ ラ イ ン処理す る 際は、 通常一番内部のループ をパ イ プ ラ イ ン処理する と 、 エ リ ア と パフ ォーマ ン ス の
最適なバ ラ ン ス がわか り ます。 こ れに よ り 、 ラ ン タ イ ム も 最速にな り ます。 例 3-42 の コ ー ド は、 ループお よ び関数
をパ イ プ ラ イ ン処理 し た場合の ト レー ド オ フ を示 し てい ます。
#include loop_pipeline.h
dout_t loop_pipeline(din_t A[N]) {
int i,j;
static dout_t acc;
LOOP_I:for(i=0; i < 20; i++){
LOOP_J: for(j=0; j < 20; j++){
acc += A[i] * j;
}
}
return acc;
}
例 3‐42 : ルー プのパ イ プ ラ イ ン
一番内側のループ (LOOP_J) がパ イ プ ラ イ ン処理 さ れ る と 、 ハー ド ウ ェ アには LOOP_J の コ ピーが 1 つ (乗算器 1 つ)
で き 、 Vivado HLS はその外側のループ (LOOP_I) を使用 し て LOOP_J に新 し いデー タ を提供 し ます。 乗算器演算 1 つ
と ア レ イ ア ク セ ス 1 回のみを ス ケ ジ ュ ールする 必要があ り ます。 こ れ ら を ス ケ ジ ュ ール し てお く と 、 ループの繰 り 返
し は 1 つのループ本体のエン テ ィ テ ィ (20X20 のループ繰 り 返 し ) と し て ス ケ ジ ュ ールで き ます。
ヒ ン ト : ループ ま たは関数がパ イ プ ラ イ ン処理 さ れ る 場合は、 そのループ ま たは関数の下の階層にあ る ループ を展開
す る 必要があ り ます。
外側のループ (LOOP_I) がパ イ プ ラ イ ン処理 さ れ る と 、 内部のループ (LOOP_J) が展開 さ れ、 そのループの本体の コ
ピーが 20 個作成 さ れます。 こ のため、乗算器 20 個 と ア レ イ ア ク セ ス 20 回を ス ケ ジ ュ ールする 必要があ り ます。 こ
れで LOOP_I の各繰 り 返 し を 1 つのエン テ ィ テ ィ と し て ス ケ ジ ュ ールで き る よ う にな り ます。
最上位関数がパ イ プ ラ イ ン処理 さ れ る 場合は、 ど ち ら のループ も 展開す る 必要があ り ます。 こ のため、 乗算器 400 個
と ア レ イ ア ク セ ス 400 回を ス ケ ジ ュ ールす る 必要があ り ます。 ただ し 、 Vivado HLS で 400 個の乗算器が作成 さ れ る
こ と はほぼあ り ません。 こ れは、 ほ と ん ど のデザ イ ンで、 デー タ 依存性のために最大の並列処理がで き ない こ と が よ
く あ る か ら です。 た と えば、 こ の例の場合、 デ ュ アル ポー ト RAM が A[N] に使用 さ れて も 、 デザ イ ンは ク ロ ッ ク サ
イ ク ルの A[N] の 2 つの値に し かア ク セ ス で き ません。
パ イ プ ラ イ ン処理す る 階層レベルを選択す る と 、 た と えば一番内側のループ をパ イ プ ラ イ ン処理 し た と き に、 ほ と ん
ど のアプ リ ケーシ ョ ンで一般的に許容 さ れ る スループ ッ ト で最小のハー ド ウ ェ アが提供 さ れます。 階層の上位をパ イ
プ ラ イ ン処理す る と 、 すべての下位ループが展開 さ れ る ので、 ス ケ ジ ュ ールす る ために さ ら に多 く の演算が作成 さ れ
ますが ( ラ ン タ イ ム と メ モ リ 容量に影響する 可能性あ り )、 スループ ッ ト と レ イ テ ン シの観点か ら 、 通常はパフ ォーマ
ン ス の最 も 高いデザ イ ンにな り ます。
上記のオプシ ョ ン を ま と め る と 、 次の よ う にな り ます。
•
LOOP_J のパ イ プ ラ イ ン :
レ イ テ ン シは約 400 サ イ ク ル (20X20) にな り 、100 個未満の LUT お よ びレ ジ ス タ が必要にな り ます (I/O 制御お よ
び FSM は常にあ り ます)。
•
LOOP_I のパ イ プ ラ イ ン :
レ イ テ ン シは約 20 サ イ ク ルにな り ますが、 数百個の LUT お よ びレ ジ ス タ が必要にな り ます。 ロ ジ ッ ク 数は、 最
初のオプシ ョ ンの約 20 倍の数か ら ロ ジ ッ ク 最適化で処理 さ れ る ロ ジ ッ ク を引いた数にな り ます。
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•
パ イ プ ラ イ ン関数 loop_pipeline
レ イ テ ン シは約 10 個 (デ ュ アル ポー ト ア ク セ ス 20 回) にな り ますが、何千個 も の LUT お よ びレ ジ ス タ が必要 と
な り ます。 ロ ジ ッ ク 数は最初のオプシ ョ ンの約 400 倍か ら ロ ジ ッ ク 最適化で処理 さ れ る ロ ジ ッ ク を引いた数にな
り ます。
不完全なネス ト ループ
一番内側のループ階層がパ イ プ ラ イ ン処理 さ れ る と 、 Vivado HLS はネ ス ト さ れた (入れ子にな っ た) ループ を フ ラ ッ
ト に し て、 ループの遷移 (ループの入出時にループ イ ンデ ッ ク ス で実行 さ れ る チ ェ ッ ク ) に よ っ て発生 し たサ イ ク ル
を削除す る こ と で、 レ イ テ ン シ を削減 し て スループ ッ ト 全体を改善 し ます。 こ の よ う なチ ェ ッ ク は、 1 つのループか
ら 次のループへの遷移の際に ク ロ ッ ク 遅延を発生 さ せます。 例 3-42 の よ う に一番内側のループ をパ イ プ ラ イ ン処理
す る と 、 Vivado HLS で次の よ う な メ ッ セージが表示 さ れます。
@I [XFORM-541] Flattening a loop nest 'LOOP_I' in function 'loop_pipeline'.
ネ ス ト ループは、 ループが完全ま たは半完全であ る 場合にのみフ ラ ッ ト にで き ます。
•
•
完全ループ
°
一番内側のループにのみ本体が含まれます。
°
ループ文間に指定 さ れ る ロ ジ ッ ク はあ り ません。
°
ループ境界は定数です。
半完全ループ
°
一番内側のループにのみ本体が含まれます。
°
ループ文間に指定 さ れ る ロ ジ ッ ク はあ り ません。
°
一番外側のループは可変にで き ます。
例 3-43 は、 ループ ネ ス ト が不完全な例を示 し てい ます。
#include loop_imperfect.h
void loop_imperfect(din_t A[N], dout_t B[N]) {
int i,j;
dint_t acc;
LOOP_I:for(i=0; i < 20; i++){
acc = 0;
LOOP_J: for(j=0; j < 20; j++){
acc += A[i] * j;
}
B[i] = acc / 20;
}
}
例 3‐43 : 不完全な ネ ス ト ルー プ
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C の合成
LOOP_I 内 (LOOP_J 外側) の acc お よ びア レ イ B[N] への代入があ る と 、ループが フ ラ ッ ト にな ら ない よ う にで き ま
す。 例 3-43 の LOOP_J がパ イ プ ラ イ ン処理 さ れ る と 、 合成レ ポー ト には次の よ う に表示 さ れます。
+ Summary of loop latency (clock cycles):
+ LOOP_I:
* Trip count:20
* Latency:
480
+ LOOP_J:
* Trip count:
20
* Latency:
21
* Pipeline II:
1
* Pipeline depth:2
•
パ イ プ ラ イ ンの深 さ に よ り 、 LOOP_J を 1 回反復す る のに 2 ク ロ ッ ク かか る のがわか り ます。 こ れはデバ イ ス テ
ク ノ ロ ジお よ び ク ロ ッ ク 周期に よ っ て異な り ます。
•
新 し い反復は、 各 ク ロ ッ ク サ イ ク ルご と に開始で き ます。 Pipeline II は 1 です。 II はループ本体の各新規実行間
のサ イ ク ルを示す開始間隔の こ と です。
•
最初の反復が結果を出力す る ま でに 2 サ イ ク ルかか り ます。 パ イ プ ラ イ ン処理のため、 続 く 反復実行は前の反復
を使用 し て平行に実行 さ れ、 1 ク ロ ッ ク 後に値を出力 し ます。 ループの レ イ テ ン シの合計は、 2 + 残 り の 19 回の
反復ご と に 1 で、 21 にな り ます。
•
LOOP_I は 20 反復を実行す る のに 480 ク ロ ッ ク を必要 と す る ので、 LOOP_I の各反復は 24 ク ロ ッ ク サ イ ク ルで
す。 つま り 、 LOOP_J への入出には 3 サ イ ク ルのオーバーヘ ッ ド があ り ます (24 – 21 = 3)。
不完全なループ ネ ス ト の場合、 ま たはループ を フ ラ ッ ト にで き ない場合、 ループの入出のために ク ロ ッ ク サ イ ク ル
が追加 さ れ ます。 例 3-43 の コ ー ド は、 ネ ス ト さ れたループ を完全に し 、 フ ラ ッ ト にで き る よ う にす る ために記述 し
直す こ と がで き ます。
例 3-44 は、 例 3-43 と 同 じ 機能ですが、 ループが フ ラ ッ ト にで き る よ う に、 条件文を LOOP_J ループに追加 し た と こ
ろ を示 し てい ます。
#include loop_perfect.h
void loop_perfect(din_t A[N], dout_t B[N]) {
int i,j;
dint_t acc;
LOOP_I:for(i=0; i < 20; i++){
LOOP_J: for(j=0; j < 20; j++){
if(j==0) acc = 0;
acc += A[i] * j;
if(j==19) B[i] = acc / 20;
}
}
}
例 3‐44 : 完全な ネ ス ト ルー プ
例 3-44 が合成 さ れ る と 、 こ のループはフ ラ ッ ト にな り ます。
@I [XFORM-541] Flattening a loop nest 'LOOP_I' in function 'loop_perfect'.
合成レ ポー ト には、 レ イ テ ン シの改善が示 さ れます。
+ Summary of loop latency (clock cycles):
+ LOOP_I_LOOP_J:
* Trip count:
400
* Latency:
401
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205
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* Pipeline II:
1
* Pipeline depth:2
デザ イ ン にネ ス ト ループが含ま れ る 場合は、 結果を解析 し て、 な る べ く 多 く のループが フ ラ ッ ト にな る よ う に し ま
す。 ロ グ フ ァ イ ル ま たは上記の よ う な合成 レ ポー ト で、 ループ ラ ベルが統合 さ れた か ど う か を 確認 し て く だ さ い
(LOOP_I お よ び LOOP_J は LOOP_I_LOOP_J と し て レ ポー ト さ れ る よ う にな り ます)。
ループの並列処理
Vivado HLS では、 レ イ テ ン シ を削減す る ために、 ロ ジ ッ ク お よ び関数がで き る だけ早い段階で ス ケ ジ ュ ール さ れ ま
す。 こ れを実行す る ため、 な る べ く 多 く の ロ ジ ッ ク 演算お よ び関数が並列に ス ケ ジ ュ ール さ れますが、 ループ を並列
に実行す る こ と はで き ません。
例 3-45 が合成 さ れ る と 、 SUM_X ループが ス ケ ジ ュ ール さ れ、 その後 SUM_Y ループが ス ケ ジ ュ ール さ れます。 SUM_Y
ループの開始は SUM_X ループの完了を待つ必要がな く て も 、 SUM_X の後に ス ケ ジ ュ ール さ れます。
#include loop_sequential.h
void loop_sequential(din_t A[N], din_t B[N], dout_t X[N], dout_t Y[N],
dsel_t xlimit, dsel_t ylimit) {
dout_t X_accum=0;
dout_t Y_accum=0;
int i,j;
SUM_X:for (i=0;i<xlimit; i++) {
X_accum += A[i];
X[i] = X_accum;
}
SUM_Y:for (i=0;i<ylimit; i++) {
Y_accum += B[i];
Y[i] = Y_accum;
}
}
例 3‐45 : シ ーケ ン シ ャ ル ルー プ
こ れ ら のループには異な る 境界 (xlimit お よ び ylimit) があ る ため、 統合はで き ません。 例 3-46 の よ う にループ を
別の関数に含め る と 、 ま っ た く 同 じ 機能を達成で き 、 ど ち ら のループ も 処理で き ます。
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C の合成
#include loop_functions.h
void sub_func(din_t I[N], dout_t O[N], dsel_t limit) {
int i;
dout_t accum=0;
SUM:for (i=0;i<limit; i++) {
accum += I[i];
O[i] = accum;
}
}
void loop_functions(din_t A[N], din_t B[N], dout_t X[N], dout_t Y[N],
dsel_t xlimit, dsel_t ylimit) {
dout_t X_accum=0;
dout_t Y_accum=0;
int i,j;
sub_func(A,X,xlimit);
sub_func(B,Y,ylimit);
}
例 3‐46 : 関数 と し てのシーケ ン シ ャ ル ルー プ
例 3-46 が合成 さ れ る と 、 レ イ テ ン シは 例 3-45 の半分にな り ます。 こ れは、 ループが関数 と し て並列に実行で き る よ
う にな っ たか ら です。
例 3-45 には、 dataflow 最適化 も 使用で き ま す。 こ こ に示す並列処理の た め、 関数にループ を 取 り 込む方法は、
dataflow 最適化が使用で き ない場合に使用 し ます。 た と えば、 よ り 大型のデザ イ ン例では、 dataflow 最適化を最
上位のすべてのループ/関数、 お よ び各最上位ループお よ び関数間に配置 さ れた メ モ リ に適用で き ます。
ループ依存性
ループ依存性は、 ループ を最適化 さ れない よ う に (通常はパ イ プ ラ イ ン処理) す る デー タ 依存性の こ と です。 こ れ ら
は、 ループの 1 回の反復内ま たはループ内の異な る 反復間にで き ます。
ループ依存性を理解す る には、 極端な例を見てみ る のが簡単です。 次の例では、 ループの結果がそのループの継続/終
了条件 と し て使用 さ れてい ます。 ループの各反復は次のループが開始で き る 状態にな る 前に終了 し てい る 必要があ り
ます。
Minim_Loop: while (a != b) {
if (a > b)
a -= b;
else
b -= a;
}
例 3‐47 : コ ー ド 例
こ の場合、 ループはパ イ プ ラ イ ン処理で き ません。 ループの次の反復は前の反復が終了す る ま で開始で き ないか ら で
す。
すべてのループ依存性が こ の よ う に極端なわけではあ り ませんが、 ほかの演算が終了す る ま で開始で き ない演算があ
る こ と に注意 し て く だ さ い。ソ リ ュ ーシ ョ ン と し ては、最初の演算がで き る だけ早い段階で実行 さ れ る よ う に し ます。
ループ依存性はすべてのデー タ 型で発生す る 可能性はあ り ますが、 特にア レ イ を使用する 場合に よ く 発生 し ます。 こ
れについては、 次の 「ア レ イ 」 セ ク シ ョ ンで説明 し ます。
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207
C の合成
アレイ
コ ー ド 形式に よ っ て合成後のア レ イ の イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン が ど の よ う に変わ る かについて説明す る 前に、 C シ
ミ ュ レーシ ョ ン な ど合成が実行 さ れ る 前に発生す る 可能性のあ る 問題について説明 し ます。
次の よ う にかな り 大 き なア レ イ が指定 さ れ る 場合は、 C シ ミ ュ レーシ ョ ン で メ モ リ 不足に よ り エ ラ ーにな る 可能性が
あ り ます。 こ の例は、 合成用の関数は示 さ ず、 大き な ア レ イ と 任意精度型の大き な ア レ イ が ラ ン タ イ ム メ モ リ に ど の
よ う に影響を与え る か を示 し てい ます。
#include ap_cint.h
int main() {
int i, acc;
// Use an arbitrary precision type
int32 la0[10000000], la1[10000000];
for (i=0 ; i < 10000000; i++) {
acc = acc + la0[i] + la1[i];
}
return 0;
}
例 3‐48 : コ ー ド 例
シ ミ ュ レーシ ョ ンは メ モ リ 不足でエ ラ ーにな る こ と があ り ます。 こ れは、 メ モ リ に存在す る ス タ ッ ク にア レ イ が配置
さ れ、 OS で管理 さ れて ロ ーカル デ ィ ス ク 空間を使用する ヒ ープには配置 さ れないためです。
こ れに よ り 、デザ イ ンが実行す る と メ モ リ 不足にな り 、次の よ う に、状況に よ っ ては問題が悪化す る こ と も あ り ます。
•
PC では使用可能な メ モ リ が大型の Linux ボ ッ ク ス よ り も 少ない こ と が よ く あ り 、 使用可能な メ モ リ が少ない こ
と があ り ます。
•
任意精度型を使用す る と 、 標準 C 型 よ り も 多 く の メ モ リ が必要にな る ので、 こ の問題が悪化す る 可能性があ り ま
す。
•
C++ お よ び SystemC の よ り 複雑な固定小数点任意精度型を使用す る と 、 さ ら に多 く の メ モ リ が必要 と な る ので、
問題が悪化す る 可能性があ り ます。
次の例の よ う に、 シ ミ ュ レーシ ョ ンにはダ イ ナ ミ ッ ク メ モ リ 割 り 当て を、 合成には固定サ イ ズのア レ イ を使用 し て、
問題を回避 し て く だ さ い。 こ の場合、 こ 必要な メ モ リ は ヒ ープに割 り 当て ら れ、OS で管理 さ れ る ので、 ロ ーカル デ ィ
ス ク 空間が使用で き る よ う にな り ます。
こ の よ う な コ ー ド への変更は、 シ ミ ュ レーシ ョ ン さ れ る コ ー ド と 合成 さ れ る コ ー ド が異な っ て し ま う ため、 理想的で
はあ り ませんが、 デザ イ ン を実行す る には こ れ し か方法がない場合があ り ます。 こ れを実行 し た場合は、 C テ ス ト ベ
ンチで こ のア レ イ にア ク セ スす る すべての点が記述 さ れ る よ う に し て く だ さ い。 こ れに よ り 、 cosim_design で実
行 さ れ る RTL シ ミ ュ レーシ ョ ン で メ モ リ ア ク セ ス が正 し いか ど う かが検証 さ れ る よ う にな り ます。
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208
C の合成
#include ap_cint.h
int main() {
int i, acc;
#ifdef __SYNTHESIS__
// Use an arbitrary precision type & array for synthesis
int32 la0[10000000], la1[10000000];
#else
// Use an arbitrary precision type & dynamic memory for simulation
int32 la0 = malloc(10000000 * sizeof(int32));
int32 la1 = malloc(10000000 * sizeof(int32));
#endif
for (i=0 ; i < 10000000; i++) {
acc = acc + la0[i] + la1[i];
}
return 0;
}
例 3‐49 : コ ー ド 例
ア レ イ は、 通常合成後に メ モ リ (RAM、 ROM、 ま たは FIFO) と し て イ ン プ リ メ ン ト さ れ ま す。 177 ページ の 「 イ ン
タ ーフ ェ イ ス のア レ イ 」 に記述 し た よ う に、 最上位関数 イ ン タ ーフ ェ イ ス のア レ イ は メ モ リ 外部にア ク セ スする RTL
ポ ー ト と し て 合成 さ れ ま す。 デザ イ ン に対 し て 内部に あ る ア レ イ は、 最適化設定に よ っ て 内部ブ ロ ッ ク RAM、
LUTRAM ま たは レ ジ ス タ と し て合成 さ れます。
ループ と 同様、 ア レ イ も 簡単な コ ー ド 構文なので、 C プ ロ グ ラ ムで よ く 使用 さ れます。 ま た、 ループの よ う に、 Vivado
HLS には多 く の最適化が含ま れ、 コ ー ド を修正 し な く て も RTL の イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン を最適化す る ための指示
子が含まれます。
ア レ イ に よ り RTL で問題 と な る のは、 次の よ う な場合です。
•
ア レ イ ア ク セ ス がパフ ォーマ ン ス の障害 と な っ て し ま う こ と が よ く あ り ます。メ モ リ と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ
る と 、 メ モ リ ポー ト の数に よ り デー タ へのア ク セ ス が制限 さ れます。
•
ア レ イ 初期化は、 注意 し て実行 し ない と 、 RTL での リ セ ッ ト お よ び初期化が不必要に長 く な っ て し ま う こ と があ
り ます。
•
読み出 し ア ク セ ス のみを必要 と す る ア レ イ は、 RTL では ROM と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ る よ う にす る 必要があ
り ます。
Vivado HLS では、 ポ イ ン タ ーのア レ イ がサポー ト さ れます。 詳細は、 191 ページの 「ポ イ ン タ ー」 を参照 し て く だ さ
い。 各ポ イ ン タ ーは、 ス カ ラ ーま たは ス カ ラ ーのア レ イ のみを指定で き ます。
注記 : ア レ イ はサ イ ズ指定す る 必要があ り ます。
サポー ト さ れ る 例 : Array[10];
サポー ト さ れない例 : Array[];
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209
C の合成
ア レ イ ア ク セス
例 3-50 の コ ー ド では、 ア レ イ へのア ク セ ス に よ り 最終 RTL デザ イ ン でパフ ォーマ ン ス が制限 さ れ ます。 mem[N] ア
レ イ へのア ク セ ス が 3 回あ り 、 合計結果が作成 さ れてい ます。
#include array_mem_bottleneck.h
dout_t array_mem_bottleneck(din_t mem[N]) {
dout_t sum=0;
int i;
SUM_LOOP:for(i=2;i<N;++i)
sum += mem[i] + mem[i-1] + mem[i-2];
return sum;
}
例 3‐50 : ア レ イ と メ モ リ の障害
合成中、 ア レ イ は RAM と し て イ ン プ リ メ ン ト さ れ ま す。 RAM がシ ン グル ポー ト RAM と し てい指定 さ れ る 場合、
SUM_LOOP ループ をパ イ プ ラ イ ン処理 し て、 各 ク ロ ッ ク サ イ ク ルご と に新規ループ反復を処理で き ます。
SUM_LOOP を初期間隔 1 でパ イ プ ラ イ ン処理 し よ う と す る と 、 次の よ う な メ ッ セージが表示 さ れます (スループ ッ ト
1 が達成で き なか っ たために、 Vivado HLS は制約を解除 し ます)。
@I [SCHED-61] Pipelining loop 'SUM_LOOP'.
@W [SCHED-69] Unable to schedule 'load' operation ('mem_load_1',
array_mem_bottleneck.c:54) on array 'mem' due to limited resources (II = 1).
@W [SCHED-69] Unable to schedule 'load' operation ('mem_load_2',
array_mem_bottleneck.c:54) on array 'mem' due to limited resources (II = 2).
@I [SCHED-61] Pipelining result:Target II:1, Final II:3, Depth:4.
こ こ での問題は、 シ ン グル ポー ト RAM にはシ ン グル デー タ ポー ト し かないので、 各 ク ロ ッ ク サ イ ク ルで 1 つの読
み出 し (お よ び 1 つの書 き 込み) が実行で き る 点にあ り ます。
•
SUM_LOOP サ イ ク ル1 : read mem[i];
•
SUM_LOOP サ イ ク ル 2 : read mem[i-1], sum values;
•
SUM_LOOP サ イ ク ル 3 : read mem[i-1], sum values;
デ ュ アル ポー ト RAM も 使用で き ますが、 ク ロ ッ ク サ イ ク ルご と に 2 つのア ク セ ス し か許容 さ れません。合計値を計
算す る のに 3 つの読み出 し が必要なので、ク ロ ッ ク サ イ ク ルご と に新 し い反復でループ をパ イ プ ラ イ ン処理す る ため
には、 ク ロ ッ ク サ イ ク ルご と に 3 つのア ク セ ス が必要にな り ます。
注意 : メ モ リ ま たは メ モ リ ポー ト と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ る ア レ イ は、パフ ォーマ ン ス の障害 と な る こ と が よ く あ
り ます。
例 3-50 を スループ ッ ト 1 でパ イ プ ラ イ ンがで き る よ う に変更する と 、 例 3-51 の コ ー ド にな り ます。 例 3-51 では、 先
行読み出 し を実行 し て、 デー タ ア ク セ ス を手動でパ イ プ ラ イ ン処理す る こ と で、 ループの各反復で指定 さ れ る ア レ イ
読み出 し が 1 回だけにな っ てい ます。 こ れに よ り 、 パフ ォーマ ン ス を達成する ためには、 シ ン グル ポー ト RAM だけ
が必要 と な り ます。
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210
C の合成
#include array_mem_perform.h
dout_t array_mem_perform(din_t mem[N]) {
din_t tmp0, tmp1, tmp2;
dout_t sum=0;
int i;
tmp0 = mem[0];
tmp1 = mem[1];
SUM_LOOP:for (i = 2; i < N; i++) {
tmp2 = mem[i];
sum += tmp2 + tmp1 + tmp0;
tmp0 = tmp1;
tmp1 = tmp2;
}
return sum;
}
例 3‐51 : パ フ ォ ーマ ン ス ア ク セ ス を 使用 し た ア レ イ と メ モ リ
Vivado HLS には、 ア レ イ の イ ンプ リ メ ン ト お よ びア ク セ ス方法を変更で き る 最適化指示子が多 く あ り ます。 通常、 こ
の よ う な指示子が使用 さ れ る 場合、 コ ー ド を変更す る 必要はあ り ません。 ア レ イ は、 ブ ロ ッ ク ま たは個別エ レ メ ン ト
にパーテ ィ シ ョ ン で き ます。 Vivado HLS でア レ イ が個別エ レ メ ン ト にパーテ ィ シ ョ ン さ れ る こ と も あ り ま す。 こ れ
は、 自動パーテ ィ シ ョ ンの コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン設定を使用す る と 指定で き ます。
ア レ イ が複数のブ ロ ッ ク にパーテ ィ シ ョ ン さ れ る と 、 1 つのア レ イ は複数の RTL RAM ブ ロ ッ ク と し て イ ンプ リ メ ン
ト さ れ ます。 エ レ メ ン ト にパーテ ィ シ ョ ン さ れ る 場合、 各エ レ メ ン ト は RTL で レ ジ ス タ と し て イ ン プ リ メ ン ト さ れ
ます。 ど ち ら の場合 も 、 パーテ ィ シ ョ ン で さ ら に多 く のエ レ メ ン ト が並列にア ク セ ス で き る よ う にな り 、 パフ ォーマ
ン ス が向上 し ます。 デザ イ ンの ト レー ド オ フは、 パフ ォ ーマ ン ス と それを達成す る ために必要な RAM ま たは レ ジ ス
タ の数です。
FIFO ア ク セス
ア レ イ ア ク セ ス に特に注意が必要な のは、 ア レ イ が FIFO と し て イ ン プ リ メ ン ト さ れ る 場合です。 よ く あ る のは、
dataflow 最適化を使用す る 場合です。
FIFO へのア ク セ ス は、 位置 0 か ら 開始 し て シーケ ン シ ャ ルな順番であ る 必要があ り ます。 ま た、 ア レ イ が複数位置
で読み出 さ れ る 場合、 コ ー ド では FIFO ア ク セ ス の順番を厳 し く 指定す る 必要があ り ます。 複数フ ァ ン ア ウ ト を含む
ア レ イ は、 ア ク セ ス の順番を指定す る コ ー ド を追加 し ない と 、 FIFO と し て イ ン プ リ メ ン ト で き ない こ と が よ く あ り
ます。
ア レ イの初期化
推奨 : 189 ページの 「型修飾子」 で示す と お り 、 必須ではあ り ませんが、 static 修飾子を使用 し て メ モ リ と し て イ ンプ
リ メ ン ト さ れ る ア レ イ を指定す る こ と をお勧め し ます。 こ れに よ り 、 Vivado HLS で RTL の メ モ リ を使用 し て ア レ イ
を イ ンプ リ メ ン ト で き る よ う にな る ほか、 static 型の初期化動作を使用で き る よ う にな り ます。
次の コ ー ド 例では、 ア レ イ は値のセ ッ ト を使用 し て初期化 さ れます。 関数が実行 さ れ る たびに、 coeff ア レ イ に こ れ
ら の値が代入 さ れます。 合成後、 coeff を イ ンプ リ メ ン ト す る RAM が実行 さ れ る たびに、 こ れ ら の値が読み込まれ
ます。 シ ン グル ポー ト RAM の場合は、 8 ク ロ ッ ク サ イ ク ルかか り ます。 1024 のア レ イ の場合、 当然 1024 ク ロ ッ ク
サ イ ク ルかか り ます。 こ の間、 coeff に よ っ ては演算が行われません。
int coeff[8] = {-2, 8, -4, 10, 14, 10, -4, 8, -2};
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C の合成
次の コ ー ド では、 static 修飾子を使用 し て coeff ア レ イ を定義 し てい ま す。 ア レ イ は実行開始時に指定 し た値で
初期化 さ れ ま す。 関数が実行 さ れ る たびに、 coeff ア レ イ には前の実行か ら の値が記録 さ れ ま す。 C コ ー ド では、
static ア レ イ は メ モ リ が RTL で動作す る よ う に動作 し ます。
static int coeff[8] = {-2, 8, -4, 10, 14, 10, -4, 8, -2};
ま た、 変数に static 修飾子が含まれ る 場合、 Vivado HLS はRTL デザ イ ンお よ び FPGA ビ ッ ト ス ト リ ームの変数を
初期化 し ます。 こ れに よ り 、 メ モ リ を初期化す る のに複数 ク ロ ッ ク サ イ ク ル も 必要な く な り 、 大容量 メ モ リ の初期化
が使用オーバーヘ ッ ド にな ら な く な り ます。
リ セ ッ ト を適用 し た (デフ ォ ル ト ではない) 後に static 変数がその初期ス テー ト を戻すか ど う かは、 RTL コ ン フ ィ ギ ュ
レーシ ョ ン コ マ ン ド で指定で き ます。 メ モ リ が リ セ ッ ト 後に初期ス テー ト に戻る のであれば、 使用オーバーヘ ッ ド に
な り 、 値を リ セ ッ ト す る のに複数サ イ ク ルが必要 と な り 、 値はそれぞれ各 メ モ リ ア ド レ ス に書 き込まれ る必要があ り
ます。
ROM のイ ン プ リ メ ン ト
例 3-30 に示す よ う に、 Vivado HLS では メ モ リ を合成す る のに static 修飾子、 その メ モ リ を ROM に推論す る のに
const 修飾子を使用 し て ア レ イ を指定す る 必要はあ り ません。 Vivado HLS は、 デザ イ ンの解析を実行 し 、 最 も 最適
なハー ド ウ ェ ア を作成 し よ う と し ますが、
メ モ リ にす る ア レ イ には static 修飾子 を使用す る こ と をお勧め し ま す。 こ れは、 「ア レ イ の初期化」 に示す よ う に、
static 型が RTL の メ モ リ と ほぼ同 じ よ う に動作する ためです。
Vivado HLS では常に ROM がデザ イ ン解析で使用 さ れ る よ う に推論 さ れ る わけではないので、 ア レ イ が読み出 し 専用
の場合は、 const 修飾子 も 推奨 さ れます。 ロ ーカルの static (グ ロ ーバル以外) ア レ イ は読み出 し の前に書 き 込まれ る
必要があ る と い う のが ROM の自動推論の一般的な規則です。 次の例の よ う に指定す る と 、 ROM が推論 さ れやす く
な り ます。
•
ア レ イ を それを使用す る 関数でで き る だけ早い段階で初期化 し ます。
•
書 き 込みを ま と め ます。
•
array(ROM) 初期化書 き 込みを初期化コ ー ド 以外の コ ー ド で イ ン タ ー リ ーブ し ない よ う に し ます。
•
異な る 値を同 じ ア レ イ エ レ メ ン ト に格納 し ない よ う に し ます (書 き 込みはすべて コ ー ド 内で ま と め ます)。
•
エ レ メ ン ト 値の計算は、 初期化ループ カ ウ ン タ ー変数を除いて、 定数以外 ( コ ンパ イ ル時) のデザ イ ン変数に依
存 し ない よ う に し ます。
ROM を初期化す る のに複雑な代入が使用 さ れ る 場合、 た と えば math.h ラ イ ブ ラ リ か ら の関数例では、 ア レ イ 初期
化を別々の関数に配置す る と 、 ROM が推論 さ れ る よ う にで き ます。 例 3-52 では、 sin_table[256] ア レ イ が メ モ
リ と し て推論 さ れ、 RTL 合成後は ROM と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
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C の合成
#include array_ROM_math_init.h
#include <math.h>
void init_sin_table(din1_t sin_table[256])
{
int i;
for (i = 0; i < 256; i++) {
dint_t real_val = sin(M_PI * (dint_t)(i - 128) / 256.0);
sin_table[i] = (din1_t)(32768.0 * real_val);
}
}
dout_t array_ROM_math_init(din1_t inval, din2_t idx)
{
short sin_table[256];
init_sin_table(sin_table);
return (int)inval * (int)sin_table[idx];
}
例 3‐52 : math.h を 使用 し た ROM の初期化
ヒ ン ト : sin() 関数の結果は定数値にな る ので、 sin() 関数を イ ン プ リ メ ン ト す る のに、 RTL デザ イ ン で コ アは必
要あ り ません。 sin() 関数は 表 3-4 に リ ス ト さ れ る コ アの 1 つではないので、 C の合成でサポー ト さ れません (C++
で math.h 関数を使用す る 場合は、 「C++ の合成」 を参照 し て く だ さ い)。
assert の使用
C の assert マ ク ロ は、 範囲情報を アサー ト する のに使用 さ れ る 場合、 合成でサポー ト さ れます。 た と えば、 変数 と ルー
プ境界の上限を指定で き ます。
「ループ反復の制御」 セ ク シ ョ ン で説明 し た よ う に、 可変ループ境界があ る 場合、 高位合成ではそのループの反復す
べての レ イ テ ン シ を決定す る こ と がで き ず、 レ イ テ ン シが ク エ ス チ ョ ン マー ク (?) で表示 さ れます。 tripcount 指示子
はループ境界の高位合成に情報を渡すためには使用で き ますが、 こ の情報はレ ポー ト 目的にのみ使用 さ れ、 合成結果
には影響 し ません (tripcount 指示子の有無に関係な く 同 じ サ イ ズのハー ド ウ ェ アが作成 さ れます)。
次の コ ー ド 例は、 assert を使用 し て高位合成に変数の最大範囲を伝え、 さ ら に適 し たハー ド ウ ェ ア を作成す る ために
ど の よ う に assert を使用す る か を示 し てい ます。
assert を使用す る 前に、 assert マ ク ロ を定義す る ヘ ッ ダー フ ァ イ ルを含め る 必要があ り ます。 こ の例では、 こ れはヘ ッ
ダー フ ァ イ ルに含まれます。
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C の合成
#ifndef _loop_sequential_assert_H_
#define _loop_sequential_assert_H_
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include ap_cint.h
#define N 32
typedef int8 din_t;
typedef int13 dout_t;
typedef uint8 dsel_t;
void loop_sequential_assert(din_t A[N], din_t B[N], dout_t X[N], dout_t Y[N], dsel_t
xlimit, dsel_t ylimit);
#endif
例 3‐53 : 可変ルー プ境界 ( 修正後 )
メ イ ン コ ー ド では、 各ループの前に次の 2 つの assert 文を記述 し ます。
assert(xlimit<32);
...
assert(ylimit<16);
...
こ れ ら の assert 文では、 次が実行 さ れます。
•
アサー ト で問題があ っ て、 値が記述 し てい る よ り も 大き い場合、 C シ ミ ュ レーシ ョ ン をエ ラ ーに し ます。 こ れに
よ り 、 C コ ー ド を合成前にシ ミ ュ レーシ ョ ンす る のが重要な こ と も わか り ます。 合成前にデザ イ ンが有効か ど う
か必ず確認 し て く だ さ い。
•
こ の変数の範囲が超過 し ない こ と を高位合成に伝え ます。 こ の値お よ び こ の事実は、 RTL の変数サ イ ズ、 こ の場
合はループの反復回数を最適化す る ために使用で き ます。
例 3-54 は、 こ の コ ー ド を示 し てい ます。
#include loop_sequential_assert.h
void loop_sequential_assert(din_t A[N], din_t B[N], dout_t X[N], dout_t Y[N], dsel_t
xlimit, dsel_t ylimit) {
dout_t X_accum=0;
dout_t Y_accum=0;
int i,j;
assert(xlimit<32);
SUM_X:for (i=0;i<=xlimit; i++) {
X_accum += A[i];
X[i] = X_accum;
}
assert(ylimit<16);
SUM_Y:for (i=0;i<=ylimit; i++) {
Y_accum += B[i];
Y[i] = Y_accum;
}
}
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C の合成
例 3‐54 : 可変ルー プ境界 ( 修正後 )
assert マ ク ロ を除いて、 こ の コ ー ド は例 3-45 と 同 じ ですが、 合成後の合成レ ポー ト で 2 つの相違点があ り ます。
assert マ ク ロ がない場合、 レ ポー ト は次の よ う にな り 、 ループの ト リ ッ プカ ウ ン ト は 1 ～ 256 に変化す る 可能性があ
り ます。 こ れは、 ループ境界の変数が 8 ビ ッ ト 変数の d_sel デー タ 型にな る か ら です。
* Loop Latency:
+----------+-----------+----------+
|Target II |Trip Count |Pipelined |
+----------+-----------+----------+
|- SUM_X
|1 ~ 256
|no
|
|- SUM_Y
|1 ~ 256
|no
|
+----------+-----------+----------+
assert マ ク ロ が使用 さ れ る 場合、 レ ポー ト には SUM_X お よ び SUM_Y ループの ト リ ッ プカ ウ ン ト が 32 お よ び 16 で
あ る こ と が示 さ れます。 assert は 32 お よ び 16 を超え ない値がアサー ト さ れ る ので、 高位合成ではレ ポー ト で こ れが
使用で き ます。
* Loop Latency:
+----------+-----------+----------+
|Target II |Trip Count |Pipelined |
+----------+-----------+----------+
|- SUM_X
|1 ~ 32
|no
|
|- SUM_Y
|1 ~ 16
|no
|
+----------+-----------+----------+
ま た、 tripcount 指示子を使用す る 場合 と 異な り 、 assert 文を使用する と 最適なハー ド ウ ェ ア を提供で き ます。 assert が
ない場合、 最終的なハー ド ウ ェ ア では最大 256 ループ反復にサ イ ズ を合わせた変数お よ びカ ウ ン タ ーが使用 さ れ ま
す。
* Expression:
+----------+------------------------+-------+---+----+
|Operation |Variable Name
|DSP48E |FF |LUT |
+----------+------------------------+-------+---+----+
|+
|X_accum_1_fu_182_p2
|0
|0 |13 |
|+
|Y_accum_1_fu_209_p2
|0
|0 |13 |
|+
|indvar_next6_fu_158_p2 |0
|0 |9
|
|+
|indvar_next_fu_194_p2
|0
|0 |9
|
|+
|tmp1_fu_172_p2
|0
|0 |9
|
|+
|tmp_fu_147_p2
|0
|0 |9
|
|icmp
|exitcond1_fu_189_p2
|0
|0 |9
|
|icmp
|exitcond_fu_153_p2
|0
|0 |9
|
+----------+------------------------+-------+---+----+
|Total
|
|0
|0 |80 |
+----------+------------------------+-------+---+----+
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C の合成
変数範囲を アサー ト す る コ ー ド は、 よ り 小型の RTL では可能性のあ る 最大範囲結果 よ り も 小 さ く な り ます。
* Expression:
+----------+------------------------+-------+---+----+
|Operation |Variable Name
|DSP48E |FF |LUT |
+----------+------------------------+-------+---+----+
|+
|X_accum_1_fu_176_p2
|0
|0 |13 |
|+
|Y_accum_1_fu_207_p2
|0
|0 |13 |
|+
|i_2_fu_158_p2
|0
|0 |6
|
|+
|i_3_fu_192_p2
|0
|0 |5
|
|icmp
|tmp_2_fu_153_p2
|0
|0 |7
|
|icmp
|tmp_9_fu_187_p2
|0
|0 |6
|
+----------+------------------------+-------+---+----+
|Total
|
|0
|0 |50 |
+----------+------------------------+-------+---+----+
アサー ト は、 デザ イ ンの変数の範囲を示すために使用で き ます。 アサー ト を使用す る 場合、 すべての可能性のあ る 状
況に適用 さ れ る C シ ミ ュ レーシ ョ ン を実行す る こ と が重要にな り ます。 こ れに よ り 、 高位合成で使用 さ れ る アサー ト
が有効にな り ます。
サポー ト さ れない C コ ン ス ト ラ ク ト
Vivado HLS では、 C 言語が広範囲にわた っ てサポー ト さ れい ますが、 合成がで き ず、 後のデザ イ ン フ ロ ーでエ ラ ー
を発生 さ せ る C コ ン ス ト ラ ク ト も あ り ます。 こ のセ ク シ ョ ンでは、 こ の よ う な関数が合成 さ れ FPGA デバ イ ス に イ ン
プ リ メ ン ト さ れ る 場合の、 コ ー ド 変更が必要な箇所について説明 し ます。
合成す る には、 次が必要です。
•
デザ イ ンのすべての機能を含め る 必要あ り
•
OS へのシ ス テ ム コ ールで実行で き る 機能はな し
•
C コ ン ス ト ラ ク ト が固定サ イ ズ ま たは境界のあ る サ イ ズであ る 必要あ り
•
こ れ ら の コ ン ス ト ラ ク ト の イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンが曖昧ではない必要あ り
シ ス テム コ ール
シ ス テ ム コ ールは、 C プ ロ グ ラ ム を実行 し てい る OS で一部の タ ス ク が実行 さ れ る ので、 合成で き ません。
Vivado HLS は よ く 使用 さ れ る 、printf() お よ び fprintf(stdout,) の よ う なデー タ を表示す る だけでアルゴ リ ズ
ムの実行には影響のないシ ス テ ム コ ールは無視 し ますが、 通常はシ ス テ ム コ ールは合成で き ないので、 合成前に関
数か ら 削除 し てお く 必要があ り ます。 getc()、 time()、 sleep() な ど のシ ス テ ム コ ール も 、 OS に呼び出 し を実
行す る ので合成で き ません。
Vivado HLS では、合成が実行 さ れた と き に macro __SYNTHESIS__ が定義 さ れます。こ れに よ り 、__SYNTHESIS__
macro を使用 し て、 デザ イ ンか ら 合成不可能な コ ー ド を削除で き る よ う にな り ます。
例 3-55 は、下位関数か ら の中間結果が保存 さ れ る ハー ド ド ラ イ ブの フ ァ イ ルに保存 さ れ る コ ー ド 例を示 し てい ます。
__SYNTHESIS__ マ ク ロ を使用す る と 、 合成不可能な フ ァ イ ルの書 き 込みが合成中に無視 さ れ る よ う にな り ます。
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C の合成
#include hier_func4.h
int sumsub_func(din_t *in1, din_t *in2, dint_t *outSum, dint_t *outSub)
{
*outSum = *in1 + *in2;
*outSub = *in1 - *in2;
}
int shift_func(dint_t *in1, dint_t *in2, dout_t *outA, dout_t *outB)
{
*outA = *in1 >> 1;
*outB = *in2 >> 2;
}
void hier_func4(din_t A, din_t B, dout_t *C, dout_t *D)
{
dint_t apb, amb;
sumsub_func(&A,&B,&apb,&amb);
#ifndef __SYNTHESIS__
FILE *fp1;// The following code is ignored for synthesis
char filename[255];
sprintf(filename,Out_apb_%03d.dat,apb);
fp1=fopen(filename,w);
fprintf(fp1, %d \n, apb);
fclose(fp1);
#endif
shift_func(&apb,&amb,C,D);
}
例 3‐55 : デバ ッ グ用の フ ァ イ ルの書 き 込み
__SYNTHESIS__ マ ク ロ を使用す る と 、 C 関数か ら コ ー ド 自体を削除せずに、 合成不可能な コ ー ド を削除で き ます。
ただ し 、 こ のマ ク ロ を使用す る と 、 シ ミ ュ レーシ ョ ン用の C コ ー ド と 合成用の C コ ー ド が異な る こ と にな り ます。
注意 : __SYNTHESIS__ マ ク ロ を C コ ー ド の機能を変更する ために使用する と 、 C シ ミ ュ レーシ ョ ン と C 合成の結
果が異な り ま す。 こ の よ う な コ ー ド のエ ラ ーはデバ ッ グ し に く いので、 機能を変更す る ために __SYNTHESIS__ マ
ク ロ を使用す る のはお勧めで き ません。
ダ イ ナ ミ ッ ク メ モ リ の使用
シ ス テ ム内の メ モ リ 割 り 当て を管理す る シ ス テ ム コ ール、 た と えば malloc()、 alloc()、 お よ び free() は、 OS
の メ モ リ に あ る リ ソ ー ス を使用 し 、 ラ ン タ イ ム中に作成お よ び リ リ ー ス さ れ ま す。 ハー ド ウ ェ ア イ ン プ リ メ ン テー
シ ョ ン を合成で き る よ う にす る には、 デザ イ ンに必要な リ ソ ース がすべて指定 さ れ、 含まれてい る 必要があ り ます。
メ モ リ 割 り 当てのシ ス テ ム コ ールは、 合成前にデザ イ ン か ら 削除す る 必要があ り ますが、 ダ イ ナ ミ ッ ク メ モ リ 操作
がデザ イ ンの機能を定義す る ために使用 さ れてい る ので、 同等の範囲が制限 さ れた表現に変換す る 必要があ り ます。
例 3-56 は、 malloc() を使用す る デザ イ ンが合成可能なバージ ョ ンに変換 さ れ る 例を示 し てい ます。
例 3-56 の例には、 次の 2 つの コ ー ド 記述方法が示 さ れます。
•
デザ イ ンでは __SYNTHESIS__ マ ク ロ を使用 し ません。
合成可能なバージ ョ ン と 合成不可能なバージ ョ ン間を選択にユーザー定義の NO_SYNTH マ ク ロ が使用 さ れます。
こ れに よ り 、 同 じ コ ー ド が C でシ ミ ュ レーシ ョ ン さ れて、 Vivado HLS で合成 さ れ る よ う にな り ます。
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C の合成
•
malloc() を使用す る 元のデザ イ ンのポ イ ン タ ーは、 固定サ イ ズのエ レ メ ン ト 用に書き 直す必要はあ り ません。
固定サ イ ズの リ ソ ース は作成で き 、 既存ポ イ ン タ ーは単に固定サ イ ズの リ ソ ース を指定す る よ う にで き ます。 こ
の方法に よ り 、 既存デザ イ ン を手動で書 き 直す必要はな く な り ます。
#include malloc_removed.h
#include <stdlib.h>
//#define NO_SYNTH
dout_t malloc_removed(din_t din[N], dsel_t width) {
#ifdef NO_SYNTH
long long *out_accum = malloc (sizeof(long long));
int* array_local = malloc (64 * sizeof(int));
#else
long long _out_accum;
long long *out_accum = &_out_accum;
int _array_local[64];
int* array_local = &_array_local[0];
#endif
int i,j;
LOOP_SHIFT:for (i=0;i<N-1; i++) {
if (i<width)
*(array_local+i)=din[i];
else
*(array_local+i)=din[i]>>2;
}
*out_accum=0;
LOOP_ACCUM:for (j=0;j<N-1; j++) {
*out_accum += *(array_local+j);
}
return *out_accum;
}
例 3‐56 : malloc() の固定サ イ ズ リ ソ ースへの変換
こ こ での変更はデザ イ ンの機能に影響す る ので、 __SYNTHESIS__ マ ク ロ の使用はお勧めで き ません。 こ の場合、 次
を実行す る こ と をお勧め し ます。
1.
ユーザー定義のマ ク ロ NO_SYNTH を コ ー ド に追加 し て、 コ ー ド を修正 し ます。
2.
NO_SYNTH マ ク ロ を イ ネーブルに し 、 C シ ミ ュ レーシ ョ ン を実行 し て結果を保存 し ます。
3.
NO_SYNTH マ ク ロ をデ ィ ス エーブルに し (た と えば、 例 50 の よ う に コ メ ン ト ア ウ ト し ) 、 C シ ミ ュ レーシ ョ ン を
実行 し て結果が同 じ にな る か ど う か検証 し ます。
4.
こ のユーザー定義のマ ク ロ をデ ィ ス エーブルに し て合成を実行 し ます。
こ の方法を使用す る と 、 ア ッ プデー ト さ れた コ ー ド が C シ ミ ュ レーシ ョ ン で検証 さ れ、 同 じ コ ー ド が合成 さ れ る よ う
にで き ます。
ポ イ ン タ ーの制限
一般的なポ イ ン タ ーの型変換
Vivado HLS では、 一般的なデー タ 型間のポ イ ン タ ー型の変換はサポー ト さ れ ませんが、 ネ イ テ ィ ブ C 型の間ではサ
ポー ト さ れます。 ポ イ ン タ ー型変換の詳細は、 168 ページの 「ポ イ ン タ ー」 を参照 し て く だ さ い。
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218
C++ の合成
ポ イ ン タ ーのア レ イ
ポ イ ン タ ーのア レ イ は、 各ポ イ ン タ ーが ス カ ラ ーま たは ス カ ラ ーのア レ イ を指定する 場合に、 合成でサポー ト さ れま
す。 ポ イ ン タ ーのア レ イ では、別のポ イ ン タ ーを指定する こ と はで き ません。 ポ イ ン タ ーのア レ イ の詳細は、 168 ペー
ジの 「ポ イ ン タ ー」 を参照 し て く だ さ い。
再帰関数
再帰関数は合成で き ません。再帰関数は、次の よ う な再帰が恒久的に繰 り 返 さ れ る 可能性のあ る 関数に適用 さ れます。
unsigned foo (unsigned n)
{
if (n == 0 || n == 1) return 1;
return (foo(n-2) + foo(n-1));
}
Vivado HLS では有限数の関数呼び出 し があ る 末尾再帰はサポー ト さ れません。
unsigned foo (unsigned m, unsigned n)
{
if (m == 0) return n;
if (n == 0) return m;
return foo(n, m%n);
}
C++ では、 テ ンプ レー ト で末尾再帰を イ ンプ リ メ ン ト で き ます。 C_++ については、 次で説明 し ます。
C++ の合成
こ のセ ク シ ョ ンでは、 Vivado HLS の合成で使用 さ れ る C++ 言語について説明 し ます。 こ のセ ク シ ョ ンで C の合成に
関 し て説明 さ れ る 項目 (最上位関数の引数、 ポ イ ン タ ー、 ループ、 ア レ イ な ど) のほ と ん どは、 C++ の コ ー ド 記述に も
適用 さ れます。 こ のセ ク シ ョ ンの前に 「C の合成」 セ ク シ ョ ン を読んでおいて く だ さ い。
「C の合成」 の項目で C++ に適用 さ れない も のは、 C で使用 さ れ る 任意精度型 (C++ には独自の任意精度型あ り ) お
よ び C で任意精度型を コ ンパ イ ルす る 際の制限です。 C++ の任意精度型では整数拡張問題は発生 し ません。
こ のセ ク シ ョ ンでは、 ク ラ ス、 テ ンプ レー ト 、 C++ 任意精度型、 math.h ラ イ ブ ラ リ お よ び標準テ ンプ レー ト ラ イ ブ
ラ リ のサポー ト な ど、 合成に関す る C++ のその他の言語機能について説明 し ます。
Vivado HLS では、 C++ 関数には標準の g++ フ ァ イ ル拡張子 (.cpp、 .cxx な ど) が付いてい る と 予測 さ れます。 適切
に名前が変更 さ れ、 Vivado HLS C 任意精度型の (u)int# で使用 さ れない標準 C 言語関数は、 C++ デザ イ ン と し て合
成で き ます。 C++ オブジ ェ ク ト 指向の コ ーデ ィ ン グ形式を使用する ための要件はあ り ません。
C++ ク ラ ス
C++ ク ラ ス は、 Vivado HLS での合成で完全にサポー ト さ れてい ます。 合成の最上位は、 関数であ る 必要があ り ます。
ク ラ ス は、 合成では最上位にで き ません。 ク ラ ス の メ ンバー関数を合成す る には、 ク ラ ス自体を関数に イ ン ス タ ン シ
エー ト す る 必要があ り ます。 最上位 ク ラ ス は、 単にテ ス ト ベンチに イ ン ス タ ン シエー ト し ない よ う に し て く だ さ い。
例 3-57 は、CFIR ク ラ ス (次で説明す る ヘ ッ ダー フ ァ イ ルで定義) が最上位関数の cpp_FIR に イ ン ス タ ン シエー ト さ
れ、 FIR フ ィ ル タ ーを イ ンプ リ メ ン ト す る ために使用 さ れ る コ ー ド を示 し てい ます。
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219
C++ の合成
#include cpp_FIR.h
// Top-level function with class instantiated
data_t cpp_FIR(data_t x)
{
static CFir<coef_t, data_t, acc_t> fir1;
cout << fir1;
return fir1(x);
}
例 3‐57 : C++ FIR フ ィ ル タ ー
重要 : ク ラ スお よ び ク ラ ス メ ンバー関数は、 合成では最上位にで き ません。 ク ラ スは最上位関数に イ ン ス タ ン シエー
ト す る 必要があ り ます。
例 3-57 で、 デザ イ ン を イ ンプ リ メ ン ト す る ために使用 さ れ る ク ラ ス を検証する 前に、 Vivado HLS が合成中に標準出
力ス ト リ ーム カ ウ ン ト を無視す る こ と に注意 し て く だ さ い。 Vivado HLS で合成 さ れ る と 、 次の よ う な警告 メ ッ セー
ジが表示 さ れます。
@I [SYNCHK-101] Discarding
'std::ostream::operator<<'
@I [SYNCHK-101] Discarding
'std::ostream::operator<<'
@I [SYNCHK-101] Discarding
<std::char_traits<char> >'
@
unsynthesizable system call:
(cpp_FIR.h:108)
unsynthesizable system call:
(cpp_FIR.h:108)
unsynthesizable system call:'std::operator<<
(cpp_FIR.h:110)
次の例 3-58 に示す cpp_FIR.h ヘ ッ ダー フ ァ イ ルには、CFir ク ラ スお よ びそれに関連す る メ ンバー関数が定義 さ れ
てい ます。 こ の例では、 演算子の メ ンバー関数 () お よ び << はオーバー ロ ー ド さ れ る 演算子です。 それぞれ main ア
ルゴ リ ズ ム を実行す る た めに使用 さ れ、 cout と 一緒に使用す る と 、 C シ ミ ュ レ ーシ ョ ン中に表示 さ れ る デー タ を
フ ォーマ ッ ト で き ます。
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <cstdlib>
using namespace std;
#define N 85
typedef int coef_t;
typedef int data_t;
typedef int acc_t;
// Class CFir definition
template<class coef_T, class data_T, class acc_T>
class CFir {
protected:
static const coef_T c[N];
data_T shift_reg[N-1];
private:
public:
data_T operator()(data_T x);
template<class coef_TT, class data_TT, class acc_TT>
friend ostream&
operator<<(ostream& o, const CFir<coef_TT, data_TT, acc_TT> &f);
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220
C++ の合成
};
// Load FIR coefficients
template<class coef_T, class data_T, class acc_T>
const coef_T CFir<coef_T, data_T, acc_T>::c[N] = {
#include cpp_FIR.inc
};
// FIR main algorithm
template<class coef_T, class data_T, class acc_T>
data_T CFir<coef_T, data_T, acc_T>::operator()(data_T x) {
int i;
acc_t acc = 0;
data_t m;
loop: for (i = N-1; i >= 0; i--) {
if (i == 0) {
m = x;
shift_reg[0] = x;
} else {
m = shift_reg[i-1];
if (i != (N-1))
shift_reg[i] = shift_reg[i - 1];
}
acc += m * c[i];
}
return acc;
}
// Operator for displaying results
template<class coef_T, class data_T, class acc_T>
ostream& operator<<(ostream& o, const CFir<coef_T, data_T, acc_T> &f) {
for (int i = 0; i < (sizeof(f.shift_reg)/sizeof(data_T)); i++) {
o << shift_reg[ << i << ]= << f.shift_reg[i] << endl;
}
o << ______________ << endl;
return o;
}
data_t cpp_FIR(data_t x);
例 3‐58 : ク ラ ス を 定義す る C++ ヘ ッ ダー フ ァ イ ル
テ ス ト ベンチ 例 3-57 は 例 3-59 で示 さ れ、 最上位関数の cpp_FIR が呼び出 さ れて検証 さ れてい る と こ ろ を示 し て
い ます。 こ の例には、 Vivado HLS 合成用にテ ス ト ベンチの重要な属性が含ま れます。
•
出力結果は、 既知の良い値に対 し て比較 さ れます。
•
テ ス ト ベンチは結果が正 し い と 確認 さ れれば 0 を戻 し ます。
テ ス ト ベンチの詳細は、 162 ページの 「生産的なテ ス ト ベンチの作成」 を参照 し て く だ さ い。
#include cpp_FIR.h
int main() {
ofstream result;
data_t output;
int retval=0;
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221
C++ の合成
// Open a file to saves the results
result.open(result.dat);
// Apply stimuli, call the top-level function and saves the results
for (int i = 0; i <= 250; i++)
{
output = cpp_FIR(i);
result << setw(10) << i;
result << setw(20) << output;
result << endl;
}
result.close();
// Compare the results file with the golden results
retval = system(diff --brief -w result.dat result.golden.dat);
if (retval != 0) {
printf(Test failed !!!\n);
retval=1;
} else {
printf(Test passed !\n);
}
// Return 0 if the test
return retval;
}
例 3‐59 : cpp_FIR の C++ テ ス ト ベ ン チ
指示子を ク ラ ス で定義 し たオブジ ェ ク ト に適用す る には、 次の手順に従っ て く だ さ い。
1.
ク ラ ス が定義 さ れてい る フ ァ イ ル (通常はヘ ッ ダー フ ァ イ ル) を開き ます。
2.
[Directives] タ ブ を使用 し て指示子を適用 し ます。
関数 と 同様、 1 つの ク ラ ス の イ ン ス タ ン ス はすべて同 じ 最適化が適用 さ れます。
コ ン ス ト ラ ク タ ー、 デス ト ラ ク タ ーお よび仮想関数
ク ラ ス コ ン ス ト ラ ク タ ーお よ びデス ト ラ ク タ ーは、 ク ラ ス オブジ ェ ク ト が宣言 さ れ る と 含まれて合成 さ れます。
Vivado HLS がエ ラ ボ レーシ ョ ン中に関数を静的に決定で き る 場合、 仮想関数は、 抽象的な も の も 含め、 合成でサポー
ト さ れます。 次は、 仮想関数が合成でサポー ト さ れない例です。
•
仮想関数はマルチ レ イ ヤー イ ンヘ リ タ ン ス ク ラ ス階層で定義で き ますが、 シ ン グル イ ンヘ リ タ ン ス を使用 し て
のみ定義で き ます。
•
動的なポ リ モーフ ィ ズ ムは、 ポ イ ン タ ー オブジ ェ ク ト が コ ンパ イ ル時に決定で き る 場合にのみサポー ト さ れま
す。 た と えば、 こ の よ う なポ イ ン タ ーは if-else やループ文では使用で き ません。
•
STL コ ン テナは、オブジ ェ ク ト のポ イ ン タ ーを含め、ポ リ モーフ ィ ズ ム関数を呼び出すためには使用で き ません。
次はその例です。
vector<base *> base_ptrs(10);
//Push_back some base ptrs to vector.
for (int i = 0; i < base_ptrs.size(); ++i) {
//Static elaboration cannot resolve base_ptrs[i] to actual data type.
base_ptrs[i]->virtual_function();
}
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222
C++ の合成
•
Vivado HLS では、 base オブジ ェ ク ト ポ イ ン タ ーがグ ロ ーバル変数の場合はサポー ト さ れません。 次はその例で
す。
Base *base_ptr;
void func()
{
……
base_prt->virtual_function();
……
}
•
base オブジ ェ ク ト ポ イ ン タ ーは ク ラ ス定義の メ ンバー変数にはで き ません。 次に例を示 し ます。
// Static
class A
{
…..
Base
void
void
…..
};
elaboration cannot bind base object pointer with correct data type.
*base_ptr;
set_base(Base *base_ptr);
some_func();
void A::set_base(Base *ptr)
{
this.base_ptr = ptr;
}
void A::some_func()
{
….
base_ptr->virtual_function();
….
}
•
base オブジ ェ ク ト ポ イ ン タ ーま たは リ フ ァ レ ン ス が コ ン ス ト ラ ク タ ーの関数パ ラ メ ー タ ー リ ス ト にあ る 場合
は、 Vivado HLS でそれは変換 さ れ ません。 こ れについては、 ISO C++ 規格のセ ク シ ョ ン 12.7 に記述 さ れてい ま
す。 ビヘ イ ビ アは定義 さ れない こ と も あ り ます。
class A {
A(Base *b) {
b-> virtual _ function ();
}
};
グ ローバル変数お よび ク ラ ス
ク ラ ス でグ ロ ーバル変数を使用す る のは、 推奨 さ れません。 使用す る と 、 一部の最適化が実行 さ れない こ と があ り ま
す。 例 3-60 「ループ イ ンデ ッ ク ス の C++ ク ラ ス デー タ メ ンバーの コ ー ド 例」 では、 フ ィ ル タ ーの コ ン ポーネ ン ト を
作成す る のに ク ラ ス が使用 さ れてい ます (polyd_cell ク ラ ス はシ フ ト 、 乗算、 累算を実行す る コ ン ポーネ ン ト と し
て使用 さ れます)。
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223
C++ の合成
ループ イ ンデ ッ ク スの C++ ク ラ ス デー タ メ ンバーの コ ー ド 例
typedef
typedef
typedef
typedef
long
int
char
char
long
acc_t;
mult_t;
data_t;
coef_t;
#define
#define
#define
#define
TAPS
3
PHASES
4
DATA_SAMPLES 256
CELL_SAMPLES 12
// Use k on line 73 static int k;
template <typename T0, typename T1, typename T2, typename T3, int N>
class polyd_cell {
private:
public:
T0 areg;
T0 breg;
T2 mreg;
T1 preg;
T0 shift[N];
int k;
//line 73
T0 shift_output;
void exec(T1 *pcout, T0 *dataOut, T1 pcin, T3 coeff, T0 data, int col)
{
Function_label0:;
if (col==0) {
SHIFT:for (k = N-1; k >= 0; --k) {
if (k > 0)
shift[k] = shift[k-1];
else
shift[k] = data;
}
*dataOut = shift_output;
shift_output = shift[N-1];
}
*pcout = (shift[4*col]* coeff) + pcin;
}
};
// Top-level function with class instantiated
void cpp_class_data (
acc_t
*dataOut,
coef_t
coeff1[PHASES][TAPS],
coef_t
coeff2[PHASES][TAPS],
data_t dataIn[DATA_SAMPLES],
int
row
) {
acc_t pcin0 = 0;
acc_t pcout0, pcout1;
data_t dout0, dout1;
int col;
static acc_t
accum=0;
static int sample_count = 0;
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224
C++ の合成
static polyd_cell<data_t, acc_t, mult_t, coef_t, CELL_SAMPLES>
polyd_cell0;
static polyd_cell<data_t, acc_t, mult_t, coef_t, CELL_SAMPLES>
polyd_cell1;
COL:for (col = 0; col <= TAPS-1; ++col) {
polyd_cell0.exec(&pcout0,&dout0,pcin0,coeff1[row][col],dataIn[sample_count],
col);
polyd_cell1.exec(&pcout1,&dout1,pcout0,coeff2[row][col],dout0,col);
if ((row==0) && (col==2)) {
*dataOut = accum;
accum = pcout1;
} else {
accum = pcout1 + accum;
}
}
sample_count++;
}
例 3‐60 : ルー プ イ ン デ ッ ク スの C++ ク ラ ス デー タ メ ンバーの コ ー ド 例
polyd_cell ク ラ ス内には、 デー タ を シ フ ト す る ための SHIFT ループがあ り ます。 SHIFT ループで使用 さ れ る ルー
プ イ ン デ ッ ク ス の k が削除 さ れ、 k の グ ロ ーバル イ ン デ ッ ク ス に置換 さ れ る と (前の例で も 記述 し て い ま し た が
static int k と 記述 さ れて コ メ ン ト ア ウ ト さ れてい ま し た)、 Vivado HLS では polyd_cell ク ラ ス の使用 さ れ る
ループ ま たは関数がパ イ プ ラ イ ン処理で き な く な り ます。 Vivado HLS では、 次の よ う な メ ッ セージが表示 さ れます。
@W [XFORM-503] Cannot unroll loop 'SHIFT' in function 'polyd_cell<char, long long,
int, char, 12>::exec' completely: variable loop bound.
ループ イ ンデ ッ ク ス にはグ ロ ーバル変数以外の ロ ーカル変数を使用す る と 、 Vivado HLS ですべての最適化が実行 さ
れます。
テ ン プ レー ト
Vivado HLS では合成用に C++ のテ ンプ レー ト の使用がサポー ト さ れ ますが、 最上位関数のテ ンプ レー ト はサポー ト
さ れません。
重要 : 最上位関数にはテ ンプ レー ト を使用で き ません。
例 3-58 お よ び 例 3-60 に示す よ う な一般的なテ ンプ レー ト の使用方法だけでな く 、テ ンプ レー ト は標準 C 合成ではサ
ポー ト さ れない再帰関数を イ ンプ リ メ ン ト す る ために使用す る こ と も で き ます。
例 3-61 では、 末尾再帰の フ ィ ボナ ッ チ アルゴ リ ズ ム を イ ン プ リ メ ン ト す る ために、 テ ン プ レー ト 化 さ れた struct
が使用 さ れてい ます。 合成を実行す る ためには、 再帰の最終呼び出 し を イ ンプ リ メ ン ト す る のに終端 ク ラ ス を使用す
る 必要があ り ます。 こ の場合、 テ ンプ レー ト サ イ ズは 1 が使用 さ れます。
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225
C++ の合成
//Tail recursive call
template<data_t N> struct fibon_s {
template<typename T>
static T fibon_f(T a, T b) {
return fibon_s<N-1>::fibon_f(b, (a+b));
}
};
// Termination condition
template<> struct fibon_s<1> {
template<typename T>
static T fibon_f(T a, T b) {
return b;
}
};
void cpp_template(data_t a, data_t b, data_t &dout){
dout = fibon_s<FIB_N>::fibon_f(a,b);
}
例 3‐61 : テ ン プ レ ー ト を 使用 し た C++ の末尾再帰
デー タ 型
C 言語の 「デー タ 型」 セ ク シ ョ ン で説明 し た よ う に、 Vivado HLS では C++ と 同 じ 標準デー タ 型が合成でサポー ト さ
れます。
Vivado HLS では、 C++ 任意精度型整数 も サポー ト さ れ ます。 C++ 任意精度整数には、 C で使用 さ れ る も の と は異な
り 、 シ ミ ュ レーシ ョ ン制限があ り ません。 C++ 任意精度の固定小数点型 も サポー ト さ れます。
C++ の任意精度整数型
C++ のネ イ テ ィ ブ デー タ 型は、 8 ビ ッ ト 境界 (8、 16、 32、 64 ビ ッ ト ) にあ り ます。 RTL 信号お よ び演算では、 任意の
ビ ッ ト 長がサポー ト さ れます。
Vivado HLS では C++ の任意精度デー タ 型が提供 さ れてお り 、C コ ー ド の変数お よ び演算を任意の ビ ッ ト 幅 (6 ビ ッ ト 、
17 ビ ッ ト 、 234- ビ ッ ト な ど、 最大 1024 ビ ッ ト ま で) で指定で き ます。
ヒ ン ト : デフ ォ ル ト の幅の最大許容幅は 1024 ビ ッ ト です。 こ のデフ ォ ル ト は、 ap_int.h ヘ ッ ダー フ ァ イ ルを含め る 前
に、 32768 以下の正の整数値でマ ク ロ AP_INT_MAX_W を定義する と 上書き する こ と がで き ます。
C++ では SystemC 規格で定義 さ れた任意精度型の使用がサポー ト さ れ る ので、 単に SystemC ヘ ッ ダー フ ァ イ ルの
systemc.h を含め る だけで、 SystemC デー タ 型が使用で き ます。 SystemC のデー タ 型については、 「SystemC の合成」 を
参照 し て く だ さ い。
任意精度デー タ 型には、 ネ イ テ ィ ブ C++ デー タ 型 よ り も 次の よ う な利点があ り ます。
•
ハー ド ウ ェ アの質の改善 :た と えば 17 ビ ッ ト の乗算器が必要な場合、 計算で調度 17 ビ ッ ト が使用 さ れ る よ う に
指定す る ために任意精度型を使用で き ます。
°
•
任意精度デー タ 型を使用 し ない場合、 こ の よ う な乗算 (17 ビ ッ ト ) は 32 ビ ッ ト の整数デー タ 型を使用 し て イ
ン プ リ メ ン ト す る 必要があ る ので、 複数の DSP48 コ ン ポーネ ン ト を使用 し て乗算が イ ン プ リ メ ン ト さ れ る
こ と にな り ます。
正確な C++ シ ミ ュ レーシ ョ ン/解析 :C++ コ ー ド の任意精度デー タ 型を使用す る と 、 正確な ビ ッ ト 幅を使用 し て
C++ シ ミ ュ レーシ ョ ン を実行で き 、 合成前にアルゴ リ ズ ムの機能 (お よ び精度) を検証で き ます。
C++ の任意精度型には、 C の任意精度型で発生す る よ う な問題はあ り ません。
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226
C++ の合成
•
C++ 任意精度型は、 標準 C++ コ ンパ イ ラ ーで コ ンパ イ ル さ れます ( 「C 言語での任意精度デー タ 型の検証」 に示
す よ う に、 appc と 同等の も のは C++ にはあ り ません)。
•
C++ 任意精度型には、 整数拡張問題はあ り ません。
フ ァ イ ル拡張子を .c か ら .cpp
C++ と し て コ ンパ イ ルで き ます。
に変更す る のは珍 し く ないので、 フ ァ イ ルは上記の よ う な問題がない場合は
こ のセ ク シ ョ ンの残 り の部分では、 任意精度型の使用方法について説明 し ます。 詳細は、 296 ページの 「C++ の任意
精度型」 を参照 し て く だ さ い。 こ のセ ク シ ョ ンには、 次の内容が含まれます。
•
任意精度の整数に (1024 ビ ッ ト を超え る 値 も 含めて) 定数お よ び初期値を代入す る 方法
•
表示、 連結、 ビ ッ ト ス ラ イ ス、 範囲選択な ど の Vivado HLS のヘルパー メ ソ ッ ド の詳細
•
シ フ ト 演算 (負のシ フ ト 値は反対方向でシ フ ト にな る ) の記述 も 含めた演算子の動作の詳細
C++ 言語での任意精度デー タ 型の使用
C++ 言語では、ヘ ッ ダー フ ァ イ ル ap_int.h に よ り 任意精度の整数デー タ 型 ap_(u)int<W> が定義 さ れます。 た と
えば、 ap_int<8> は 8 ビ ッ ト の符号付 き 整数デー タ 型を表 し 、 ap_uint<234> は 234 ビ ッ ト の符号な し 整数デー タ
型を表 し ます。
ap_int.h フ ァ イ ルは、$HLS_ROOT/include デ ィ レ ク ト リ ($HLS_ROOT は Vivado HLS の イ ン ス ト ール デ ィ レ ク ト リ ) に
あ り ます。
例 3-62 の コ ー ド は、 前述の基本的な演算例 (例 3-22 お よ び例 3-36) の コ ー ド を繰 り 返 し た も のです。 こ の例で合成 さ
れ る 最上位関数のデー タ 型は dinA_t、 dinB_t な ど と 指定 さ れてい ます。
#include cpp_ap_int_arith.h
void cpp_ap_int_arith(din_A inA, din_B inB, din_C inC, din_D inD,
dout_1 *out1, dout_2 *out2, dout_3 *out3, dout_4 *out4
) {
// Basic arithmetic operations
*out1 = inA * inB;
*out2 = inB + inA;
*out3 = inC / inA;
*out4 = inD % inA;
}
例 3‐62 : C++ 型で書 き 直 し た基本演算
こ のア ッ プデー ト では、 C++ 任意精度型が使用 さ れてい ます。
•
ソ ース コ ー ド にヘ ッ ダー フ ァ イ ル ap_int.h を追加 し ます。
•
ネ イ テ ィ ブ C++ 型を任意精度型 ap_int<N> ま たは ap_uint<N> に変更 し ます。 こ こ での N の ビ ッ ト サ イ ズは
1 ～ 1024 にな り ます (前述 し た と お り 、 こ れは必要であれば 32 ビ ッ ト に拡張で き ます)。
デー タ 型はヘ ッ ダー フ ァ イ ル cpp_ap_int_arith.h で定義 さ れます (例 3-37)。
例 3-22 と 比較す る と 、入力デー タ 型は単に実際の入力デー タ の最大サ イ ズ を表す よ う に削減 さ れてい ます (例 : 8 ビ ッ
ト 入力 inA を 6 ビ ッ ト 入力に削減)。出力は さ ら に正確に改良 さ れてい ます。 た と えば inA と inB の合計であ る out2
は 32 ビ ッ ト ではな く 13 ビ ッ ト だけ必要です。
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227
C++ の合成
#ifndef _CPP_AP_INT_ARITH_H_
#define _CPP_AP_INT_ARITH_H_
#include <stdio.h>
#include ap_int.h
#define N 9
// Old data types
//typedef char dinA_t;
//typedef short dinB_t;
//typedef int dinC_t;
//typedef long long dinD_t;
//typedef int dout1_t;
//typedef unsigned int dout2_t;
//typedef int32_t dout3_t;
//typedef int64_t dout4_t;
typedef
typedef
typedef
typedef
ap_int<6> dinA_t;
ap_int<12> dinB_t;
ap_int<22> dinC_t;
ap_int<33> dinD_t;
typedef
typedef
typedef
typedef
ap_int<18> dout1_t;
ap_uint<13> dout2_t;
ap_int<22> dout3_t;
ap_int<6> dout4_t;
void cpp_ap_int_arith(dinA_t inA,dinB_t inB,dinC_t inC,dinD_t inD,dout1_t
*out1,dout2_t *out2,dout3_t *out3,dout4_t *out4);
#endif
例 3‐63 : C++ 任意精度型 を使用 し た基本演算
例 3-62 が合成 さ れ る と 、 例 3-22 お よ び 例 3-37 と 同 じ 機能を持つデザ イ ン にな り ます。 テ ス ト ベンチ を で き る 限 り
例 3-37 の よ う にす る には、 C++ カ ウ ン ト 演算を使用 し て結果を フ ァ イ ルに出力す る よ り も 、 ビル ト イ ン ap_int メ
ソ ッ ド の .to_int() を使用 し て ap_int の結果を標準 fprintf 関数で使用 さ れ る 整数型に変換 し ます。
fprintf(fp, %d*%d=%d; %d+%d=%d; %d/%d=%d; %d mod %d=%d;\n,
inA.to_int(), inB.to_int(), out1.to_int(),
inB.to_int(), inA.to_int(), out2.to_int(),
inC.to_int(), inA.to_int(), out3.to_int(),
inD.to_int(), inA.to_int(), out4.to_int());
こ の メ ソ ッ ド 、合成動作、ap_(u)int<N> 任意精度デー タ 型を使用 し たすべての側面な ど の詳細については、296 ペー
ジの 「C++ の任意精度型」 を参照 し て く だ さ い。
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型
C++ 関数を使用す る と 、 Vivado HLS に含まれ る 任意精度の固定小数点型の利点を生かす こ と がで き ます。 図 3-7 は、
こ れ ら の固定小数点型の基本的な機能を ま と めてい ます。
•
ワー ド は符号付 き (ap_fixed) ま たは符号な し (ap_ufixed) にで き ます。
•
任意サ イ ズの ワー ド 幅 W は定義で き ます。
•
整数部 I の桁数に よ り 、 ワー ド W-I の整数部 も 定義 さ れます (図 3-7 では B)。
•
丸め ま たは量子化 (Q) の タ イ プ を選択で き ます。
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228
C++ の合成
•
オーバーフ ロ ー ビヘ イ ビ アー (O お よ び N) を選択で き ます。
X-Ref Target - Figure 3-7
図 3‐7 : 任意精度の固定小数点型
任意精度の固定小数点型は、 ヘ ッ ダー フ ァ イ ル ap_fixed.h が コ ー ド に含まれてい る と 使用で き ます。
ヒ ン ト : 任意精度の固定小数点デー タ 型の方が C シ ミ ュ レーシ ョ ン中に よ り 多 く の メ モ リ を必要 と し ます。 ap_[u] 固
定小数点デー タ 型のかな り 大 き な ア レ イ を使用す る 場合は、 208 ページの 「ア レ イ 」 の C シ ミ ュ レーシ ョ ンの説明を
参照 し て く だ さ い。
固定小数点型を使用す る と 、 次の よ う な利点があ り ます。
•
小数を簡単に記述で き ます。
•
整数部お よ び小数部のビ ッ ト 数が異な る 変数の場合、 小数点のア ラ イ メ ン ト が処理 さ れます。
•
結果を正確に示すだけの小数部ビ ッ ト が足 ら ない場合のため、 多 く の丸めの実行を処理す る オプシ ョ ンがあ り ま
す。
•
結果が整数部ビ ッ ト よ り も 大 き い場合のため、 多 く の変数のオーバーフ ロ ーを処理す る オプシ ョ ン も あ り ます。
こ れ ら の属性は、 例 3-64 の コ ー ド に含まれてい ます。 まず、 ヘ ッ ダー フ ァ イ ル ap_fixed.h が含まれ、 ap_fixed
型がtypedef 文に よ り 定義 さ れます。
•
10 ビ ッ ト 入力 :8 ビ ッ ト 整数値 + 2 小数部
•
6 ビ ッ ト 入力 :3 ビ ッ ト 整数値 + 3 小数部
•
累算用の 22 ビ ッ ト 変数 :17 ビ ッ ト 整数値 + 5 小数部
•
結果用の 36 ビ ッ ト 変数 :30 ビ ッ ト 整数値 + 6 小数部
関数には、 演算実行後の小数点のア ラ イ メ ン ト を管理す る コ ー ド は含まれません。 こ れは、 自動的に実行 さ れます。
#include ap_fixed.h
typedef
typedef
typedef
typedef
ap_ufixed<10,8, AP_RND, AP_SAT> din1_t;
ap_fixed<6,3, AP_RND, AP_WRAP> din2_t;
ap_fixed<22,17, AP_TRN, AP_SAT> dint_t;
ap_fixed<36,30> dout_t;
dout_t cpp_ap_fixed(din1_t d_in1, din2_t d_in2) {
static dint_t sum;
sum =+ d_in1;
return sum * d_in2;
}
例 3‐64 : AP_Fixed 小数点の例
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229
C++ の合成
表 3-5 は、量子化モー ド お よ びオーバーフ ロ ー モー ド を示 し てい ます。 詳細は、「C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型」
を参照 し て く だ さ い。
ヒ ン ト : 標準ハー ド ウ ェ ア演算 (折 り 返 し お よ び切 り 捨て) のデフ ォ ル ト ビヘ イ ビ ア以上を実行す る 量子化モー ド お
よ びオーバーフ ロ ー モー ド を使用す る と 、 さ ら に多 く の関連ハー ド ウ ェ ア を含む演算子にな り ます。 負の無限大への
丸めや対称的な飽和な ど の さ ら にア ド バン ス なモー ド を イ ンプ リ メ ン ト す る ために、 ロ ジ ッ ク (LUT) が必要にな り ま
す。
表 3‐5 : 固定小数点の識別子
識別子
説明
W
ワー ド 長を ビ ッ ト 数で指定
I
整数値を ビ ッ ト 数で指定 (整数部の ビ ッ ト 数)
Q
量子化モー ド を指定。 量子化モー ド は、 結果の保存に使用 さ れ る 変数の最小の小数ビ ッ ト
で定義で き る よ り も 大 き い精度が生成 さ れた場合の動作を指定 し ます。
O
N
モー ド
説明
AP_RND
正の無限大への丸め
AP_RND_ZERO
0 への丸め
AP_RND_MIN_INF
負の無限大への丸め
AP_RND_INF
無限大への丸め
AP_RND_CONV
収束丸め
AP_TRN
負の無限大への切 り 捨て
AP_TRN_ZERO
0 への切 り 捨て (デフ ォ ル ト )
オーバーフ ロ ー モー ド を指定。 オーバーフ ロ ー モー ド は、 結果の保存に使用 さ れ る 変数
よ り も 多 く のビ ッ ト が生成 さ れた場合の動作を指定 し ます。
モー ド
説明
AP_SAT
飽和
AP_SAT_ZERO
0 への飽和
AP_SAT_SYM
対称飽和
AP_WRAP
折 り 返 し (デフ ォ ル ト )
AP_WRAP_SM
符号絶対値の折 り 返 し
折 り 返 し モー ド での飽和ビ ッ ト 数
ap_(u)fixed 型を使用す る と 、 C++ シ ミ ュ レーシ ョ ンのビ ッ ト 精度は正 し く な り ます。 高速シ ミ ュ レーシ ョ ン を使
用す る と 、 アルゴ リ ズ ム と その精度を検証で き ます。 合成後、 RTL では同 じ ビ ッ ト 精度の動作にな り ます。
任意精度の固定小数点型を使用す る と 、 リ テ ラ ル値を自由に代入で き ます。 例 3-65 と 一緒に使用 さ れ る テ ス ト ベン
チ (例 3-64) に示す よ う に、 in1 お よ び in2 の値は宣言済みで、 定数値が代入 さ れてい ます。
演算子に関 し て リ テ ラ ル値を代入す る 際は、 まず リ テ ラ ル値を ap_(u)fixed 型に変換す る 必要があ り ます。 こ う し
ない と 、 C コ ンパ イ ラ お よ び Vivado HLS で こ の リ テ ラ ル値が整数ま たは float/double 型 と し て認識 さ れ、 最適な
演算子が検索 さ れな く な り ます。た と えば、in1 = in1 + din1_t(0.25) の代入では、リ テ ラ ル値 0.25 が ap_fixed
型に変換 さ れます。
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230
C++ の合成
ap_fixed 小数点のテ ス ト ベン チの コ ー ド 例
#include <cmath>
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <cstdlib>
using namespace std;
#include ap_fixed.h
typedef
typedef
typedef
typedef
ap_ufixed<10,8, AP_RND, AP_SAT> din1_t;
ap_fixed<6,3, AP_RND, AP_WRAP> din2_t;
ap_fixed<22,17, AP_TRN, AP_SAT> dint_t;
ap_fixed<36,30> dout_t;
dout_t cpp_ap_fixed(din1_t d_in1, din2_t d_in2);
int main()
{
ofstream result;
din1_t in1 = 0.25;
din2_t in2 = 2.125;
dout_t output;
int retval=0;
result.open(result.dat);
// Persistent manipulators
result << right << fixed << setbase(10) << setprecision(15);
for (int i = 0; i <= 250; i++)
{
output = cpp_ap_fixed(in1,in2);
result
result
result
result
result
<<
<<
<<
<<
<<
setw(10)
setw(20)
setw(20)
setw(20)
endl;
<<
<<
<<
<<
i;
in1;
in2;
output;
in1 = in1 + din1_t(0.25);
in2 = in2 - din2_t(0.125);
}
result.close();
// Compare the results file with the golden results
retval = system(diff --brief -w result.dat result.golden.dat);
if (retval != 0) {
printf(Test failed !!!\n);
retval=1;
} else {
printf(Test passed !\n);
}
// Return 0 if the test passes
return retval;
}
例 3‐65 : ap_fixed 小数点のテ ス ト ベ ン チの コ ー ド 例
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231
SystemC の合成
サポー ト さ れない C++ コ ン ス ト ラ ク ト
こ のセ ク シ ョ ン では、 合成で き ないサポー ト さ れ る C++ コ ン ス ト ラ ク ト について説明 し ます。 こ れ ら の コ ン ス ト ラ
ク ト は、 216 ページの 「サポー ト さ れない C コ ン ス ト ラ ク ト 」 の リ ス ト に追加 さ れていなか っ た も のです。
ダ イ ナ ミ ッ ク オブ ジ ェ ク ト
C でのダ イ ナ ミ ッ ク メ モ リ 使用に関す る 制限 と 同様、 Vivado HLS では、 ダ イ ナ ミ ッ ク に作成/削除 さ れ る C++ オブ
ジ ェ ク ト も 合成でサポー ト さ れません。 こ れには、 ポ リ モーフ ィ ズ ム関数お よ びダ イ ナ ミ ッ ク 仮想関数の呼び出 し が
含まれます。
次の コ ー ド は、 ラ ン タ イ ムで新 し い関数を作成す る ので、 合成で き ません。
Class A {
public:
virtual void bar() {…};
};
void fun(A* a) {
a->bar();
}
A* a = 0;
if (base)
A= new A();
else
A = new B();
foo(a);
例 3‐66 : 合成で き な い コ ー ド の コ ー ド 例
標準テ ン プ レー ト ラ イ ブ ラ リ
C++ 標準テ ン プ レー ト ラ イ ブ ラ リ (STL) には、 再帰関数が含ま れてお り 、 ダ イ ナ ミ ッ ク メ モ リ 割 り 当てが使用 さ れ
ます。 そのため、 STL は合成で き ません。 STL を使用する 場合は、 再帰、 ダ イ ナ ミ ッ ク メ モ リ 割 り 当て、 ダ イ ナ ミ ッ
ク なオブジ ェ ク ト の作成/削除な ど の特性を持たない同 じ 機能の ロ ーカル関数を作成 し ます。
SystemC の合成
Vivado HLS では、 ハー ド ウ ェ ア記述に使用 さ れ る C++ ク ラ ス ラ イ ブ ラ リ であ る SystemC (IEEE 規格 1666) がサポー
ト さ れます。 こ の ラ イ ブ ラ リ は、 www.systemc.org か ら 入手で き ます。
Vivado HLS では、 次がサポー ト さ れます。
•
SystemC バージ ョ ン 2.1
•
SystemC Synthesizable Subset ( ド ラ フ ト 1.3)
こ のセ ク シ ョ ン では、 Vivado HLS を使用 し て SystemC 関数を合成す る 際の詳細について説明 し ます。 こ こ に含ま れ
る 情報は、 前述の 「C の合成」 お よ び 「C++ の合成」 の章の情報に記載 さ れなかっ た も ので、 合成の基本的な コ ー ド
規則を理解す る には、 こ れ ら の章を理解 し てお く 必要があ り ます。
重要 : C お よ び C++ デザ イ ンの場合 と 同様、合成では最上位関数が C コ ンパ イ ルの最上位 sc_main() の下にあ る 必
要があ り ます。 sc_main() は合成では最上位関数にはで き ません。
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232
SystemC の合成
デザイ ンの記述
合 成 の 最 上 位 は、 SC_MODULE で あ る 必要 が あ り ま す。 SystemC コ ン ス ト ラ ク タ ー プ ロ セ ス の SC_METHOD 、
SC_CTHREAD お よ び SC_HAS_PROCESS を使用 し て記述 さ れ る 場合、ま たは SC_MODULES がほかの SC_MODULES 内
に イ ン ス タ ン シエー ト さ れ る 場合、 デザ イ ンは合成で き ます。
デザ イ ンの最上位の SC_MODULE はテ ンプ レー ト にはで き ません。 テ ンプ レー ト は下位モジ ュ ールでのみ使用で き ま
す。
モジ ュ ールの コ ン ス ト ラ ク タ ーでは、 モジ ュ ールの定義ま たは イ ン ス タ ン シエー ト し かで き ず、 機能を含め る こ と が
で き ません。
SC_MODULE は別の SC_MODULE 内には定義で き ません ( こ れ ら は後に示す方法で定義で き ます)。
SC_ MODULE の コ ー ド 例
こ のセ ク シ ョ ンでは、 SC_ MODULE の コ ー ド 例を示 し ます。
SC_ MODULE の例 1
モジ ュ ールが別のモジ ュ ール内で定義 さ れ る 場合 (SC_ MODULE の例 1)、 モジ ュ ールがネ ス ト さ れないバージ ョ ン
(SC_ MODULE の例 2) に変換す る 必要があ り ます。
SC_MODULE(nested1)
{
SC_MODULE(nested2)
{
sc_in<int> in0;
sc_out<int> out0;
SC_CTOR(nested2)
{
SC_METHOD(process);
sensitive<<in0;
}
void process()
{
int var =10;
out0.write(in0.read()+var);
}
};
sc_in<int> in0;
sc_out<int> out0;
nested2 nd;
SC_CTOR(nested1)
:nd(nested2)
{
nd.in0(in0);
nd.out0(out0);
}
};
例 3‐67 : SC_ MODULE の例 1
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233
SystemC の合成
SC_ MODULE の例 2
SC_MODULE(nested2)
{
sc_in<int> in0;
sc_out<int> out0;
SC_CTOR(nested2)
{
SC_METHOD(process);
sensitive<<in0;
}
void process()
{
int var =10;
out0.write(in0.read()+var);
}
};
SC_MODULE(nested1)
{
sc_in<int> in0;
sc_out<int> out0;
nested2 nd;
SC_CTOR(nested1)
:nd(nested2)
{
nd.in0(in0);
nd.out0(out0);
}
};
例 3‐68 : SC_ MODULE の例 2
SC_ MODULE の例 3
SC_MODULE は別の SC_MODULE か ら 派生 さ せ る こ と はで き ません。 次に例を示 し ます。
SC_MODULE(BASE)
{
sc_in<bool> clock; //clock input
sc_in<bool> reset;
SC_CTOR(BASE) {}
};
class DUT: public BASE
{
public:
sc_in<bool> start;
sc_in<sc_uint<8> > din;
…
};
例 3‐69 : SC_ MODULE の例 3
推奨 : モジ ュ ール コ ン ス ト ラ ク タ ーをモジ ュ ール内で定義 し ます。
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234
SystemC の合成
SC_ MODULE の例 4
次の SC_ MODULE の例 4 の よ う な場合は、 SC_ MODULE の例 5 に示す よ う に変換する 必要があ り ます。
SC_MODULE(dut) {
sc_in<int> in0;
sc_out<int>out0;
SC_HAS_PROCESS(dut);
dut(sc_module_name nm);
…
};
dut::dut(sc_module_name nm)
{
SC_METHOD(process);
sensitive<<in0;
}
例 3‐70 : SC_ MODULE の例 4
SC_ MODULE の例 5
SC_MODULE(dut) {
sc_in<int> in0;
sc_out<int>out0;
SC_HAS_PROCESS(dut);
dut(sc_module_name nm)
:sc_module(nm)
{
SC_METHOD(process);
sensitive<<in0;
}
…
};
例 3‐71 : SC_ MODULE の例 5
Vivado HLS では、 合成で SC_THREAD がサポー ト さ れません。
SC_METHOD の使用
例 3-72 は、 SC_METHOD を 使 用 し て 半加算器 を 記述 し た 小規模 な 組み合 わ せデ ザ イ ン の ヘ ッ ダ ー フ ァ イ ル
(sc_combo_method.h) を示 し てい ます。 最上位デザ イ ン名の sc_combo_method は SC_MODULE で指定 さ れてい
ます。
#include <systemc.h>
SC_MODULE(sc_combo_method){
//Ports
sc_in<sc_uint<1> > a,b;
sc_out<sc_uint<1> > sum,carry;
//Process Declaration
void half_adder();
//Constructor
SC_CTOR(sc_combo_method){
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235
SystemC の合成
//Process Registration
SC_METHOD(half_adder);
sensitive<<a<<b;
}
};
例 3‐72 : SystemC の組み合わせデザ イ ンのヘ ッ ダー フ ァ イ ル
デザ イ ン には、 a と b の 2 つのシ ン グル ビ ッ ト 入力ポー ト が含 ま れ ま す。 SC_METHOD は ど ち ら の入力ポー ト の ス
テー ト の変更に も 影響 さ れ、 half_adder 関数を実行 し ます。 half_adder 関数は sc_combo_method.cpp フ ァ
イ ルで指定 さ れ (例 3-73)、 出力ポー ト のキ ャ リ ー値を計算 し ます。
#include sc_combo_method.h
void sc_combo_method::half_adder(){
bool s,c;
s=a.read() ^ b.read();
c=a.read() & b.read();
sum.write(s);
carry.write(c);
#ifndef __SYNTHESIS__
cout << Sum is << a <<
sc_time_stamp() <<endl;
cout << Car is << a <<
sc_time_stamp() <<endl;
#endif
^
<< b <<
=
<< s << :<<
&
<< b <<
=
<< c << :<<
例 3‐73 : SystemC 組み合わせデザ イ ンの main 関数
例 3-73 は、 __SYNTHESIS__ マ ク ロ を使用 し て、 C シ ミ ュ レーシ ョ ン中に値を表示する ために使用 さ れ る cout 文が
合成 さ れない よ う にす る 方法を示 し てい ます。
SystemC 組み合わせデザイ ンのテ ス ト ベン チ
例 3-73 のテ ス ト ベンチは、 例 3-74 の よ う にな り ます。 こ のテ ス ト ベンチには、 Vivado HLS を使用す る 場合に必要な
重要属性が複数含ま れてい ます。
#ifdef __RTL_SIMULATION__
#include sc_combo_method_rtl_wrapper.h
#define sc_combo_method sc_combo_method_RTL_wrapper
#else
#include sc_combo_method.h
#endif
#include tb_init.h
#include tb_driver.h
int sc_main (int argc , char *argv[])
{
sc_report_handler::set_actions(/IEEE_Std_1666/deprecated, SC_DO_NOTHING);
sc_report_handler::set_actions( SC_ID_LOGIC_X_TO_BOOL_, SC_LOG);
sc_report_handler::set_actions( SC_ID_VECTOR_CONTAINS_LOGIC_VALUE_, SC_LOG);
sc_report_handler::set_actions( SC_ID_OBJECT_EXISTS_, SC_LOG);
sc_signal<bool>
s_reset;
sc_signal<sc_uint<1> >
s_a;
sc_signal<sc_uint<1> >
s_b;
sc_signal<sc_uint<1> >
s_sum;
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SystemC の合成
sc_signal<sc_uint<1> >
s_carry;
// Create a 10ns period clock signal
sc_clock s_clk(s_clk,10,SC_NS);
tb_init
U_tb_init(U_tb_init);
sc_combo_method
U_dut(U_dut);
tb_driver
U_tb_driver(U_tb_driver);
// Generate a clock and reset to drive the sim
U_tb_init.clk(s_clk);
U_tb_init.reset(s_reset);
// Connect the DUT
U_dut.a(s_a);
U_dut.b(s_b);
U_dut.sum(s_sum);
U_dut.carry(s_carry);
// Drive stimuli from dat* ports
// Capture results at out* ports
U_tb_driver.clk(s_clk);
U_tb_driver.reset(s_reset);
U_tb_driver.dat_a(s_a);
U_tb_driver.dat_b(s_b);
U_tb_driver.out_sum(s_sum);
U_tb_driver.out_carry(s_carry);
// Sim for 200
int end_time = 200;
cout << INFO:Simulating
<< endl;
// start simulation
sc_start(end_time, SC_NS);
if (U_tb_driver.retval != 0) {
printf(Test failed !!!\n);
} else {
printf(Test passed !\n);
}
return U_tb_driver.retval;
};
例 3‐74 : SystemC 組み合わせデザ イ ンのテ ス ト ベ ン チ
Vivado HLS の cosim_design 機能を使用 し て RTL シ ミ ュ レーシ ョ ン を実行す る には、 テ ス ト ベンチに例 3-74 の一
番上に示すマ ク ロ を含め る 必要があ り ます。 デザ イ ン に DUT と い う 名前が付いてい る 場合、 次を使用す る 必要があ
り ます。 DUT は実際のデザ イ ン名に置 き 換え ら れます。
#ifdef __RTL_SIMULATION__
#include DUT_rtl_wrapper.h
#define DUT DUT_RTL_wrapper
#else
#include DUT.h //Original unmodified code
#endif
デザ イ ン ヘ ッ ダー フ ァ イ ルが含まれ る テ ス ト ベンチに追加す る 必要があ り ます。 追加 し ない と 、 cosim_design の
RTL シ ミ ュ レーシ ョ ンでエ ラ ーが発生 し ます。
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SystemC の合成
推奨 : Vivado HLS で使用 さ れ る すべての SystemC テ ス ト ベンチ フ ァ イ ルに、 レ ポー ト ハン ド ラ ー関数 (例 3-74) を追
加す る 必要があ り ます。
sc_report_handler::set_actions(/IEEE_Std_1666/deprecated, SC_DO_NOTHING);
sc_report_handler::set_actions( SC_ID_LOGIC_X_TO_BOOL_, SC_LOG);
sc_report_handler::set_actions( SC_ID_VECTOR_CONTAINS_LOGIC_VALUE_, SC_LOG);
sc_report_handler::set_actions( SC_ID_OBJECT_EXISTS_, SC_LOG);
こ れ ら の設定に よ り 、 RTL シ ミ ュ レーシ ョ ン中に メ ッ セージが過多に表示 さ れ る こ と はな く な り ます。
こ れ ら の メ ッ セージの中で最 も 重要なのは、 次の警告文です。
Warning:(W212) sc_logic value 'X' cannot be converted to bool
合成済みデザ イ ン周辺に配置 さ れ る ア ダプ タ ーは、 未知の値 (X) で開始 さ れ ま す。 すべての SystemC 型で未知の値
(X) がサポー ト さ れ る わけではあ り ません。 こ の警告は、 未知の値 (X) が未知の値を サポー ト し ないデー タ 型に割 り
当て ら れた場合、 ス テ ィ ミ ュ ラ ス がテ ス ト ベンチか ら 適用 さ れ る 前な ど に表示 さ れますが、 通常は無視 し て も 問題あ
り ません。
例 3-74 のテ ス ト ベンチは、 最後に結果のチ ェ ッ ク を実行 し 、
結果が正 し い場合は値 0 を戻 し ます。 こ の場合、 結果は tb_driver 関数内で検証 さ れますが、 戻 り 値はチ ェ ッ ク さ
れた後、 最上位テ ス ト ベンチに戻 さ れます。
if (U_tb_driver.retval != 0) {
printf(Test failed !!!\n);
} else {
printf(Test passed !\n);
}
return U_tb_driver.retval;
SC_MODULES のイ ン ス タ ン シ エー ト
SC_MODULE の階層 イ ン ス タ ン シエーシ ョ ンは合成で き ます (例 3-75)例 3-75 では、 例 3-72 か ら の半加算器デザ イ ン
(sc_combo_method) の 2 つの イ ン ス タ ン ス が全加算器デザ イ ン を作成す る ために イ ン ス タ ン シエーシ ョ ン さ れてい
ます。
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SystemC の合成
#include <systemc.h>
#include sc_combo_method.h
SC_MODULE(sc_hier_inst){
//Ports
sc_in<sc_uint<1> > a, b, carry_in;
sc_out<sc_uint<1> > sum, carry_out;
//Variables
sc_signal<sc_uint<1> > carry1, sum_int, carry2;
//Process Declaration
void full_adder();
//Half-Adder Instances
sc_combo_methodU_1, U_2;
//Constructor
SC_CTOR(sc_hier_inst)
:U_1(U_1)
,U_2(U_2)
{
// Half-adder inst 1
U_1.a(a);
U_1.b(b);
U_1.sum(sum_int);
U_1.carry(carry1);
// Half-adder inst 2
U_2.a(sum_int);
U_2.b(carry_in);
U_2.sum(sum);
U_2.carry(carry2);
//Process Registration
SC_METHOD(full_adder);
sensitive<<carry1<<carry2;
}
};
例 3‐75 : SystemC 階層デザ イ ン 例
full_adder 関数は、 carry_out 信号の ロ ジ ッ ク を作成する ために使用 さ れてい ます (例 3-76)。
#include sc_hier_inst.h
void sc_hier_inst::full_adder(){
carry_out= carry1.read() | carry2.read();
}
例 3‐76 : SystemC の full_adder 関数
SC_CTHREAD の使用
コ ン ス ト ラ ク タ ー プ ロ セ ス の SC_CTHREAD は、 ク ロ ッ ク 付き プ ロ セ ス (ス レ ッ ド ) を記述する ために使用 さ れ、 シー
ケ ン シ ャ ル デザ イ ン を記述す る 主な方法です。 例 3-77 では、 シーケ ン シ ャ ル デザ イ ンの主な属性を示 し てい ます。
高位合成
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239
SystemC の合成
•
デー タ には関連す る ハン ド シ ェ イ ク 信号が含まれ る ので、 合成前後に同 じ テ ス ト ベンチを使用 し てデー タ が処理
さ れ る よ う にで き ます。
•
ク ロ ッ ク の SC_CTHREAD は、 関数が実行 さ れ る タ イ ミ ン グ を記述する ために使用 さ れます。
•
SC_CTHREAD では、 リ セ ッ ト 動作がサポー ト さ れます。
#include <systemc.h>
SC_MODULE(sc_sequ_cthread){
//Ports
sc_in <bool> clk;
sc_in <bool> reset;
sc_in <bool> start;
sc_in<sc_uint<16> > a;
sc_in<bool> en;
sc_out<sc_uint<16> > sum;
sc_out<bool> vld;
//Variables
sc_uint<16> acc;
//Process Declaration
void accum();
//Constructor
SC_CTOR(sc_sequ_cthread){
//Process Registration
SC_CTHREAD(accum,clk.pos());
reset_signal_is(reset,true);
}
};
例 3‐77 : SystemC の SC_CTHREAD
例 3-78 は accum 関数を示 し てい ます。 . こ の例では、 次を示 し てい ます。
•
コ ア記述プ ロ セ ス は、 無限の while() ループで、 中に wait() 文が含まれます。
•
変数の初期化は、 無限の while() ループ よ り も 前に実行 さ れます。 こ の コ ー ド は、 リ セ ッ ト が SC_CTHREAD で
認識 さ れ る と 実行 さ れます。
•
デー タ 読み出 し お よ び書 き 込みは、 ハン ド シ ェ イ ク プ ロ ト コ ルで確認 さ れます。
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240
SystemC の合成
#include sc_sequ_cthread.h
void sc_sequ_cthread::accum(){
//Initialization
acc=0;
sum.write(0);
vld.write(false);
wait();
// Process the data
while(true) {
// Wait for start
while (!start.read()) wait();
// Read if valid input available
if (en) {
acc = acc + a.read();
sum.write(acc);
vld.write(true);
} else {
vld.write(false);
}
wait();
}
}
例 3‐78 : SystemC の SC_CTHREAD 関数
複数ク ロ ッ クの合成
SystemC では、 C お よ び C++ 合成 と は異な り 、 複数 ク ロ ッ ク を使用す る デザ イ ンがサポー ト さ れます。 複数 ク ロ ッ ク
デザ イ ンでは、 各 ク ロ ッ ク に関連す る 機能が SC_CTHREAD で取 り 込まれ る 必要があ り ます。
例 3-79 は 2 つの ク ロ ッ ク (clock お よ び clock2) を含むデザ イ ン を示 し てい ます。
•
ク ロ ッ ク の 1 つは Prc1 関数を実行する SC_CTHREAD を ア ク テ ィ ベー ト す る ために使用 さ れます。
•
も う 1 つは Prc2 関数を実行す る SC_CTHREAD を ア ク テ ィ ベー ト す る ために使用 さ れます。
合成後は、 Prc1 関数に関連す る すべてのシーケ ン シ ャ ル ロ ジ ッ ク に clock が付き 、 clock2 は Prc2 関数のシーケ
ン シ ャ ル ロ ジ ッ ク すべて を駆動 し ます。
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241
SystemC の合成
#includesystemc.h
#includetlm.h
using namespace tlm;
SC_MODULE(sc_multi_clock)
{
//Ports
sc_in <bool> clock;
sc_in <bool> clock2;
sc_in <bool> reset;
sc_in <bool> start;
sc_out<bool> done;
sc_fifo_out<int> dout;
sc_fifo_in<int> din;
//Variables
int share_mem[100];
bool write_done;
//Process Declaration
void Prc1();
void Prc2();
//Constructor
SC_CTOR(sc_multi_clock)
{
//Process Registration
SC_CTHREAD(Prc1,clock.pos());
reset_signal_is(reset,true);
SC_CTHREAD(Prc2,clock2.pos());
reset_signal_is(reset,true);
}
};
例 3‐79 : SystemC の複数 ク ロ ッ ク デザ イ ン
通信チ ャ ネル
ス レ ッ ド 、 メ ソ ッ ド 、 モジ ュ ール (ス レ ッ ド お よ び メ ソ ッ ド を含む) 間の通信は、 チ ャ ネルを使用 し てのみ実行す る 必
要があ り ます。 ス レ ッ ド 間の通信には単純な変数は使用で き ません。
異な る プ ロ セ ス (ス レ ッ ド 、 メ ソ ッ ド ) 間の通信には sc_buffer ま たは sc_signal の使用をお勧め し ますが、 最初
の値の読み出 し 前に複数の値が書 き 込まれ る よ う な場合は、 sc_fifo お よ び tlm_fifo を使用で き ます。
sc_fifo お よ び tlm_fifo の場合、 合成では次の メ ソ ッ ド がサポー ト さ れます。
•
ノ ンブ ロ ッ キ ン グの読み出 し /書 き 込み
•
ブ ロ ッ キ ン グの読み出 し /書 き 込み
•
num_available()/num_free()
•
nb_can_put()/nb_can_get()
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242
SystemC の合成
最上位 SystemC ポー ト
SystemC デザ イ ン に含 ま れ る ポー ト は、 ソ ー ス コ ー ド で指定 さ れ ま す。 C お よ び C++ と 異な り 、 SystemC の場合、
Vivado HLS でサポー ト さ れ る メ モ リ イ ン タ ーフ ェ イ ス で し か イ ン タ ーフ ェ イ ス 合成 し か実行 さ れ ま せん。 詳細は、
177 ページの 「 イ ン タ ーフ ェ イ ス のア レ イ 」 を参照 し て く だ さ い。
最上位 イ ン タ ーフ ェ イ ス のポー ト は、 すべて次のいずれかの型を使用 し てい る 必要があ り ます。
•
sc_in_clk
•
sc_in
•
sc_out
•
sc_inout
•
sc_fifo_in
•
sc_fifo_out
•
ap_mem_if
サポー ト さ れ る メ モ リ イ ン タ ーフ ェ イ ス を除 き 、デザ イ ン と テ ス ト ベンチ間のすべてのハン ド シ ェ イ ク は SystemC 関
数で明示的に記述 し てお く 必要があ り ます。 サポー ト さ れ る メ モ リ イ ン タ ーフ ェ イ ス は、 次の と お り です。
•
sc_fifo_in
•
sc_fifo_out
•
ap_mem_if
Vivado HLS は、 タ イ ミ ン グ要件を満たすために必要であれば、 SystemC デザ イ ンに ク ロ ッ ク サ イ ク ルを追加す る こ
と があ り ます。 合成後の ク ロ ッ ク 数は異な る 可能性があ る ので、 SystemC デザ イ ン ではテ ス ト ベンチを使用 し てすべ
てのデー タ 転送にハン ド シ ェ イ ク 信号を付け る 必要があ り ます。
Vivado HLS では、 TLM 2.0 を使用 し た ト ラ ン ザ ク シ ョ ン レ ベルの記述お よ び イ ベン ト ベー ス の記述は合成ではサ
ポー ト さ れません。
SystemC のイ ン タ ー フ ェ イ ス合成
通常、 Vivado HLS では SystemC の イ ン タ ーフ ェ イ ス合成は実行 さ れませんが、 RAM お よ び FIFO ポー ト な ど の メ モ
リ イ ン タ ーフ ェ イ ス では イ ン タ ーフ ェ イ ス合成がサポー ト さ れ る こ と があ り ます。
RAM ポー ト の合成
C お よ び C++ の合成 と は異な り 、 Vivado HLS はア レ イ ポー ト を RTL の RAM には変換 し ません。 次の SystemC コ ー
ド の場合、Vivado HLS の指示子を使用 し て ア レ イ ポー ト を個々のエ レ メ ン ト にパーテ ィ シ ョ ンする 必要があ り ます。
こ う し ない と 、 こ の コ ー ド は合成で き ません。
SC_MODULE(dut)
{
sc_in<T> in0[N];
sc_out<T>out0[N];
…
SC_CTOR(dut)
{
…
}
};
例 3‐80 : RAM ポー ト の合成 コ ー ド 例
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243
SystemC の合成
こ れ ら のア レ イ を個々のエ レ メ ン ト にパーテ ィ シ ョ ンする 指示子は、 次の と お り です。
set_directive_array_partition dut in0 -type complete
set_directive_array_partition dut out0 -type complete
N が大き な数の場合は、 RTL イ ン タ ーフ ェ イ ス に多 く の ス カ ラ ー ポー ト が作成 さ れます。
例 3-81 は、RAM イ ン タ ーフ ェ イ ス が SystemC シ ミ ュ レーシ ョ ンで ど の よ う に記述 さ れ、Vivado HLS で完全に合成 さ
れ る か を示 し てい ます。 例 3-81 では、 ア レ イ が RAM ポー ト に合成可能な ap_mem_if 型に置 き 換え ら れてい ます。
•
ap_mem_port 型を使用す る には、 Vivado HLS イ ン ス ト ール デ ィ レ ク ト リ の include/ap_sysc デ ィ レ ク ト リ
にあ る ap_mem_if.h ヘ ッ ダー フ ァ イ ルを含め る 必要があ り ます。
°
•
Vivado HLS 環境では、 include/ap_sysc デ ィ レ ク ト リ が自動的に含まれます。
din お よ び dout のア レ イ は ap_mem_port 型に置 き 換え ら れてい ます。こ の フ ィ ール ド については例 3-81で説
明 し ます
#includesystemc.h
#include ap_mem_if.h
SC_MODULE(sc_RAM_port)
{
//Ports
sc_in <bool> clock;
sc_in <bool> reset;
sc_in <bool> start;
sc_out<bool> done;
//sc_out<int> dout[100];
//sc_in<int> din[100];
ap_mem_port<int, int, 100, RAM_2P> dout;
ap_mem_port<int, int, 100, RAM_2P> din;
//Variables
int share_mem[100];
sc_signal<bool> write_done;
//Process Declaration
void Prc1();
void Prc2();
//Constructor
SC_CTOR(sc_RAM_port)
: dout (dout),
din (din)
{
//Process Registration
SC_CTHREAD(Prc1,clock.pos());
reset_signal_is(reset,true);
SC_CTHREAD(Prc2,clock.pos());
reset_signal_is(reset,true);
}
};
例 3‐81 : SystemC の RAM イ ン タ ー フ ェ イ ス
高位合成
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244
SystemC の合成
ap_mem_port 型の フ ォーマ ッ ト は、 次の と お り です。
ap_mem_port (<data_type>, < address_type>, <number_of_elements>, <Mem_Target>)
•
data_type は格納 さ れたデー タ エ レ メ ン ト に使用 さ れ る デー タ 型です。 例 3-81 では、 こ れ ら は標準の int 型で
す。
•
address_type はア ド レ ス バ ス に使用 さ れ る デー タ 型です。 こ のデー タ 型には、 ア レ イ 内のすべてのエ レ メ ン
ト を ア ド レ ス指定す る のに十分なデー タ ビ ッ ト が含まれ る 必要があ り ます。 含まれない場合、 C シ ミ ュ レーシ ョ
ンでエ ラ ーにな り ます。
•
number_of_elements は記述 さ れ る ア レ イ に含まれ る エ レ メ ン ト 数を指定 し ます。
•
Mem_Target は、 こ のポー ト を接続す る メ モ リ を指定す る ので、 最終
能な タ ーゲ ッ ト の リ ス ト は、 表 3-6を参照 し て く だ さ い。
RTL の I/O ポー ト を決定 し ます。 使用可
表 3-6 の メ モ リ タ ーゲ ッ ト は、 合成で作成 さ れ る ポー ト と デザ イ ン内での操作の ス ケ ジ ュ ール方法に影響 し ます。 た
と えば、 デ ュ アル ポー ト RAM の場合、 次の よ う にな り ます。
•
I/O ポー ト 数はシ ン グル ポー ト RAM の 2 倍にな り ます。
•
内部操作が並列で実行 さ れ る よ う に ス ケ ジ ュ ールで き る こ と があ り ます
コ ー ド コ ン ス ト ラ ク ト で許容 さ れ る 場合のみ)。
( ループお よ びデー タ 依存性の よ う な
表 3‐6 : SystemC の ap_mem_port の メ モ リ タ ーゲ ッ ト
タ ーゲ ッ ト
RAM
説明
RAM_1P
シ ン グル ポー ト RAM
RAM_2P
デ ュ アル ポー ト RAM
RAM_T2P
入力お よ び出力の両方で読み出 し ポー ト と 書 き 込みポー ト の両方をサポー ト す る デ ュ アル ポー ト
RAM
ROM_1P
シ ン グル ポー ト ROM
ROM_2P
デ ュ アル ポー ト ROM
ap_mem_port が イ ン タ ーフ ェ イ ス で定義 さ れ る と 、 変数はほかのア レ イ と 同 じ 方法で コ ー ド か ら ア ク セ ス さ れ る よ
う にな り ます。
dout[i] = share_mem[i] + din[i];
例 3-81 をサポー ト す る テ ス ト ベンチは、例 3-82 の よ う にな り ます。ap_mem_port 型はテ ス ト ベンチの ap_mem_chn
型でサポー ト さ れ る 必要があ り ます。 ap_mem_chn 型は ap_mem_if.h ヘ ッ ダー フ ァ イ ルで定義 さ れ ます。 サポー
ト さ れ る フ ィ ール ド は、 ap_mem_port と 同 じ です。
SystemC の RAM イ ン タ ー フ ェ イ スのテ ス ト ベン チ
#ifdef __RTL_SIMULATION__
#include sc_RAM_port_rtl_wrapper.h
#define sc_RAM_port sc_RAM_port_RTL_wrapper
#else
#include sc_RAM_port.h
#endif
#include tb_init.h
#include tb_driver.h
#include ap_mem_if.h
int sc_main (int argc , char *argv[])
{
sc_report_handler::set_actions(/IEEE_Std_1666/deprecated, SC_DO_NOTHING);
sc_report_handler::set_actions( SC_ID_LOGIC_X_TO_BOOL_, SC_LOG);
sc_report_handler::set_actions( SC_ID_VECTOR_CONTAINS_LOGIC_VALUE_, SC_LOG);
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245
SystemC の合成
sc_report_handler::set_actions( SC_ID_OBJECT_EXISTS_, SC_LOG);
sc_signal<bool>
s_reset;
sc_signal<bool>
s_start;
sc_signal<bool>
s_done;
ap_mem_chn<int,int, 100, RAM_2P> dout;
ap_mem_chn<int,int, 100, RAM_2P> din;
// Create a 10ns period clock signal
sc_clock s_clk(s_clk,10,SC_NS);
tb_init
sc_RAM_port
tb_driver
U_tb_init(U_tb_init);
U_dut(U_dut);
U_tb_driver(U_tb_driver);
// Generate a clock and reset to drive the sim
U_tb_init.clk(s_clk);
U_tb_init.reset(s_reset);
U_tb_init.done(s_done);
U_tb_init.start(s_start);
// Connect the DUT
U_dut.clock(s_clk);
U_dut.reset(s_reset);
U_dut.done(s_done);
U_dut.start(s_start);
U_dut.dout(dout);
U_dut.din(din);
// Drive inputs and Capture outputs
U_tb_driver.clk(s_clk);
U_tb_driver.reset(s_reset);
U_tb_driver.start(s_start);
U_tb_driver.done(s_done);
U_tb_driver.dout(dout);
U_tb_driver.din(din);
// Sim
int end_time = 1100;
cout << INFO:Simulating
<< endl;
// start simulation
sc_start(end_time, SC_NS);
if (U_tb_driver.retval != 0) {
printf(Test failed !!!\n);
} else {
printf(Test passed !\n);
}
return U_tb_driver.retval;
};
例 3‐82 : SystemC の RAM イ ン タ ー フ ェ イ スのテ ス ト ベ ン チ
FIFO ポー ト の合成
最上位 イ ン タ ーフ ェ イ ス の FIFO ポー ト は、 標準 SystemC の sc_fifo_in お よ び sc_fifo_out ポー ト か ら 直接合
成で き ます。 例 3-83 は、 イ ン タ ーフ ェ イ ス で FIFO ポー ト を使用する 例を示 し てい ます。
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SystemC の合成
合成後、 各 FIFO ポー ト にはデー タ ポー ト お よ び次の よ う な関連す る FIFO 制御信号が含まれます。
•
入力には empty お よ び read ポー ト
•
出力には full お よ び write ポー ト
FIFO を使用す る と 、 デー タ 転送を同期す る のに必要なハン ド シ ェ イ ク が RTL テ ス ト ベンチに追加 さ れます。
#includesystemc.h
#includetlm.h
using namespace tlm;
SC_MODULE(sc_FIFO_port)
{
//Ports
sc_in <bool> clock;
sc_in <bool> reset;
sc_in <bool> start;
sc_out<bool> done;
sc_fifo_out<int> dout;
sc_fifo_in<int> din;
//Variables
int share_mem[100];
bool write_done;
//Process Declaration
void Prc1();
void Prc2();
//Constructor
SC_CTOR(sc_FIFO_port)
{
//Process Registration
SC_CTHREAD(Prc1,clock.pos());
reset_signal_is(reset,true);
SC_CTHREAD(Prc2,clock.pos());
reset_signal_is(reset,true);
}
};
例 3‐83 : SystemC の FIFO イ ン タ ー フ ェ イ ス
サポー ト さ れない SystemC コ ン ス ト ラ ク ト
モ ジ ュ ールおよび コ ン ス ト ラ ク タ ー
•
SC_MODULE は別の SC_MODULE 内にはネ ス ト で き ません。
•
SC_MODULE は別の SC_MODULE か ら は派生で き ません。
•
Vivado HLS では、 SC_THREAD がサポー ト さ れません。
•
ク ロ ッ ク 付 き バージ ョ ンの SC_CTHREAD はサポー ト さ れます。
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247
SystemC の合成
モ ジ ュ ールのイ ン ス タ ン シ エーシ ョ ン
SC_MODULE は new を使用 し て イ ン ス タ ン シエー ト で き ま せん。 「モジ ュ ールの イ ン ス タ ン シエーシ ョ ン の例 1」 の
コ ー ド (SC_MODULE(TOP) は 「モジ ュ ールの イ ン ス タ ン シエーシ ョ ンの例 2」 の よ う に変更する 必要があ り ます。
{
sc_in<T> din;
sc_out<T> dout;
M1 *t0;
SC_CTOR(TOP){
t0 = new M1(t0);
t0->din(din);
t0->dout(dout);
}
}
例 3‐84 : モ ジ ュ ールの イ ン ス タ ン シ エー シ ョ ン の例 1
SC_MODULE(TOP)
{
sc_in<T> din;
sc_out<T> dout;
M1 t0;
SC_CTOR(TOP)
: t0(“t0”)
{
t0.din(din);
t0.dout(dout);
}
}
例 3‐85 : モ ジ ュ ールの イ ン ス タ ン シ エー シ ョ ン の例 2
モ ジ ュ ールの コ ン ス ト ラ ク タ ー
モジ ュ ール コ ン ス ト ラ ク タ ー と 一緒に使用で き る のは name パ ラ メ ー タ ーのみです。デー タ 型 int の変数 temp には
次を渡す こ と がで き ません。 次に例を示 し ます。
SC_MODULE(dut) {
sc_in<int> in0;
sc_out<int>out0;
int var;
SC_HAS_PROCESS(dut);
dut(sc_module_name nm, int temp)
:sc_module(nm),var(temp)
{ …
}
};
例 3‐86 : モ ジ ュ ール コ ン ス ト ラ ク タ ーの コ ー ド 例
仮想関数
Vivado HLS では、 仮想関数がサポー ト さ れません。 た と えば、 次の コ ー ド は仮想関数を使用 し てい る ので、 合成で き
ません。
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248
SystemC の合成
SC_MODULE(DUT)
{
sc_in<int> in0;
sc_out<int>out0;
virtual int foo(int var1)
{
return var1+10;
}
void process()
{
int var=foo(in0.read());
out0.write(var);
}
…
};
例 3‐87 : 仮想関数の コ ー ド 例
最上位イ ン タ ー フ ェ イ ス ポー ト
Vivado HLS では sc_out ポー ト の読み出 し がサポー ト さ れません。 た と えば、 次の コ ー ド は、 out0 に読み出 し があ
る ため、 サポー ト さ れません。
SC_MODULE(DUT)
{
sc_in<T> in0;
sc_out<T>out0;
…
void process()
{
int var=in0.read()+out0.read();
out0.write(var);
}
};
例 3‐88 : 最上位 イ ン タ ー フ ェ イ ス ポー ト の コ ー ド 例
高位合成
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249
C ライブラ リ
C ライブラ リ
Vivado HLS の C ラ イ ブ ラ リ を使用す る と 、共通のハー ド ウ ェ ア デザ イ ン コ ン ス ト ラ ク ト を C で簡単に記述 し て RTL
に合成で き ます。
•
Vivado HLS の math ラ イ ブ ラ リ
250 ページの 「Vivado HLS の math ラ イ ブ ラ リ 」 (hls_math.h) には、 標準 C/C++ math.h ラ イ ブ ラ リ で最 も よ く
使用 さ れ る 関数の合成可能なバージ ョ ンが含まれてい ます。
•
Vivado HLS の video ラ イ ブ ラ リ
257 ページの 「Vivado HLS の video ラ イ ブ ラ リ 」 (hls_video.h) には、 ビデオ アルゴ リ ズ ムが C で さ ら に簡単
に取 り 込まれ る よ う にす る ビデオ デー タ 型 と ク ラ ス が含まれます。
Vivado HLS には、 C で簡単に記述 し て RTL に合成で き る よ う 、 共通のハー ド ウ ェ ア デザ イ ン構文を含む C ラ イ ブ ラ
リ が多 く 含まれてい ます。 こ のセ ク シ ョ ンでは次の C ラ イ ブ ラ リ について説明 し ます。
• hls_math.h ラ イ ブ ラ リ
• hls_video.h ラ イ ブ ラ リ
• hls_fft.h ラ イ ブ ラ リ
• hls_fir.h ラ イ ブ ラ リ
hls_math.h ラ イ ブ ラ リ には、 標準 C/C++ math.h ラ イ ブ ラ リ で最 も よ く 使用 さ れ る 関数の合成可能なバージ ョ ン
が含まれてい ます。
hls_video.h ラ イ ブ ラ リ には、 ビデオ アルゴ リ ズ ムが C で さ ら に簡単に取 り 込ま れ る よ う にす る ビデオ デー タ 型 と ク
ラ ス が含まれます。
hls_fft.h お よ び hls_fir.h ラ イ ブ ラ リ を使用す る と 、ザ イ リ ン ク ス FFT お よ び FIR IP ブ ロ ッ ク を C デザ イ ン内
で使用で き る よ う にな り ます。 こ れ ら の ラ イ ブ ラ リ には、 ザ イ リ ン ク ス IP と ま っ た く 同 じ 機能を持つ コ ン フ ィ ギ ュ
レーシ ョ ン可能な C 関数が含まれ、 RTL がザ イ リ ン ク ス IP ブ ロ ッ ク を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ る よ う にな っ て
い ます。
Vivado HLS の math ラ イ ブ ラ リ
Vivado HLS の math ラ イ ブ ラ リ (hls_math.h) は、 標準 C (math.h) お よ び C++ (cmath.h) ラ イ ブ ラ リ の浮動小数点
関数の合成をサポー ト す る ために提供 さ れてい ます。
251 ページの表 3-7 は、 合成 さ れ る math.h ま たは cmath.h の関数を リ ス ト し てい ます。 こ れ ら の関数の中には、 浮
動小数点 LogicCORE を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ る も の も あ り ます。 それ以外は、 hls_math.h ラ イ ブ ラ リ を使
用 し 、 ビ ッ ト 概算 イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
•
ビ ッ ト 概算 イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンには、 標準動作 と 同 じ 精度はあ り ません。 精度はほ と ん ど の動作範囲で通常
1 ULP (Unit in the Last Place) 以内にな り ますが、 100 ULP ま でにな る 可能性 も あ り ます。
•
ULP は、 浮動小数点が どれだけ正確か を計測す る 単位です。 ULP が 1 の場合、 結果が最終的な 2 進数ビ ッ ト での
演算 さ れた正確な回答 と は異な る 可能性があ り ます。 次に注意 し て く だ さ い。
•
°
浮動小数点の数値を使用す る と 、 最終的な 2 進数ビ ッ ト は値 1 ま たは 0 にな ら ず、 正確な値は指数の値に
よ っ て異な り ます。
°
通常 1 ULP は、 相対的なエ ラ ーがかな り 少ない こ と を意味 し ます。
ビ ッ ト 概算 イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンでは、 C/C++ バージ ョ ン と は異な る 下位アルゴ リ ズ ム を使用 し て結果が達成
さ れ る こ と があ り ます。
高位合成
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250
C ライブラ リ
表 3-7 に リ ス ト さ れていない math.h ま たは cmath.h ラ イ ブ ラ リ の関数は合成で き ません。 こ の場合、 エ ラ ー メ ッ
セージが表示 さ れて Vivado HLS が停止 し ます。
hls_math.h ラ イ ブ ラ リ は、 合成が実行 さ れ る と Vivado HLS か ら 呼び出 さ れます。 オプシ ョ ン で ソ ース に含め る こ
と も で き ます。 hls_math.h ラ イ ブ ラ リ を含めた場合 と 含めない場合の違いは、 C シ ミ ュ レーシ ョ ン結果に表れま
す。 こ れについては、 こ のセ ク シ ョ ンの後半で説明 し ます。
•
表 3-7 の浮動小数点 C 関数の場合、 その関数の倍精度バージ ョ ンはあ り ません。 サポー ト については表 3-7 で
「該当な し 」 と 記載 さ れてい ます。
•
精度 (ULP) の列には、 演算子入力値の範囲全体での最小か ら 最大の精度の差異が リ ス ト さ れてい ます。
表 3‐7 : math.h ‐ ビ ッ ト 概算のサポー ト さ れる関数
関数
浮動小数点
倍精度
精度 (ULP)
イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン形
式
abs
サポー ト あ り
サポー ト あ り
正確
合成済み
atanf
サポー ト あ り
該当な し
2
合成済み
ceil
サポー ト あ り
サポー ト あ り
正確
合成済み
ceilf
サポー ト あ り
該当な し
正確
合成済み
copysign
サポー ト あ り
サポー ト あ り
正確
合成済み
copysignf
サポー ト あ り
該当な し
正確
合成済み
cos
サポー ト あ り
サポー ト あ り
10
合成済み
cosf
サポー ト あ り
該当な し
1
合成済み
coshf
サポー ト あ り
該当な し
4
合成済み
exp
サポー ト あ り
サポー ト あ り
正確
LogiCore
expf
サポー ト あ り
該当な し
正確
LogiCore
fabs
サポー ト あ り
サポー ト あ り
正確
合成済み
fabsf
サポー ト あ り
該当な し
正確
合成済み
floorf
サポー ト あ り
該当な し
正確
合成済み
fmax
サポー ト あ り
サポー ト あ り
正確
合成済み
fmin
サポー ト あ り
サポー ト あ り
正確
合成済み
logf
サポー ト あ り
該当な し
1
合成済み
floor
サポー ト あ り
サポー ト あ り
正確
合成済み
fpclassify
サポー ト あ り
サポー ト あ り
正確
合成済み
isfinite
サポー ト あ り
サポー ト あ り
正確
合成済み
isinf
サポー ト あ り
サポー ト あ り
正確
合成済み
isnan
サポー ト あ り
サポー ト あ り
正確
合成済み
isnormal
サポー ト あ り
サポー ト あ り
正確
合成済み
log
サポー ト あ り
サポー ト あ り
浮動小数点の場合
は 1、 倍精度の場
合は 16
合成済み
log10
サポー ト あ り
サポー ト あ り
浮動小数点の場合
は 2、 倍精度の場
合は 3
合成済み
modf
サポー ト あ り
サポー ト あ り
正確
合成済み
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表 3‐7 : math.h ‐ ビ ッ ト 概算のサポー ト さ れる関数 (続き)
関数
浮動小数点
倍精度
精度 (ULP)
イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン形
式
modff
サポー ト あ り
該当な し
正確
合成済み
1/x (逆数)
サポー ト あ り
サポー ト あ り
正確
LogiCORE IP
recip
サポー ト あ り
サポー ト あ り
1
合成済み
recipf
サポー ト あ り
該当な し
1
合成済み
round
サポー ト あ り
サポー ト あ り
正確
合成済み
rsqrt
サポー ト あ り
サポー ト あ り
1
合成済み
rsqrtf
サポー ト あ り
該当な し
1
合成済み
1/sqrt (逆数 sqrt)
サポー ト あ り
サポー ト あ り
正確
LogiCORE IP
signbit
サポー ト あ り
サポー ト あ り
正確
合成済み
sin
サポー ト あ り
サポー ト あ り
10
合成済み
sincos
サポー ト あ り
サポー ト あ り
浮動小数点の場合
は 1、 倍精度の場
合は 5
合成済み
sincosf
サポー ト あ り
該当な し
1
合成済み
sinf
サポー ト あ り
該当な し
1
合成済み
sinhf
サポー ト あ り
該当な し
6
合成済み
sqrt
サポー ト あ り
サポー ト あ り
正確
LogiCORE IP
tan
サポー ト あ り
サポー ト あ り
20
合成済み
tanf
サポー ト あ り
該当な し
3
合成済み
trunc
サポー ト あ り
サポー ト あ り
正確
合成済み
表 3-7 に含まれ る 次の 7 つの関数を コ ンパ イ ルす る ために使用 さ れ る C 標準に よ っ て、 結果は異な り ます。
•
copysign
•
fpclassify
•
isinf
•
isfinite
•
isnan
•
isnormal
•
signbit
C90 モー ド
isinf、 isnan、 お よ び copysign だけは、 通常シ ス テ ム ヘ ッ ダー フ ァ イ ルで提供 さ れ、 倍精度で動作 し ます。 特
に copysign は常に倍精度の結果を戻 し ます。 こ れに よ り 、 浮動小数点を戻 さ なければいけない場合、 double-to-float
変換ブ ロ ッ ク がハー ド ウ ェ アに導入 さ れ る ので、 合成後で予想外の結果にな っ て し ま う こ と があ り ます。
C99 モー ド (‐std=c99)
7 つの関数はすべて、シ ス テ ム ヘ ッ ダー フ ァ イ ルに よ り __isnan(double) お よ び __isnan(float) に リ ダ イ レ
ク ト さ れ る と い う 予測の元提供 さ れてい ます。 通常の GCC フ ァ イ ルは isnormal を リ ダ イ レ ク ト は し ませんが、 そ
れを fpclassify を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト し ます。
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math.h を使用 し た C++
7 つの関数はすべて、 通常シ ス テ ム ヘ ッ ダー フ ァ イ ルで提供 さ れ、 倍精度で動作 し ます。
copysign は常に倍精度の結果を戻 し ます。 こ れに よ り 、 浮動小数点を戻 さ なければいけない場合、 double-to-float 変
換ブ ロ ッ ク がハー ド ウ ェ アに導入 さ れ る ので、 合成後で予想外の結果にな っ て し ま う こ と があ り ます。
cmath を使用 し た C++
C99 モー ド (-std=c99) と 同様ですが、 次の点が異な り ます。
°
シ ス テ ム ヘ ッ ダー フ ァ イ ルは通常異な り ます。
°
関数は、 次の場合適切にオーバー ロ ー ド さ れます。
-
float()snan(double)
-
isinf(double)
copysign お よ び copysignf は 「using namespace std;」 の場合で も ビル ト イ ン と し て処理 さ れます。
cmath お よ び namespace std を使用 し た C++
問題な し 。 最適な結果 と な る ので、 次の使用をお勧め し ます。
•
C の場合は -std=c99
•
C お よ び C++ の場合は -fno-builtin
シ ミ ュ レーシ ョ ンの違い
シ ミ ュ レーシ ョ ンの結果は、 複数の要因に よ っ て異な り ます。
•
演算が LogiCORE を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ る よ う な場合はすべて、C シ ミ ュ レーシ ョ ン と RTL シ ミ ュ レー
シ ョ ンの結果は同 じ にな り ます。
•
math.h お よ び cmath.h ラ イ ブ ラ リ が使用 さ れ る 場合、RTL シ ミ ュ レーシ ョ ンの結果は表 2-3 の C シ ミ ュ レー
シ ョ ンの結果 と は精度 (ULP) が違 う ので異な り ます。
•
hls_math.h ラ イ ブ ラ リ が C コ ー ド に含まれ る と 、 C シ ミ ュ レーシ ョ ン と RTL シ ミ ュ レーシ ョ ンはすべての場
合で一致 し ます。 ま た、 math.h お よ び cmath.h ラ イ ブ ラ リ が コ ー ド に含まれた ま ま で も 、 Vivado HLS イ ン ス
ト ール デ ィ レ ク ト リ (src デ ィ レ ク ト リ ) か ら lib_hlsm.cpp フ ァ イ ルをプ ロ ジ ェ ク ト に追加す る と 、同 じ 結果
にな り ます。
こ れについては、 表 3-8 に ま と めてい ます。
表 3‐8 : シ ミ ュ レーシ ョ ン結果の違い
hls_math.h
math.h または cmath.h
math.h または cmath.h (lib_hls.cpp 含
有)
C 検証
結果 A
結果 C
結果 C
RTL シ ミ ュ レ ー
ション
結果 B
結果 C
結果 C
例 3-89 は、 次の関数を使用 し た C++ デザ イ ン を示 し てい ます。
•
sinf
•
cosf
•
sqrtf
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C ライブラ リ
例 3-89 は、 Vivado HLS でのデザ イ ンの合成方法 と その合成前 と 合成後の結果が どれ く ら い違 う か を示 し てい ます。
#include cpp_math.h
data_t cpp_math(data_t angle) {
data_t s = sinf(angle);
data_t c = cosf(angle);
return sqrtf(s*s+c*c);
}
例 3‐89 : コ ー ド 例
ヘ ッ ダー フ ァ イ ル cpp_math.h には、 次が含まれます。
•
cmath ラ イ ブ ラ リ の呼び出 し
注記 : math.h は C で使用
•
標準の名前空間 (namespace) の使用
•
デー タ 型 data_t を float 型 と し て定義
#include <cmath>
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <cstdlib>
using namespace std;
typedef float data_t;
data_t cpp_math(data_t angle);
例 3‐90 : コ ー ド 例
テ ス ト ベンチでは、 結果が合成前シ ミ ュ レーシ ョ ン で検証 さ れ ますが、 エ ラ ーは合成後の RTL シ ミ ュ レーシ ョ ン で
を戻 さ れます。 詳細は、 256 ページの 「 よ く あ る 合成エ ラ ー」 を参照 し て く だ さ い。
#include cpp_math.h
int main() {
ofstream result;
data_t angle = 0.01;
data_t output;
int retval=0;
result.open(result.dat);
// Persistent manipulators
result << right << fixed << setbase(10) << setprecision(15);
for (data_t i = 0; i <= 250; i++)
{
output = cpp_math(angle);
result
result
result
result
<<
<<
<<
<<
setw(10) << i;
setw(20) << angle;
setw(20) << output;
endl;
angle = angle + .1;
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C ライブラ リ
}
result.close();
// Compare the results file with the golden results
retval = system(diff --brief -w result.dat result.golden.dat);
if (retval != 0) {
printf(Test failed !!!\n);
retval=1;
} else {
printf(Test passed !\n);
}
// Return 0 if the test passes
return retval;
}
例 3‐91 : コ ー ド 例
テ ス ト ベンチは result.dat の出力結果 と result.golden.dat の予測 さ れ る デー タ 値を比較 し ます。
合成後、 math.h 関数の RTL イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ンはその関数の ビ ッ ト 概算バージ ョ ン なので、 RTL シ ミ ュ レー
シ ョ ンで出力 さ れ る result.dat フ ァ イ ルは予測 さ れ る 結果 と は異な る 可能性があ り ます。
Vivado HLS は次のプ ロ ジ ェ ク ト 下位 デ ィ レ ク ト リ の RTL シ ミ ュ レーシ ョ ン を実行 し ます。
<SOLUTION>/sim/<HDL>
説明 :
•
SOLUTION は ソ リ ュ ーシ ョ ンの名前
•
HDL は RTL シ ミ ュ レーシ ョ ン用に選択 さ れた HDL の タ イ プ
た と えば、 プ ロ ジ ェ ク ト を次の よ う に設定 し た と し ます。
•
プ ロ ジ ェ ク ト 名は proj_cpp_math.prj
•
ソ リ ュ ーシ ョ ンは solution1
•
RTL は systemc を使用 し てシ ミ ュ レーシ ョ ン
RTL シ ミ ュ レーシ ョ ンの出力は proj_cpp_math.prj/solution1/sim/ systemc/results.dat フ ァ イ ルに保
存
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C ライブラ リ
図 3-8は、 合成前の result.dat フ ァ イ ル と 合成後の RTL の result.dat フ ァ イ ルの比較を示 し てい ます。 出力値
は 3 列目に表示 さ れてい ます。
X-Ref Target - Figure 3-8
図 3‐8 : 合成前後のシ ミ ュ レーシ ョ ンの違い
こ の こ のアルゴ リ ズ ム と テ ス ト ベンチでは、 合成前の合成後のシ ミ ュ レーシ ョ ン結果は小数点分異な り ます。 こ れ ら
の小数点部分を最終 RTL イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンで使用す る か ど う かは、 ユーザーが決定す る 必要があ り ます。
こ れ ら の違いを処理す る のに推奨 さ れ る フ ロ ーは、 結果をチ ェ ッ ク し てエ ラ ーの許容範囲内に収ま る か ど う か を確認
す る テ ス ト ベンチを使用す る フ ロ ーです。
•
math.h お よ び cmath.h ラ イ ブ ラ リ を ( こ の例の場合の よ う に) 使用す る 場合は、 精度の違いが許容範囲か ど う
か を確認 し ます。
•
ま たは、 hls_math.h を使用す る よ う に関数を変換 し 、 こ れ ら の結果 と math.h ま たは cmath.h を使用 し た場合の
結果 と の相違点を確認 し ます。
浮動小数点お よ び倍精度の演算お よ び関数を使用す る 場合は、 範囲を使用 し て結果を確認す る こ と をお勧め し ます。
結果を絶対比較す る と エ ラ ーにな る こ と が よ く あ り ます。同様の (ま っ た く 同 じ ではない) 方法で計算 し た 2 セ ッ ト の
結果を C コ ー ド で比較 し た場合です ら 、 エ ラ ーにな る こ と があ り ます。
よ く あ る合成エ ラ ー
次は math 関数を合成す る 際に よ く 発生する 使用エ ラ ーです。 こ れ ら は math 関数の合成の利点を生かすために、 C 関
数を C++ 関数へ変換 し た場合に よ く 発生 し ます。
C++ の cmath.h
C++ の cmath.h ヘ ッ ダー フ ァ イ ルが使用 さ れ る と 、 浮動小数点関数 (sinf お よ び cosf な ど) が使用で き ます。 こ
れ ら はハー ド ウ ェ アで 32 ビ ッ ト 演算にな り ま す。 cmath.h ヘ ッ ダー フ ァ イ ルは標準関数 (sin、 cos な ど) も オー
バー ロ ー ド す る ので、 float お よ び double 型に も 使用で き ます。
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C ライブラ リ
C の math.h
C の math.h ラ イ ブ ラ リ が使用 さ れ る 場合は、32 ビ ッ ト の浮動小数点演算を合成す る ために、浮動小数点関数 (sinf、
cosf な ど) が必要です。 すべての標準関数呼び出 し (sin、 cos な ど) は合成 さ れ る と 倍精度お よ び 64 ビ ッ ト の倍精
度演算にな り ます。
注意
math.h サポー ト の利点 を生かすために C 関数 を C++ に変換す る 場合は、 Vivado HLS で合成す る 前に新 し い C++
コ ー ド が正 し く コ ンパ イ ル さ れ る よ う にす る 必要があ り ます。 た と えば、 sqrtf() が math.h と 一緒に コ ー ド で使
用 さ れ る 場合は、 それをサポー ト す る ために次の コ ー ド を C++ コ ー ド に追加す る 必要があ り ます。
C float sqrtf(float);
183 ページの 「float お よ び double 型」 に示 し た よ う に、 double お よ び float 型の混合に関す る 警告 メ ッ セージに従っ
て、 型変換に よ っ て不必要なハー ド ウ ェ アが作成 さ れない よ う に し ます。
Vivado HLS の video ラ イ ブ ラ リ
Vivado HLS ビデオ ラ イ ブ ラ リ には、hls_video.h ヘ ッ ダー フ ァ イ ルを使用する 必要があ り ます。こ のヘ ッ ダー フ ァ
イ ルには、 Vivado HLS で提供 さ れ る すべての イ メ ージお よ びビデオ プ ロ セ ス専用の ビデオ型お よ び関数が含ま れま
す。
Vivado HLS video ラ イ ブ ラ リ を使用す る 場合、 次の要件 も 満た し てい る 必要があ り ます。
•
デザ イ ンが C++ で記述 さ れて hls namespace が使用 さ れてい る 必要があ り ます。
#include <hls_video.h>
hls::rgb_8 video_data[1920][1080]
ま たは
•
型お よ び ク ラ ス が ス コ ープ付 き の名前を使用 し てい る 必要があ り ます。
#include <hls_video.h>
using namespace hls;
rgb_8 video_data[1920][1080]
video ラ イ ブ ラ リ には、 ビデオ デザ イ ン を C++ で記述す る のに役立つ関数が複数含まれ ます。 こ のセ ク シ ョ ン では、
次の点について説明 し ます。
•
デー タ 型
•
メ モ リ ラ イ ン バッ フ ァー
•
メモリ ウ ィンドウ
•
ビデオ関数
デー タ 型
ラ イ ブ ラ リ には、 次のデー タ 型が含まれます。 すべてのデー タ 型で 8 ビ ッ ト デー タ のみがサポー ト さ れます。
表 3‐9 : ビデオ デー タ 型
デー タ 型名
フ ィ ール ド 0 (8 ビ ッ ト ) フ ィ ール ド 1 (8 ビ ッ ト ) フ ィ ール ド 2 (8 ビ ッ ト ) フ ィ ール ド 3 (8 ビ ッ ト )
yuv422_8
Y
UV
使用な し
使用な し
yuv444_8
Y
U
V
使用な し
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C ライブラ リ
表 3‐9 : ビデオ デー タ 型
デー タ 型名
フ ィ ール ド 0 (8 ビ ッ ト ) フ ィ ール ド 1 (8 ビ ッ ト ) フ ィ ール ド 2 (8 ビ ッ ト ) フ ィ ール ド 3 (8 ビ ッ ト )
rgb_8
G
B
R
使用な し
yuva422_8
Y
UV
a
使用な し
yuva444_8
Y
U
V
a
rgba_8
G
B
R
a
yuva420_8
Y
aUV
使用な し
使用な し
yuvd422_8
U
UV
D
使用な し
yuvd444_8
Y
U
V
D
rgbd_8
G
B
R
D
bayer_8
RGB
使用な し
使用な し
使用な し
luma_8
Y
使用な し
使用な し
使用な し
C コー ド例
hls_video.h ラ イ ブ ラ リ が含まれ、 hls namespace が定義 さ れ る と 、 例 3-5 165 ページの 「テ ス ト ベンチお よ び最上
位デザ イ ン」 に リ ス ト さ れ る デー タ 型を自由に使用で き る よ う にな り ます。
#include <hls_video.h>
using namespace hls;
rgb_8 video_data[1920][1080]
例 3‐92 : コ ー ド 例
メ モリ ラ イン バッ フ ァー
linebuffer ク ラ ス は、 ユーザーのアルゴ リ ズ ム コ ー ド 内で ラ イ ン バ ッ フ ァ ーを簡単に宣言お よ び管理可能にす る C++
ク ラ ス です。 こ の ク ラ ス には、 ラ イ ン バ ッ フ ァ を イ ン ス タ ン シエー ト お よ び操作す る ために必要な メ ソ ッ ド がすべて
含まれます。 linebuffer ク ラ ス は、 すべてのデー タ 型で使用で き ます。
linebuffer ク ラ ス の主な機能は、 次の と お り です。
•
パ ラ メ ー タ ー指定に よ る すべてのデー タ 型のサポー ト
•
ユーザー定義の行数お よ び列数
•
メ モ リ のバン ド 幅を増加す る ために行を別々の メ モ リ バン ク へ自動的にバン キ ン グ
•
アルゴ リ ズ ム デザ イ ンの ラ イ ン バ ッ フ ァ ーの使用お よ びデバ ッ グ をす る メ ソ ッ ド すべて を提供
linebuffer ク ラ ス には、 次の メ ソ ッ ド が含まれます。
•
print()
•
shift_up();
•
shift_down()
•
insert_bottom()
•
insert_top()
•
getval(row,column)
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C ライブラ リ
linebuffer の使用方法を説明す る ため、 すべての例の最初に次のデー タ セ ッ ト が使用 さ れます。
表 3‐10 : linebuffer 例のデー タ セ ッ ト
列0
列1
列2
列3
列4
行2
1
2
3
4
5
行1
6
7
8
9
10
行0
11
12
13
14
15
ラ イ バ ッ フ ァ ーの宣言
ラ イ ン バ ッ フ ァ ーは、 次のデー タ 型を使用 し て アルゴ リ ズ ムに イ ン ス タ ン シエー ト で き ます。
hls::linebuffer<type, rows, columns>
表 3-10 のデー タ を保持す る ラ イ ン バ ッ フ ァ ーは、 次の よ う に宣言で き ます。
hls::linebuffer<char,3,5> Buff_A;
ラ イ ン バ ッ フ ァ ーの内容の表示
linebuffer ク ラ ス には、 ラ イ ン バ ッ フ ァ ーに格納 さ れ る デー タ を表示す る ために print メ ソ ッ ド が含まれます。 ラ イ ン
バ ッ フ ァ ーには多数の列を含め る こ と がで き る ので、 print メ ソ ッ ド を使用する と 、 開始列値か ら 終了列値ま でのすべ
ての行が表示 さ れます。
次に例を示 し ます。
Buff_A.print(1,3);
こ れは次の よ う にな り ます。
行 2 :234
行 1 :789
行 0 :121314
ラ イ ン バ ッ フ ァ ーでのデー タ の挿入 と シ フ ト
linebuffer ク ラ ス では、 ラ イ ン バ ッ フ ァ ーを イ ン ス タ ン シエー ト す る ブ ロ ッ ク に入力 さ れ る デー タ は、 ラ ス タ ー走査
順に並び替え ら れ る ので、 新 し いデー タ がそれぞれ前のデー タ と は別の列に格納 さ れます。
新 し い値を挿入す る 場合は、 前の有限数値は列に保存 さ れた状態の ま ま で、 その列の行間の垂直シ フ ト が必要にな り
ます。 シ フ ト が終了 し た ら 、 新 し いデー タ 値は列の最上部ま たは最下部のいずれかに挿入で き ます。
た と えば、 値 100 を ラ イ ン バ ッ フ ァ ーの列 2 の最上部に挿入す る には、 次のいずれかの方法を使用 し ます。
Buff_A.shift_down(2);
Buff_A.insert_top(100,2);
こ れに よ り 、 表 3-11 に示す よ う な新 し いデー タ セ ッ ト にな り ます。
表 3‐11 : shift_down お よび insert_top を使用 し た後のデー タ セ ッ ト
列0
列1
列2
列3
列4
行2
1
2
100
4
5
行1
6
7
3
9
10
行0
11
12
8
14
15
値 100 を ラ イ ン バ ッ フ ァ ー セ ッ ト (表 3-10) の列 2 の最下部に挿入する には、 次を使用 し ます。
高位合成
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C ライブラ リ
Buff_A.shift_up(2);
Buff_A.insert_bottom(100,2);
こ れに よ り 、 表 3-12 に示す よ う な新 し いデー タ セ ッ ト にな り ます。
表 3‐12 : shift_up および insert_bottom を使用 し た後のデー タ セ ッ ト
列0
列1
列2
列3
列4
行2
1
2
8
4
5
行1
6
7
13
9
10
行0
11
12
100
14
15
shift メ ソ ッ ド と insert メ ソ ッ ド の ど ち ら も 処理する 列の値を必要 と し ます。
デー タ の取得
linebuffer イ ン ス タ ン ス で格納 さ れた値はすべて getval(row,column) メ ソ ッ ド で取 り 出す こ と がで き ます。 こ の
メ ソ ッ ド では、 ラ イ ン バ ッ フ ァ ー内の ど の位置の値で も 戻す こ と がで き ます。 た と えば、 次の場合、 変数 Value に
値 9 が代入 さ れます。
Value = Buff_A.getval(1,3);
メモリ ウィ ンドウ
ウ ィ ン ド ウ C++ ク ラ ス を使用す る と 、 2 次元の メ モ リ ウ ィ ン ド ウ を宣言お よ び管理で き ま す。 こ の ク ラ ス の主な機
能は、 次の と お り です。
•
パ ラ メ ー タ ー指定に よ る すべてのデー タ 型のサポー ト
•
ユーザー定義の行数お よ び列数
•
最大バン ド 幅のため、 個別レ ジ ス タ ーへの自動パーテ ィ シ ョ ン
•
メ モ リ ウ ィ ン ド ウ を使用お よ びデバ ッ グする メ ソ ッ ド すべて を提供
メ モ リ ウ ィ ン ド ウ ク ラ ス は、 次の メ ソ ッ ド でサポー ト さ れます。
•
print()
•
shift_up();
•
shift_down()
•
shift_left()
•
shift_right()
•
insert(value,row,column)
•
insert_bottom()
•
insert_top()
•
insert_left()
•
insert_right()
•
getval(row, column)
高位合成
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260
C ライブラ リ
メ モ リ ウ ィ ン ド ウ の使用方法を説明す る ため、 すべての例の最初に次のデー タ セ ッ ト が使用 さ れます。
表 3‐13 : メ モ リ ウ ィ ン ド ウ例のデー タ セ ッ ト
列0
列1
列2
行2
1
2
3
行1
6
7
8
行0
11
12
13
メ モ リ ウ ィ ン ド ウの宣言
メ モ リ ウ ィ ン ド ウ は、 次のデー タ 型を使用 し て アルゴ リ ズ ムに イ ン ス タ ン シエー ト で き ます。
hls::window<type, rows, columns>
デー タ を保持す る メ モ リ ウ ィ ン ド ウ は次の よ う に宣言で き ます。
hls::window<char,3,3> Buff_B;
メ モ リ ウ ィ ン ド ウの内容の表示
window ク ラ ス には、 メ モ リ ウ ィ ン ド ウ の内容を表示す る ために、 print メ ソ ッ ド が含まれます。 デフ ォ ル ト では、 こ
の メ ソ ッ ド は ウ ィ ン ド ウ内に格納 さ れ る すべての値を表示 し ます。 次はその例です。
Buff_B.print();
こ れは次の よ う にな り ます。
Window Size3x3
Col012
Row 2123
Row 1678
Row 0111213
すべての window ク ラ ス イ ン ス タ ン シエーシ ョ ンで row 0 は メ モ リ ウ ィ ン ド ウ の最下部にな る と 仮定 さ れます。
メ モ リ ウ ィ ン ド ウでのデー タ のシ フ ト
window ク ラ ス には、 メ モ リ ウ ィ ン ド ウ内に格納 さ れたデー タ を上下左右に移動する メ ソ ッ ド が含まれます。 こ れ ら
のシ フ ト 操作に よ り 、 新 し いデー タ 用に メ モ リ ウ ィ ン ド ウ内の スペース を空け る こ と がで き ます。
表 4-9 のデー タ セ ッ ト か ら 開始す る と し て、 次を実行 し た と し ます。
Buff_B.shift_up();
Buff_B.print();
こ れは、 次の結果にな り ます。
Window Size3x3
Col0 1 2
Row 267 8
Row 1111213
Row 0New dataNew dataNew data
同様に、 表 3-13 のデー タ セ ッ ト か ら 開始する と し て、 次を実行 し た と し ます。
Buff_B.shift_down();
Buff_B.print();
こ れは、 次の結果にな り ます。
高位合成
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261
C ライブラ リ
Window Size3x3
Col 0 1 2
Row 2New dataNew dataNew data
Row 11 2 3
Row 06 7 8
ま た、 次を実行 し た と し ます。
Buff_B.shift_left();
Buff_B.print();
デー タ が左にシ フ ト さ れて、 次の よ う にな り ます。
Window Size3x3
Col012
Row 223New data
Row 178New data
Row 01213New data
最後に次を実行 し た と し ます。
Buff_B.shift_right();
Buff_B.print();
こ の結果、 次の よ う にな り ます。
Window Size3x3
Col0 1 2
Row 2New data12
Row 1New data67
Row 0New data1112
メ モ リ ウ ィ ン ド ウのデー タ の挿入および取得
window ク ラ ス を使用す る と 、 メ モ リ ウ ィ ン ド ウ 内にデー タ を挿入 し た り 、 デー タ を取得 し た り で き ま す。 メ モ リ
ウ ィ ン ド ウ の境界上にデー タ のブ ロ ッ ク 挿入をす る こ と も で き ます。
デー タ を メ モ リ ウ ィ ン ド ウ のいずれかの位置に挿入する には、 次を使用 し ます。
insert(value,row,column
た と えば、 値 100 は次を実行す る と メ モ リ ウ ィ ン ド ウ の行 1 列 1 に挿入で き ます。
Buff_B.insert(100,1,1);
Buff_B.print();
こ れは print メ ソ ッ ド で表示す る と 、 次の よ う にな り ます。
Window Size3x3
Col012
Row 2123
Row 161008
Row 0111213
ブ ロ ッ ク レベルの挿入には、バ ウ ン ダ リ 上に挿入す る デー タ エ レ メ ン ト のア レ イ を指定する 必要があ り ます。window
ク ラ ス で提供 さ れ る メ ソ ッ ド は、 次の と お り です。
•
insert_bottom
•
insert_top
•
insert_left
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262
HLS FFT ラ イ ブ ラ リ
•
insert_right
た と えば、 C が 3 エ レ メ ン ト のア レ イ で、 各ア レ イ の値は 50 で、 メ モ リ ウ ィ ン ド ウ の最下部バ ウ ン ダ リ に値 50 を挿
入す る 場合は、 次の よ う に指定 し ます。
char C[3] = {50, 50, 50};
Buff_B.insert_bottom(C);
Buff_B.print();
こ の結果、 次の よ う にな り ます。
Window Size3x3
Col012
Row 2123
Row 161008
Row 0505050
window ク ラ ス のその他のエ ッ ジ挿入 メ ソ ッ ド は、 insert_bottom() メ ソ ッ ド と 同 じ よ う に使用で き ます。
メ モ リ ウ ィ ン ド ウ か ら デー タ を取得す る には、 次を使用 し ます。
getval(row,column)
次に例を示 し ます。
A = Buff_B.getval(0,1);
こ れは次の よ う にな り ます。
A = 50
ビデオ関数
Vivado HLS の video ラ イ ブ ラ リ に含ま れ る ビデオ プ ロ セ ッ シ ン グ関数は、 既存の OpenCV 関数 と 互換性があ り 、 同
じ よ う に名前が付け ら れますが、 既存の OpenCV ビデオ ラ イ ブ ラ リ 関数を直接置換す る も のではあ り ません。
ビデオ プ ロ セ ッ シ ン グ関数では hls::Mat デー タ 型が使用 さ れます。 こ のデー タ 型に よ り 、 関数がハ イ パフ ォーマ
ン ス ハー ド ウ ェ ア と し て合成お よ び イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンで き る よ う にな り ます。 た と えば、 OpenCV ラ イ ブ ラ リ
には イ メ ージ を表示す る cv::Mat ク ラ ス が含ま れ ます。 次の例の場合、 変数 image は CV_8UC3 型の 1080x1920 エ
レ メ ン ト と し て定義 さ れます。
cv::Mat image(1080, 1920, CV_8UC3);
ビデオ ラ イ ブ ラ リ には、 こ れ と 同等の合成可能な hls::Mat テ ンプ レー ト ク ラ ス があ り ます。 hls::Mat ク ラ ス を
使用す る と 、 同 じ 変数 image が次の よ う に定義 さ れます。
hls::Mat<1080, 1920, HLS_8UC3> image;
テ ンプ レー ト ク ラ ス を使用す る と 、 ハー ド ウ ェ ア ス ト レージに使用 さ れ る メ モ リ のサ イ ズが Vivado HLS で決定で き
る よ う にな り ます。 hls::Mat ク ラ ス は、 合成後の イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン でハー ド ウ ェ ア用に最適化 さ れ る よ う に
も な っ てい ます。
HLS FFT ラ イ ブ ラ リ
ザ イ リ ン ク ス FFT ブ ロ ッ ク は、hls_fft.h ラ イ ブ ラ リ を使用する と C デザ イ ン内で呼び出す こ と がで き ます。 こ の IP に
ついては、 ザ イ リ ン ク ス の資料、 『LogiCORE™ IP Fast Fourier Transform 製品ガ イ ド (AXI)』 (PG109) を参照 し て く だ さ
い。 こ のセ ク シ ョ ンでは、 FFT を C++ コ ー ド で コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンす る 方法について説明 し ます。
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263
HLS FFT ラ イ ブ ラ リ
重要 : IP を その多 く の機能を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト す る 方法については、 『LogiCORE IP Fast Fourier Transform 製品
ガ イ ド (AXI)』 (PG109)を参照 し て く だ さ い。 本書では、 Vivado HLS を使用 し て C モデルを使用お よ び イ ン プ リ メ ン
ト す る 方法についてのに説明 し てい ます。
次は、 C++ コ ー ド で FFT を使用す る 5 つの手順です。
• コ ー ド に hls_fft.h ラ イ ブ ラ リ を含め る
• 定義済みの struct であ る hls::ip_fft::params_t を使用 し てデフ ォ ル ト のパ ラ メ ー タ ーを設定す る
• ラ ン タ イ ム コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン を定義する
• FFT 関数を呼び出す
• ラ ン タ イ ム ス テー タ ス をチ ェ ッ ク する (オプシ ョ ン)
次の コ ー ド 例は、 こ れ ら の各手順を ま と めて実行 し た も のです。各手順については、詳細を後でそれぞれ説明 し ます。
まず、 ソ ース コ ー ド に FFT ラ イ ブ ラ リ を含め ます。 こ のヘ ッ ダー フ ァ イ ルは、 Vivado HLS の イ ン ス ト ール デ ィ レ ク
ト リ の include デ ィ レ ク ト リ に含 ま れ ま す ( こ のデ ィ レ ク ト リ はシ ミ ュ レ ーシ ョ ンお よ び合成中に自動的に検索 さ れ
ます)。
#include "hls_fft.h"
FFT の static パ ラ メ ー タ ーを定義 し ます。 こ れには、 ダ イ ナ ミ ッ ク には変更 し ない入力幅、 チ ャ ネル数、 アーキ テ ク
チ ャ タ イ プな ど が含まれます。 FFT ラ イ ブ ラ リ には、 パ ラ メ ー タ ーを指定 し た struct の hls::ip_fft::params_t
が含まれ、 すべての static パ ラ メ ー タ ーがデフ ォ ル ト 値で初期化で き る よ う にな っ てい ます。
こ の例の場合、 出力順序のデフ ォ ル ト 値、 お よ び コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン ポー ト と ス テー タ ス ポー ト の幅が、 定義
済み struct に基づいて、 ユーザー定義の struct であ る param1 を使用 し て上書 き さ れてい ます。
struct param1 : hls::ip_fft::params_t {
static const unsigned ordering_opt = hls::ip_fft::natural_order;
static const unsigned config_width = FFT_CONFIG_WIDTH;
static const unsigned status_width = FFT_STATUS_WIDTH;
};
ラ ン タ イ ム コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン と ラ ン タ イ ム ス テー タ ス両方のデー タ 型 と 変数を定義 し ます。 こ れ ら の値はダ
イ ナ ミ ッ ク にで き る ので、 変更可能で API か ら ア ク セ ス さ れ る C コー ド の変数 と し て定義 さ れます。
typedef hls::ip_fft::config_t<param1> config_t;
typedef hls::ip_fft::status_t<param1> status_t;
config_t fft_config1;
status_t fft_status1;
次に、 • ラ ン タ イ ム コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン を設定 し ます。 こ の例では、 direction 変数の値に基づいて FFT (前方向ま
たは逆方向) が設定 さ れ る ほか、 ス ケー リ ン グ ス ケ ジ ュ ールの値 も 設定 さ れてい ます。
fft_config1->setDir(direction);
fft_config1->setSch(0x2AB);
HLS namespace と 定義済み static コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン ( こ の例では param1) を使用 し て FFT 関数を呼び出 し ます。
関数のパ ラ メ ー タ ーは、 順に、 入力デー タ 、 出力デー タ 、 出力ス テー タ ス、 入力 コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン を示 し てい
ます。
hls::fft<param1> (xn1, xk1, &fft_status1, &fft_config1);
最後に出力ス テー タ ス をチ ェ ッ ク し ます。 こ の例では、 オーバーフ ロ ー フ ラ グがチ ェ ッ ク さ れて、 結果が ovflo 変数
に格納 さ れます。
*ovflo = fft_status1->getOvflo();
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264
FFT の static パラ メ ー タ ー
FFT C ラ イ ブ ラ リ を使用 し たデザ イ ン例は、[Help] → [Welcome] → [Open Example Project] → [Design Examples] → [FFT]
を ク リ ッ ク し て表示 さ れ る Vivado HLS のサンプルに含まれます。
FFT の static パラ メ ー タ ー
FFT の static パ ラ メ ー タ ーでは、 FFT の コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン方法のほか、 FFT のサ イ ズ な ど の固定パ ラ メ ー タ ー
(サ イ ズがダ イ ナ ミ ッ ク に変更可能か ど う か、 イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン がパ イ プ ラ イ ン処理 さ れ る か radix_4_burst_io
が使用 さ れ る か) が指定 さ れます。
hls_fft.h
ヘ ッ ダー
フ ァ イ ルでは
static
パ ラ メ ー タ ー の デ フ ォ ル ト 値 の 設定 に 使用可能 な
hls::ip_fft::params_t と い う struct が定義 さ れてい ます。 デフ ォ ル ト 値が使用 さ れ る 場合、 パ ラ メ ー タ ー指定
さ れた struct を FFT 関数 と 一緒に直接使用で き ます。
hls::fft<hls::ip_fft::params_t >
(xn1, xk1, &fft_status1, &fft_config1);
こ れは、 パ ラ メ ー タ ーの一部をデフ ォ ル ト 値以外の値に変更す る ために も よ く 使用 さ れます。 こ れは、 デフ ォ ル ト の
パ ラ メ ー タ ー指定 さ れた struct に基づいて新 し いユーザー定義のパ ラ メ ー タ ー指定 さ れた struct が作成 さ れ、 一部の
デフ ォ ル ト 値が変更 さ れ る こ と で実行 さ れます。
次の例では、 新 し いユーザー struct の my_fft_config が新 し い出力順序の値 (natural_order に変更) と 共に定義 さ れ
てい ます。 FFT に対す る その他すべての static パ ラ メ ー タ ーでは、 デフ ォ ル ト 値が使用 さ れます (表 3-15)。
struct my_fft_config : hls::ip_fft::params_t {
static const unsigned ordering_opt = hls::ip_fft::natural_order;
};
hls::fft<my_fft_config >
(xn1, xk1, &fft_status1, &fft_config1);
パ ラ メ ー タ ー指定 struct の hls::ip_fft::params_t については、 表 3-14 を参照 し て く だ さ い。 パ ラ メ ー タ ーのデ
フ ォ ル ト 値お よ び使用可能な値の リ ス ト については、 表 3-15 を参照 し て く だ さ い。
パ ラ メ ー タ ーお よ びその設定の詳細については、ザ イ リ ン ク ス資料の 『LogiCORE IP Fast Fourier Transform v9.0 Product
Guide (AXI)』 (PG109) を参照 し て く だ さ い。
表 3‐14 : FTT の struct パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
input_width
デー タ 入力ポー ト 幅
output_width
デー タ 出力ポー ト 幅
status_width
出力ス テー タ ス ポー ト 幅
config_width
入力 コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン ポー ト 幅
max_nfft
FFT デー タ セ ッ ト のサ イ ズ を 1 << max_nfft に指定
has_nfft
FFT のサ イ ズ を ラ ン タ イ ム コ ン フ ィ ギ ャ ラ ブルにす る か ど う かを指定
channels
チ ャ ネル数
arch_opt
イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン アーキ テ ク チ ャ
phase_factor_width
ordering_opt
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内部位相係数の精度を コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン
出力順序モー ド
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265
FFT の static パラ メ ー タ ー
表 3‐14 : FTT の struct パラ メ ー タ ー (続き)
ovflo
scaling_opt
rounding_opt
mem_data
mem_phase_factors
mem_reorder
stages_block_ram
mem_hybrid
complex_mult_type
butterfly_type
オーバーフ ロ ー モー ド を イ ネーブル
ス ケー リ ン グ オプシ ョ ン を定義
丸めモー ド を定義
デー タ メ モ リ にブ ロ ッ ク RAM を使用す る か分散 RAM を使用す る か指定
位相係数 メ モ リ にブ ロ ッ ク RAM を使用する か分散 RAM を使用する か指定
出力順序並べ替え メ モ リ にブ ロ ッ ク RAM を使用す る か分散 RAM を使用す る か指
定
イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンで使用 さ れ る ブ ロ ッ ク RAM ス テージ数を定義
ブ ロ ッ ク RAM がデー タ 、 位相係数ま たは順序並び替えバ ッ フ ァ ーに指定 さ れ る 際
に、 ブ ロ ッ ク RAM と 分散 RAM のハ イ ブ リ ッ ド を使用 し て、 特定の コ ン フ ィ ギ ュ
レーシ ョ ンでブ ロ ッ ク RAM のカ ウ ン ト が削減 さ れ る よ う にする か ど う か を指定
複素乗算器に使用す る 乗算器の タ イ プを定義
FFT バ タ フ ラ イ に使用 さ れ る イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン を定義。
整数ま たはブール型ではないパ ラ メ ー タ ー値を指定す る 際は、Vivado HLS の FFT namespace を使用す る 必要があ り ま
す。
た と えば、 表 3-15 の butterfly_type パ ラ メ ー タ ーに使用可能な値は use_luts お よ び
use_xtremedsp_slices です。 C プ ロ グ ラ ムでは butterfly_type = hls::ip_fft::use_luts お よ び
butterfly_type = hls::ip_fft::use_xtremedsp_slices を使用する 必要があ り ます。
表 3‐15 : FTT の struct パラ メ ー タ ーの値
パラ メ ー タ ー
C タ イプ
デ フ ォル ト 値
有効な値
input_width
unsigned
16
8-34
output_width
unsigned
16
input_width ～ (input_width +
max_nfft + 1)
status_width
unsigned
8
FFT コ ン フ ィ ギ ュ レ ーシ ョ ン に
よ っ て異な る
config_width
unsigned
16
FFT コ ン フ ィ ギ ュ レ ーシ ョ ン に
よ っ て異な る
max_nfft
unsigned
10
3-16
has_nfft
bool
false
True、 False
channels
unsigned
1
1-12
arch_opt
unsigned
pipelined_streaming_io
automatically_select
pipelined_streaming_io
radix_4_burst_io
radix_2_burst_io
radix_2_lite_burst_io
phase_factor_width
unsigned
16
8-34
ordering_opt
unsigned
bit_reversed_order
bit_reversed_order
natural_order
bool
true
false
true
ovflo
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266
FFT のラ ン タ イム コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン と ラ ン タ イム ス テー タ ス
表 3‐15 : FTT の struct パラ メ ー タ ーの値 (続き)
scaling_opt
unsigned
scaled
scaled
unscaled
block_floating_point
rounding_opt
unsigned
truncation
truncation
convergent_rounding
mem_data
unsigned
block_ram
block_ram
distributed_ram
mem_phase_factors
unsigned
block_ram
block_ram
distributed_ram
mem_reorder
unsigned
block_ram
block_ram
distributed_ram
stages_block_ram
unsigned
(max_nfft < 10) ?0 :
(max_nfft - 9)
0-11
bool
false
false
true
complex_mult_type
unsigned
use_luts
use_luts
use_mults_resources
use_mults_performance
butterfly_type
unsigned
use_luts
use_luts
use_xtremedsp_slices
mem_hybrid
FFT IP の機能について 表 3-15 に記載 さ れていない も のは現時点では Vivado HLS イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン でサポー
ト さ れてい ません。
FFT のラ ン タ イム コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン と ラ ン タ
イム ス テー タ ス
FFT では、 コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン ポー ト と ス テー タ ス ポー ト を介 し たモニ タ リ ン グに よ り 、 ラ ン タ イ ム コ ン フ ィ
ギ ュ レーシ ョ ン と ラ ン タ イ ム ス テー タ ス がサポー ト さ れます。 こ れ ら のポー ト は FFT 関数への引数 と し て定義 さ れ、
次の例では fft_status1 お よ び fft_config1 変数 と し て記載 さ れてい ます。
hls::fft<param1> (xn1, xk1, &fft_status1, &fft_config1);
ラ ン タ イ ム コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン と ラ ン タ イ ム ス テー タ ス は、 FFT の C ラ イ ブ ラ リ か ら 定義済み struct を使用 し
てア ク セ ス で き ます。
•
hls::ip_fft::config_t<param1>
•
hls::ip_fft::status_t<param1>
注記 : ど ち ら の場合 も 、 struct には static パ ラ メ ー タ ー指定 struct が必要で、 例では param1 と し て記載 さ れてい ます。
static パ ラ メ ー タ ー指定の struct の詳細は、 前のセ ク シ ョ ン を参照 し て く だ さ い。
ラ ン タ イ ム コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンの struct を使用する と 、 C コ ー ド で次を実行で き ます。
•
ラ ン タ イ ム コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンが イ ネーブルの場合は、 FFT 長を設定
•
FFT の方向を前方向ま たは逆方向に設定
•
ス ケー リ ン グ ス ケ ジ ュ ールを設定
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FFT 関数
FFT 長は、 次の よ う に設定で き ます。
typedef hls::ip_fft::config_t<param1> config_t;
config_t fft_config1;
// Set FFT length to 512 => log2(512) =>9
fft_config1-> setNfft(9);
FFT の方向は、 次の よ う に設定で き ます。
typedef hls::ip_fft::config_t<param1> config_t;
config_t fft_config1;
// Forward FFT
fft_config1->setDir(0);
// Inverse FFT
fft_config1->setDir(1);
FFT の ス ケー リ ン グ ス ケ ジ ュ ールは、 次の よ う に設定で き ます。
typedef hls::ip_fft::config_t<param1> config_t;
config_t fft_config1;
fft_config1->setSch(0x2AB);
出力ス テー タ ス ポー ト には定義済み struct を使用 し て ア ク セ ス で き 、 次が判断 さ れます。
•
FFT 中にオーバーフ ロ ーが発生 し たか ど う か
•
ブ ロ ッ ク の指数値
FFT オーバーフ ロ ー モー ド は、 次の よ う にチ ェ ッ ク で き ます。
typedef hls::ip_fft::status_t<param1> status_t;
status_t fft_status1;
// Check the overflow flag
bool *ovflo = fft_status1->getOvflo();
ブ ロ ッ ク の指数値は、 次を使用す る と 取得で き ます。
typedef hls::ip_fft::status_t<param1> status_t;
status_t fft_status1;
// Obtain the block exponent
unsigned int *blk_exp = fft_status1-> getBlkExp();
FFT 関数
FFT 関数は、 Vivado HLS の namespace で定義 さ れ、 次の よ う に呼び出す こ と がで き ます。
hls::fft<STATIC_PARAM> (
INPUT_DATA_ARRAY,
OUTPUT_DATA_ARRAY,
OUTPUT_STATUS,
INPUT_RUN_TIME_CONFIGURATIOn);
STATIC_PARAM は、 「FFT の static パ ラ メ ー タ ー」 セ ク シ ョ ンで説明 し た static パ ラ メ ー タ ー指定の struct で、 FFT の
static パ ラ メ ー タ ーを定義 し ます。
入力デー タ も 出力デー タ も ア レ イ (INPUT_DATA_ARRAY お よ び OUTPUT_DATA_ARRAY) と し て関数に提供 さ れます。
最終的な イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンでは、 FFT RTL ブ ロ ッ ク のポー ト は AXI4-Stream ポー ト と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ
ま す。 デー タ フ ロ ー最適化 (set_directive_dataflow) を使用 し た領域では、 ア レ イ が ス ト リ ー ミ ン グ ア レ イ と
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268
HLS FIR ラ イ ブ ラ リ
し て イ ン プ リ メ ン ト さ れ る の で、 常 に FFT 関数 を 使用す る こ と を お勧 め し ま す。 ま た は、 ど ち ら の ア レ イ も
set_directive_stream コ マ ン ド を使用 し て ス ト リ ー ミ ン グ と し て指定 し ます。
重要 : FFT は、 パ イ プ ラ イ ン さ れた領域では使用で き ません。 高度なパフ ォーマ ン ス の演算が必要な場合、 FFT の前
後でループ ま たは関数をパ イ プ ラ ン し て、 その領域のループお よ び関数すべてでデー タ フ ロ ー最適化を使用 し ます。
ア レ イ のデー タ 型は、 float ま たは ap_fixed のいずれかにで き ます。
重要 : 浮動小数点デー タ 型を使用す る 場合は、 変数を static 修飾子を使用 し て定義 し てお く 必要があ り ます。
typedef float data_t;
static complex<data_t> xn[FFT_LENGTH];
static complex<data_t> xk[FFT_LENGTH];
固定小数点デー タ 型を使用す る 場合は、 Vivado HLS 任意精度型の ap_fixed を使用す る 必要があ り ます。
#include "ap_fixed.h"
typedef ap_fixed<FFT_INPUT_WIDTH,1> data_in_t;
typedef ap_fixed<FFT_OUTPUT_WIDTH,FFT_OUTPUT_WIDTH-FFT_INPUT_WIDTH+1> data_out_t;
#include <complex>
typedef std::complex<data_in_t> cmpxData;
typedef std::complex<data_out_t> cmpxDataOut;
ど ち ら の場合 も FFT には同 じ 正 し いデー タ サ イ ズでパ ラ メ ー タ ーを付け る 必要があ り ます。 浮動小数点デー タ 型の
場合、 デー タ 幅は常に 32 ビ ッ ト で、 その他のサ イ ズ を指定 し て も 無効 と 判断 さ れます。
FFT のマルチチ ャ ネル機能は、 入力デー タ と 出力デー タ の 2 次元ア レ イ を使用す る と 使用で き ます。 こ の場合、 ア レ
イ デー タ は最初に次元が書 く チ ャ ネルを、2 つ目の次元が FFT デー タ を表す よ う に コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン さ れ る 必
要があ り ます。
typedef float data_t;
static complex<data_t> xn[CHANNEL][FFT_LENGTH];
static complex<data_t> xk[CHANELL][FFT_LENGTH];
OUTPUT_STATUS お よ び INPUT_RUN_TIME_CONFIGURATION は、 「FFT ラ ン タ イ ム コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン」 の
セ ク シ ョ ンで説明 さ れた struct です。
注記 : FFT を使用 し たデザ イ ンは、 HDL (Verilog ま たは VHDL) を使用 し て し か検証で き ません。 SystemC RTL を使用
し た RTL 協調シ ミ ュ レーシ ョ ンは、 FFT を使用 し たデザ イ ンではサポー ト さ れません。
FFT C ラ イ ブ ラ リ を使用 し たデザ イ ン例は、[Help] → [Welcome] → [Open Example Project] → [Design Examples] → [FFT]
を ク リ ッ ク し て表示 さ れ る Vivado HLS のサンプルに含まれます。
HLS FIR ラ イ ブ ラ リ
ザ イ リ ン ク ス FIR ブ ロ ッ ク は、 hls_fir.h ラ イ ブ ラ リ を使用す る と C++ デザ イ ン内で呼び出す こ と がで き ます。 こ
の IP につい ては、 ザ イ リ ン ク ス の資料、 『LogiCORE IP FIR Compiler v7.1』 (PG149) を 参照 し て く だ さ い。 こ のセ ク
シ ョ ンでは、 FIR を C++ コ ー ド で コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンす る 方法について説明 し ます。
重要 : IP を その多 く の機能を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト す る 方法については、 『ogiCORE IP FIR Compiler v7.1』 (PG149)
を参照 し て く だ さ い。 本書では、 Vivado HLS を使用 し て C モデルを使用お よ び イ ンプ リ メ ン ト す る 方法についての
に説明 し てい ます。
次は、 C++ コ ー ド で FIR を使用す る 4 つの手順です。
高位合成
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269
HLS FIR ラ イ ブ ラ リ
•
コ ー ド に hls_fir.h ラ イ ブ ラ リ を含め る
•
定義済みの struct であ る hls::ip_fir::params_t を使用 し てデフ ォ ル ト のパ ラ メ ー タ ーを設定する
•
FIR 関数を呼び出す
•
ラ ン タ イ ム入力 コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン を定義す る (オプシ ョ ン)
次の コ ー ド 例は、 こ れ ら の各手順を ま と めて実行 し た も のです。各手順については、詳細を後でそれぞれ説明 し ます。
まず、 ソ ース コ ー ド に FIR ラ イ ブ ラ リ を含め ます。 ヘ ッ ダー フ ァ イ ルは、 Vivado HLS イ ン ス ト ール デ ィ レ ク ト リ の
include デ ィ レ ク ト リ にあ り ます。 こ の フ ァ イ ルは、 Vivado HLS を実行する と 自動的に検索 さ れます。 Vivado HLS 内
で コ ンパ イ ルす る 場合は、 こ のデ ィ レ ク ト リ へのパ ス を指定す る 必要はあ り ません。
#include "hls_fir.h"
FIR の static パ ラ メ ー タ ーを定義 し ます。 こ れには、 入力幅、 係数、 フ ィ ル タ ー レー ト (single、 decimation、 hilbert) な
ど の static 属性が含 ま れ ま す。 FIR ラ イ ブ ラ リ には、 パ ラ メ ー タ ー指定 struct の hls::ip_fir::params_t が含ま
れ、 すべての static パ ラ メ ー タ ーがデフ ォ ル ト 値で初期化で き る よ う にな っ てい ます。
次の例では、 係数が coeff_vec ア レ イ にあ る と 定義 さ れ、 定義済み struct に基づいたユーザー定義の myconfig と
い う struct を使用 し て、 その係数の数のデフ ォ ル ト 値、 入力幅お よ び量子化 (quantization) モー ド が上書 き さ れてい ま
す。
struct myconfig : hls::ip_fir::params_t {
static const double coeff_vec[sg_fir_srrc_coeffs_len];
static const unsigned num_coeffs = sg_fir_srrc_coeffs_len;
static const unsigned input_width = INPUT_WIDTH;
static const unsigned quantization = hls::ip_fir::quantize_only;
};
HLS namespace と 定義済み static パ ラ メ ー タ ー ( こ の例では myconfig) を使用 し て FIR 関数の イ ン ス タ ン ス を作成 し
てか ら 、 run メ ソ ッ ド で関数を呼び出 し て を呼び出 し て、 関数を実行 し ます。 時間数の引数は、 順に、 入力デー タ 、
出力デー タ です。
static hls::FIR<param1> fir1;
fir1.run(fir_in, fir_out);
オプシ ョ ンで、 ラ ン タ イ ム入力 コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン を使用す る こ と がで き ます。 FIR のモー ド の中には、 こ の入
力のデー タ に よ っ て イ ン タ ー リ ーブ さ れたチ ャ ネル中や係数 リ ロ ー ド が必要にな っ た場合に係数の使用方法が異な
る こ と があ り ます。 こ の コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンはダ イ ナ ミ ッ ク にで き る ので、 変数 と し て定義 さ れます。 こ の入力
コ ン フ ィ ギ ュ レ ーシ ョ ン に必要なモー ド の詳細については、 ザ イ リ ン ク ス 資料の 『LogiCORE IP FIR Compiler v7.1』
(PG149) を参照 し て く だ さ い。
ラ ン タ イ ム入力 コ ン フ ィ ギ ュ レ ーシ ョ ン が使用 さ れ る 場合、 FIR 関数は入力デー タ 、 出力デー タ 、 お よ び入力 コ ン
フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンの 3 つの引数を使用 し て呼び出 さ れます。
// Define the configuration type
typedef ap_uint<8> config_t;
// Define the configuration variable
config_t fir_config = 8;
// Use the configuration in the FFT
static hls::FIR<param1> fir1;
fir1.run(fir_in, fir_out, &fir_config);
FIR C ラ イ ブ ラ リ を使用 し たデザ イ ン例は、[Help] → [Welcome] → [Open Example Project] → [Design Examples] → [FIR]
を ク リ ッ ク し て表示 さ れ る Vivado HLS のサンプルに含まれます。
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FIR の static パラ メ ー タ ー
FIR の static パラ メ ー タ ー
FIR の static パ ラ メ ー タ ーでは、 FIR IP のパ ラ メ ー タ ーが指定 さ れ、 入力幅 と 出力幅、 小数ビ ッ ト 、 係数値、 イ ン タ ー
ポ レーシ ョ ン レー ト 、 お よ びデシ メ ーシ ョ ン レー ト な ど のダ イ ナ ミ ッ ク でない も が指定 さ れ る 方法が定義 さ れます。
こ れ ら の コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンのほ と ん ど にデフ ォ ル ト 値があ り ますが、 係数にはデフ ォ ル ト 値はあ り ません。
hls_fir.h ヘ ッ ダ ー フ ァ イ ル で は ほ と ん ど の static パ ラ メ ー タ ー の デ フ ォ ル ト 値 の 設定 に 使用可能 な
hls::ip_fir::params_t と い う struct が定義 さ れてい ます。
重要 : 係数にはデフ ォ ル ト 値は定義 さ れ ま せん。 こ のため、 FIR を直接初期化す る ために定義済みの struct を使用す
る のはお勧め し ません。 static パ ラ メ ー タ ー指定を実行する には、 係数を指定す る 新 し いユーザー定義の struct を常に
使用す る 必要があ り ます。
次の例では、 新 し い ユーザー struct の my_config が新 し い係数値 を 使用 し て 定義 さ れ て い ま す。 係数は ア レ イ
coeff_vec 内にあ る と 指定 さ れてい ます。 FIR に対す る その他すべてのパ ラ メ ー タ ーでは、 デフ ォ ル ト 値が使用 さ
れます (表 3-17)。
struct myconfig : hls::ip_fir::params_t {
static const double coeff_vec[sg_fir_srrc_coeffs_len];
};
static hls::FIR<param1> fir1;
fir1.run(fir_in, fir_out);
パ ラ メ ー タ ー指定 struct の hls::ip_fir::params_t に使用 さ れ る パ ラ メ ー タ ーについては、表 3-16 を参照 し て く
だ さ い。 パ ラ メ ー タ ーのデフ ォ ル ト 値お よ び使用可能な値の リ ス ト については、 表 3-17 を参照 し て く だ さ い。
パ ラ メ ー タ ーお よ びその設定の詳細については、 ザ イ リ ン ク ス資料の 『LogiCORE IP FIR Compiler v7.1』 (PG149) を参
照 し て く だ さ い。
表 3‐16 : FIR の struct パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
input_width
input_fractional_bits
output_width
output_fractional_bits
coeff_width
coeff_fractional_bits
num_coeffs
coeff_sets
説明
デー タ 入力ポー ト 幅
入力ポー ト の小数ビ ッ ト の数
デー タ 出力ポー ト 幅
出力ポー ト の小数ビ ッ ト の数
係数のビ ッ ト 幅
係数の小数ビ ッ ト の数
係数の数
係数セ ッ ト の数
input_length
入力デー タ のサンプル数
output_length
出力デー タ のサンプル数
num_channels
処理 さ れ る デー タ のチ ャ ネル数を指定
total_number_coeff
係数の総数
coeff_vec[total_num_co
eff]
係数ア レ イ
filter_type
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フ ィ ル タ ーに使用 さ れ る フ ィ ル タ ー タ イ プ を イ ンプ リ メ ン ト
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FIR の static パラ メ ー タ ー
表 3‐16 : FIR の struct パラ メ ー タ ー (続き)
rate_change
整数ま たは小数レー ト の変更を指定
interp_rate
イ ン タ ーポ レーシ ョ ン レー ト
decim_rate
デシ メ ーシ ョ ン レー ト
zero_pack_factor
イ ン タ ーポ レーシ ョ ンで使用 さ れ る 係数 0 の数
rate_specification
レー ト を周波数ま たは周期 と し て指定
hardware_oversampling
_rate
オーバーサンプ リ ン グの レー ト を指定
sample_period
sample_frequency
quantization
ハー ド ウ ェ アのオーバーサンプ リ ン グ周期
ハー ド ウ ェ アのオーバーサンプ リ ン グ周波数
使用 さ れ る 量子化方法
best_precision
最適な精度を イ ネーブルま たはデ ィ ス エーブル
coeff_structure
使用す る 係数構造の タ イ プ
output_rounding_mode
filter_arch
optimization_goal
inter_column_pipe_leng
th
出力で使用 さ れ る 丸めの タ イ プ
シ ス ト リ ッ ク ま たは転置型アーキ テ ク チ ャ を選択
最適化目標を速度ま たはエ リ アに指定
DSP 列間に必要なパ イ プ ラ イ ン長
column_config
DSP48 列数を指定
config_method
DSP48 列の コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン方法を指定
coeff_padding
フ ィ ル タ ーの先頭に追加 さ れ る 0 パデ ィ ン グの数
整数ま たはブール型ではないパ ラ メ ー タ ー値を指定す る 際は、 Vivado HLS の FIR namespace を使用す る 必要があ り ま
す。
た と えば、 rate_change に使用可能な値は表 3-17 に integer お よ び fixed_fractional と 記述 さ れてい ます。
C プ ロ グ ラ ムでは rate_change = hls::ip_fir::integer お よ び rate_change =
hls::ip_fir::fixed_fractional を使用す る 必要があ り ます。
表 3‐17 : FIR の struct パ ラ メ ー タ ーの値
パラ メ ー タ ー
C タ イプ
デ フ ォル ト 値
有効な値
input_width
unsigned
16
制限な し
input_fractional_bits
unsigned
0
input_width のサ イ ズに よ り 制限
output_width
unsigned
24
制限な し
output_fractional_bits
unsigned
0
output_width のサ イ ズに よ り 制限
coeff_width
unsigned
16
制限な し
coeff_fractional_bits
unsigned
0
coeff_width のサ イ ズに よ り 制限
bool
21
フル
coeff_sets
unsigned
1
1-1024
input_length
unsigned
21
制限な し
output_length
unsigned
21
制限な し
num_channels
unsigned
1
1-1024
num_coeffs
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FIR の static パラ メ ー タ ー
表 3‐17 : FIR の struct パ ラ メ ー タ ーの値 (続き)
total_number_coeff
unsigned
21
num_coeffs * coeff_sets
double array
なし
該当な し
filter_type
unsigned
single_rate
single_rate、 interpolation、 decimation、
hilbert、 interpolated
rate_change
unsigned
integer
integer、 fixed_fractional
interp_rate
unsigned
1
2-1024
decim_rate
unsigned
1
2-1024
zero_pack_factor
unsigned
1
2-8
rate_specification
unsigned
period
frequency、 period
hardware_oversampling
_rate
unsigned
1
制限な し
bool
1
制限な し
sample_frequency
unsigned
0.001
制限な し
quantization
unsigned
integer_coefficients
integer_coefficients、 quantize_only、
maximize_dynamic_range
best_precision
unsigned
false
false
true
coeff_structure
unsigned
non_synmetric
inferred、 non_symmetric、 symmetric、
negative_symmetric、 half_band、 hilbert
output_rounding_mode
unsigned
full_precision
full_precision、 truncate_lsbs、
non_symmetric_rounding_down、
non_symmetric_rounding_up、
symmetric_rounding_to_zero、
symmetric_rounding_to_infinity、
convergent_rounding_to_even、
convergent_rounding_to_odd
filter_arch
unsigned
systolic_multiply_accumu s y s t o l i c _ m u l t i p l y _ a c c u m u l a t e 、
late
transpose_multiply_accumulate
optimization_goal
unsigned
area
area、 speed
inter_column_pipe_leng
th
unsigned
4
1-16
column_config
unsigned
1
使用 さ れ る DSP48 の数に よ っ て制限
config_method
unsigned
single
single、 by_channel
coeff_padding
bool
false
false
true
coeff_vec[total_num_co
eff]
sample_period
FIR IP の機能について 表 3-17 に記載 さ れていない も のは現時点では Vivado HLS イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン でサポー ト
さ れてい ません。
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FIR 関数
FIR 関数
FIR 関数は、 Vivado HLS の namespace で定義 さ れ、 次の よ う に呼び出す こ と がで き ます。
// Create an instance of the FIR
static hls::FIR<STATIC_PARAM> fir1;
// Execute the FIR instance fir1
fir1.run(INPUT_DATA_ARRAY, OUTPUT_DATA_ARRAY);
STATIC_PARAM は、 「FIR の static パ ラ メ ー タ ー」 セ ク シ ョ ンで説明 し た static パ ラ メ ー タ ー指定の struct で、 FIR の
static パ ラ メ ー タ ーを定義 し ます。
入力デー タ も 出力デー タ も ア レ イ (INPUT_DATA_ARRAY お よ び OUTPUT_DATA_ARRAY) と し て関数に提供 さ れます。
最終的な イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン では、 FIRT IP の こ れ ら のポー ト は AXI4-Stream ポー ト と し て イ ン プ リ メ ン ト さ れ
ま す。 デー タ フ ロ ー最適化 (set_directive_dataflow) を使用 し た領域では、 ア レ イ が ス ト リ ー ミ ン グ ア レ イ と
し て イ ン プ リ メ ン ト さ れ る の で、 常 に FIR 関数 を 使用す る こ と を お勧 め し ま す。 ま た は、 ど ち ら の ア レ イ も
set_directive_stream コ マ ン ド を使用 し て ス ト リ ー ミ ン グ と し て指定 し ます。
重要 : FIR は、 パ イ プ ラ イ ン さ れた領域では使用で き ません。 高度なパフ ォ ーマ ン ス の演算が必要な場合、 FIR の前
後でループ ま たは関数をパ イ プ ラ ン し て、 その領域のループお よ び関数すべてでデー タ フ ロ ー最適化を使用 し ます。
FIR のマルチチ ャ ネル機能は、 シ ン グル入力お よ びシ ン グル出力ア レ イ のデー タ を イ ン タ ー リ ーブす る こ と でサポー
ト さ れます。
•
入力ア レ イ のサ イ ズは、 すべてのサンプル (num_channels * input_length) に十分な大き さ であ る 必要があ り ます。
•
出力ア レ イ のサ イ ズは、 すべての出力サンプル (num_channels * output_length) を含め る よ う に指定す る 必要があ
り ます。
次の コ ー ド 例は、 2 チ ャ ネルで、 デー タ が ど の よ う に イ ン タ ー リ ーブ さ れ る か を示 し てい ます。 こ の例では、 最上位
関数に入力デー タ のチ ャ ネルが 2 つ (din_i、 din_q) お よ び出力デー タ のチ ャ ネルが 2 つ (dout_i、 dout_q) 含ま
れてい ます。 2 つの関数が フ ロ ン ト エ ン ド (fe) と バ ッ ク エ ン ド (be) で FIR 入力ア レ イ のデー タ を正 し く 並べて、 FIR
出力ア レ イ か ら それを抽出す る ために使用 さ れてい ます。
void dummy_fe(din_t din_i[LENGTH], din_t din_q[LENGTH], din_t out[FIR_LENGTH]) {
for (unsigned i = 0; i < LENGTH; ++i) {
out[2*i] = din_i[i];
out[2*i + 1] = din_q[i];
}
}
void dummy_be(dout_t in[FIR_LENGTH], dout_t dout_i[LENGTH], dout_t dout_q[LENGTH]) {
for(unsigned i = 0; i < LENGTH; ++i) {
dout_i[i] = in[2*i];
dout_q[i] = in[2*i+1];
}
}
void fir_top(din_t din_i[LENGTH], din_t din_q[LENGTH],
dout_t dout_i[LENGTH], dout_t dout_q[LENGTH]) {
din_t fir_in[FIR_LENGTH];
dout_t fir_out[FIR_LENGTH];
static hls::FIR<myconfig> fir1;
dummy_fe(din_i, din_q, fir_in);
fir1.run(fir_in, fir_out);
dummy_be(fir_out, dout_i, dout_q);
}
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オプ シ ョ ンの FIR ラ ン タ イ ム コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン
注記 : FIR を使用 し たデザ イ ンは、 HDL (Verilog ま たは VHDL) を使用 し て し か検証で き ません。 SystemC RTL を使用
し た RTL 協調シ ミ ュ レーシ ョ ンは、 FIT を使用 し たデザ イ ンではサポー ト さ れません。
オプシ ョ ンの FIR ラ ン タ イム コ ン フ ィ ギュ レーシ ョ ン
演算モー ド に よ っ ては、 係数の使用方法を コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンする ため、 FIR に別の入力が必要な こ と も あ り ま
す。 こ の入力 コ ン フ ィ ギ ュ レ ーシ ョ ン に必要な モー ド の詳細につい ては、 ザ イ リ ン ク ス 資料の 『LogiCORE IP FIR
Compiler v7.1』 (PG149) を参照 し て く だ さ い。
こ の入力 コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンは、 標準 8 ビ ッ ト デー タ 型の ap_int.h を使用 し て C コ ー ド で実行で き ます。 次の
コ ー ド は、 こ の追加入力を C に イ ンプ リ メ ン ト す る と こ ろ を示 し てい ます。 ま た、 #include を使用 し て同 じ 値が変数
と FIR コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンに使用 さ れ る よ う にす る と こ ろ も 示 し てい ます。
こ の例では、 fir_top.h ヘ ッ ダー フ ァ イ ルで FIR と ap_fixed ラ イ ブ ラ リ の使用が指定 さ れ、 多 く のデザ イ ン パ
ラ メ ー タ ー値が定義 さ れた後、 それ ら に基づいて固定小数点型がい く つか定義 さ れてい ます。
#include "ap_fixed.h"
#include "hls_fir.h"
const unsigned FIR_LENGTH
= 21;
const unsigned INPUT_WIDTH = 16;
const unsigned INPUT_FRACTIONAL_BITS = 0;
const unsigned OUTPUT_WIDTH = 24;
const unsigned OUTPUT_FRACTIONAL_BITS = 0;
const unsigned COEFF_WIDTH = 16;
const unsigned COEFF_FRACTIONAL_BITS = 0;
const unsigned COEFF_NUM = 7;
const unsigned COEFF_SETS = 3;
const unsigned INPUT_LENGTH = FIR_LENGTH;
const unsigned OUTPUT_LENGTH = FIR_LENGTH;
const unsigned CHAN_NUM = 1;
typedef ap_fixed<INPUT_WIDTH, INPUT_WIDTH - INPUT_FRACTIONAL_BITS> s_data_t;
typedef ap_fixed<OUTPUT_WIDTH, OUTPUT_WIDTH - OUTPUT_FRACTIONAL_BITS> m_data_t;
typedef ap_uint<8> config_t;
最上位 コ ー ド には、 ヘ ッ ダー フ ァ イ ルの情報が含まれ、 C コ ー ド と FIR コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンが一致す る よ う に、
ビ ッ ト 幅を指定す る のに使用 し たの と 同 じ 定数値を使用 し て static パ ラ メ ー タ ーで指定 さ れた struct 構造体が作成 さ
れ、係数が指定 さ れます。最上位では、ヘ ッ ダー フ ァ イ ルで 8 ビ ッ ト デー タ と し て定義 さ れた入力 コ ン フ ィ ギ ュ レー
シ ョ ンが FIR に渡 さ れます。
#include "fir_top.h"
struct param1 : hls::ip_fir::params_t {
static const double coeff_vec[total_num_coeff];
static const unsigned input_length = INPUT_LENGTH;
static const unsigned output_length = OUTPUT_LENGTH;
static const unsigned num_coeffs = COEFF_NUM;
static const unsigned num_coeffs = COEFF_NUM;
};
const double param1::coeff_vec[total_num_coeff] =
{6,0,-4,-3,5,6,-6,-13,7,44,64,44,7,-13,-6,6,5,-3,-4,0,6};
void dummy_fe(s_data_t in[INPUT_LENGTH], s_data_t out[INPUT_LENGTH],
config_t* config_in, config_t* config_out)
{
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ハー ド ウ ェ アのコ ー ド 記述方法
*config_out = *config_in;
for(unsigned i = 0; i < INPUT_LENGTH; ++i)
out[i] = in[i];
}
void dummy_be(m_data_t in[OUTPUT_LENGTH], m_data_t out[OUTPUT_LENGTH])
{
for(unsigned i = 0; i < OUTPUT_LENGTH; ++i)
out[i] = in[i];
}
// DUT
void fir_top(s_data_t in[INPUT_LENGTH],
m_data_t out[OUTPUT_LENGTH],
config_t* config)
{
s_data_t fir_in[INPUT_LENGTH];
m_data_t fir_out[OUTPUT_LENGTH];
config_t fir_config;
// Create struct for config
static hls::FIR<param1> fir1;
//==================================================
// Dataflow process
dummy_fe(in, fir_in, config, &fir_config);
fir1.run(fir_in, fir_out, &fir_config);
dummy_be(fir_out, out);
//==================================================
}
FIR C ラ イ ブ ラ リ を使用 し たデザ イ ン例は、[Help] → [Welcome] → [Open Example Project] → [Design Examples] → [FIR]
を ク リ ッ ク し て表示 さ れ る Vivado HLS のサンプルに含まれます。
ハー ド ウ ェ アの コ ー ド 記述方法
C コ ー ド は、 再利用、 読みやす さ 、 パフ ォ ーマ ン ス な ど の複数の要件を満たす よ う に記述 さ れます。 現時点では、 C
コ ー ド は高位合成後に最適なハー ド ウ ェ アが得 ら れ る よ う に記述 さ れてい ません。
ただ し 、 再利用、 読みやす さ 、 パフ ォーマ ン ス要件 と 同様に、 特定の コ ー ド 記述方法ま たはあ ら か じ め定義 さ れた コ
ン ス ト ラ ク ト を使用す る こ と に よ り 、 合成結果が よ り 適切なハー ド ウ ェ アにな る よ う に、 ま たはアルゴ リ ズ ム を よ り
簡単に検証 し て C でハー ド ウ ェ ア を よ り 適切に記述で き る よ う で き ます。
C++ でのユーザー定義のレ ジ ス タ
通常、 C 関数で確実に レ ジ ス タ と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ る 変数は、 次の と お り です。
•
static 修飾子が最初に付いた変数
•
グ ロ ーバルに定義 さ れた変数 (グ ロ ーバルがポー ト と し て使用可能な場合を除 く )
•
メ モ リ リ ソ ース を タ ーゲ ッ ト と し た ア レ イ
その他の変数は、 合成中の決定に よ っ て、 レ ジ ス タ に イ ンプ リ メ ン ト さ れ る 場合 と そ う でない場合があ り ます。 合成
で、 変数が複数サ イ ク ル間レ ジ ス タ に保持 さ れ る 必要があ る と 判断 さ れ る 場合 と 、 作成 さ れたサ イ ク ル と 同 じ サ イ ク
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ハー ド ウ ェ アのコ ー ド 記述方法
ルで使用で き る ので レ ジ ス タ は不要であ る と 判断 さ れ る 場合があ り ます。 上記の変数のみが、 RTL で確実に レ ジ ス タ
に イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
次の例に示す よ う に、 Reg と い う C++ 関数を使用す る と 、 特定の変数を最終的な RTL デザ イ ン で確実に レ ジ ス タ と
し て イ ンプ リ メ ン ト で き ます。
#include foo.h
template<class T>
T Reg(T in) {
#pragma HLS PIPELINE
#pragma HLS INLINE off
#pragma HLS INTERFACE port=return register
return in;
}
int foo (int in1, int in2 ) {
int tmp=in1*(0x0800-in2);
// int out = tmp >> 10;
int out = Reg(tmp >> 10);
return( out );
}
int foo_top(int inA, int inB) {
int res1 = foo(inA, inB);
return(res1);
}
こ の コ ー ド の重要な点は、 次の と お り です。
•
関数 Reg が作成 さ れ、 出力の関数 return の値が レ ジ ス タ に格納 さ れてい ます。
下位関数では、イ ン タ ーフ ェ イ ス指示子は関数の引数 (RTL ポー ト ) を レ ジ ス タ に格納す る ためのみに使用で き ま
す。 イ ン タ ーフ ェ イ ス指示子は、下位関数の引数の I/O プ ロ ト コ ルを指定す る ために使用す る こ と はで き ません。
•
関数 Reg では、 Vivado HLS で こ の関数が自動的に イ ン ラ イ ン化 さ れない よ う に、 イ ン ラ イ ン化がデ ィ ス エーブ
ルにな っ てい ます。
関数 Reg を イ ン ラ イ ン化す る と 、個別の関数でな く な る ため、関数で実行 さ れ る レ ジ ス タ 操作が無効にな り ます。
•
下位関数 foo の乗算 と シ フ ト 演算の出力は、 関数 Reg の入力 と し て使用 さ れます。
関数 Reg の出力にはレ ジ ス タ が付いてい る ので、 こ れに よ り こ の演算の結果が RTL 出力の レ ジ ス タ に格納 さ れ
ます。
•
pipeline 指示子は、 こ の関数が イ ンプ リ メ ン ト さ れて、 現在の ト ラ ンザ ク シ ョ ンが終了 し た後な る べ く 早 く 次の
ト ラ ンザ ク シ ョ ンが実行 さ れ る よ う にな る よ う に、 適用 さ れ ます。 こ れに よ り 、 こ の関数に FSM ロ ジ ッ ク は必
要な く な り ます。
•
こ の変数の元の ソ ース コ ー ド は、 こ の手法を適用する のがどれだけ簡単か を示すために、 コ メ ン ト ア ウ ト さ れ
てい ます。
通常は Vivado HLS に よ り 最終 RTL で レ ジ ス タ に格納 さ れ る 変数が決定 さ れますが、 こ の コ ー ド 記述方法を使用す る
と 、 コ ー ド の機能を変えずに特定の変数を レ ジ ス タ に格納で き ます。
void apint_arith(dinA_t inA, dinB_t
dout1_t *out1
) {
inB,
dout2_t temp;
#pragma HLS RESOURCE variable=temp core=AddSub_DSP
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277
ハー ド ウ ェ アのコ ー ド 記述方法
temp = inB + inA;
*out1 = temp;
}
DSP48 への加算器および減算器のイ ン プ リ メ ン ト
デフ ォ ル ト では、加算器お よ び減算器は LUT を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。RESOURCE 指示子を使用す る と 、
DSP48 を使用 し て演算が イ ンプ リ メ ン ト さ れ る よ う に指定で き ます。
次の例の場合、 RESOURSE 指示子が変数 temp の加算演算を指定 し てお り 、 加算は AddSub_DSP コ ア を使用 し て イ
ン プ リ メ ン ト さ れ る 必要があ り ま す。 こ れに よ り 、 最終的なデザ イ ン では演算が DSP を使用 し て イ ン プ リ メ ン ト さ
れ る よ う にな り ます。
SRL リ ソ ースへの直接マ ッ プ
多 く の C アルゴ リ ズ ム では、 デー タ を ア レ イ 内で順次シ フ ト し ます。 ア レ イ の開始に新 し い値を追加 し 、 既存のデー
タ を ア レ イ 内でシ フ ト し 、 最 も 古いデー タ 値は破棄 さ れます。 こ の操作は、 ハー ド ウ ェ アではシ フ ト レ ジ ス タ と し て
イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
C か ら シ フ ト レ ジ ス タ を イ ンプ リ メ ン ト す る 場合、 ア レ イ を個々のエ レ メ ン ト に完全にパーテ ィ シ ョ ン し 、 RTL 内の
エ レ メ ン ト 間のデー タ 依存性か ら シ フ ト レ ジ ス タ を暗示 さ せる のが最 も 一般的です。
論理合成では、通常 RTL シ フ ト レ ジ ス タ がシ フ ト レ ジ ス タ を効率的に イ ンプ リ メ ン ト する ザ イ リ ン ク ス SRL リ ソ ー
ス に イ ンプ リ メ ン ト さ れます。 問題は、 論理合成で RTL シ フ ト レ ジ ス タ が SRL コ ン ポーネ ン ト を使用 し て イ ンプ リ
メ ン ト さ れない場合があ る こ と です。
•
シ フ ト レ ジ ス タ の中央にあ る デー タ にア ク セ スする 場合、 論理合成では SRL を直接推論で き ません。
•
SRL が最適であ っ て も 、 ほかの要因に よ り 論理合成でシ フ ト レ ジ ス タ が フ リ ッ プ フ ロ ッ プに イ ンプ リ メ ン ト さ
れ る こ と があ り ます。 論理合成は、 複雑なプ ロ セ ス です。
Vivado HLS では、 C++ ク ラ ス (ap_shift_reg) が提供 さ れてお り 、 C コ ー ド で定義 さ れた シ フ ト レ ジ ス タ が SRL
リ ソ ース を使用 し て常に イ ン プ リ メ ン ト さ れ る よ う にな っ てい ます。 ap_shift_reg ク ラ ス では、 SRL コ ン ポーネ
ン ト でサポー ト さ れ る さ ま ざ ま な読み出 し お よ び書 き 込みア ク セ ス を実行す る 方法が 2 つあ り ます。
シ フ ト レ ジ ス タ か らの読み出 し
読み出 し メ ソ ッ ド では、 シ フ ト レ ジ ス タ の指定 し た位置か ら 読み出 し をする こ と がで き ます。
Vivado HLS には、 ap_shift_reg ク ラ ス を定義す る ap_shift_reg.h ヘ ッ ダー フ ァ イ ルが ス タ ン ド ア ロ ン パ ッ
ケ ー ジ と し て 含 ま れ て お り 、 ユ ー ザ ー の ソ ー ス コ ー ド で 使用 で き る よ う に な っ て い ま す。 こ の パ ッ ケ ー ジ
(xilinx_hls_lib_2013_1.tgz) は、Vivado HLS イ ン ス ト ール デ ィ レ ク ト リ の include デ ィ レ ク ト リ に含まれま
す。
// Include the Class
#include ap_shift_reg.h
// Define a variable of type ap_shift_reg<type, depth>
// - Sreg must use the static qualifier
// - Sreg will hold integer data types
// - Sreg will hold 4 data values
static ap_shift_reg<int, 4> Sreg;
int var1;
// Read location 2 of Sreg into var1
var1 = Sreg.read(2);
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278
ハー ド ウ ェ アのコ ー ド 記述方法
デー タ の読み出 し および書き込み し て、 シ フ ト
shift メ ソ ッ ド では、 読み出 し 、 書 き 込みお よ びシ フ ト 操作を実行で き ます。
// Include the Class
#include ap_shift_reg.h
// Define a variable of type ap_shift_reg<type, depth>
// - Sreg must use the static qualifier
// - Sreg will hold integer data types
// - Sreg will hold 4 data values
static ap_shift_reg<int, 4> Sreg;
int var1;
// Read location 3 of Sreg into var1
// THEN shift all values up one and load In1 into location 0
var1 = Sreg.shift(In1,3);
読み出 し および書き込み し て、 シ フ ト を イ ネーブル制御
shift メ ソ ッ ド では イ ネーブル入力 も サポー ト さ れてお り 、 シ フ ト 操作を変数で制御お よ び イ ネーブルにで き ます。
// Include the Class
#include ap_shift_reg.h
// Define a variable of type ap_shift_reg<type, depth>
// - Sreg must use the static qualifier
// - Sreg will hold integer data types
// - Sreg will hold 4 data values
static ap_shift_reg<int, 4> Sreg;
int var1, In1;
bool En;
// Read location 3 of Sreg into var1
// THEN if En=1
// Shift all values up one and load In1 into location 0
var1 = Sreg.shift(In1,3,En);
ap_shift_reg ク ラ ス を使用す る と 、 Vivado HLS で各シ フ ト レ ジ ス タ に対 し て固有の RTL コ ン ポーネ ン ト が作成
さ れます。 論理合成が実行 さ れ る と 、 こ の コ ン ポーネ ン ト が SRL リ ソ ース に合成 さ れます。
ス ト リ ー ミ ング デー タ を使用 し た設計
ス ト リ ー ミ ン グ デー タ と は、 デー タ サ ンプルが最初のサン プルか ら シーケ ン シ ャ ル順に送信 さ れ る タ イ プのデー タ
転送の こ と です。 ス ト リ ー ミ ン グには、 ア ド レ ス管理は必要あ り ません。
ス ト リ ー ミ ン グ デー タ を使用す る デザ イ ンは C で記述する のが困難な場合があ り ます。 172 ページの 「マルチア ク セ
ス ポ イ ン タ ー イ ン タ ーフ ェ イ ス : ス ト リ ー ミ ン グ デー タ 」 の説明の と お り 、 複数の読み出 し お よ び書 き 込みを実行
す る ためにポ イ ン タ ーを使用す る と 、 型修飾子 と テ ス ト ベンチの構築方法が記述 さ れ る ので、 問題が発生す る 可能性
があ り ます。
Vivado HLS には、 ス ト リ ー ミ ン グ デー タ 構造を記述す る ための C++ テ ン プ レー ト ク ラ ス の hls::stream<> が含
まれます。 hls::stream<> ク ラ ス を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト し た ス ト リ ームには、 次の属性があ り ます。
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ハー ド ウ ェ アのコ ー ド 記述方法
こ のセ ク シ ョ ンでは、 ス ト リ ー ミ ン グ デー タ を使用 し たデザ イ ン を hls::stream<> ク ラ ス を使用 し て よ り 簡単に
記述す る 方法を示 し ます。 こ のセ ク シ ョ ンの ト ピ ッ ク には、 次が含まれます。
•
ス ト リ ーム を使用 し た記述 と ス ト リ ームの RTL イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンの概要
•
グ ロ ーバル ス ト リ ーム変数の規則
•
ス ト リ ームの使用方法
•
読み出 し お よ び書 き 込みのブ ロ ッ キ ン グ
•
読み出 し お よ び書 き 込みの ノ ンブ ロ ッ キ ン グ
•
FIFO の深 さ の制御
注記 : hls::stream ク ラ ス は常に C++ リ フ ァ レ ン ス引数 と し て関数間で使用 さ れます。た と えば、&my_stream
です。
C 記述 と RTL イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン
ス ト リ ームは、 ソ フ ト ウ ェ ア (お よ び RTL 協調シ ミ ュ レーシ ョ ン中のテ ス ト ベンチ) では無限大のキ ュ ー と し て記述
さ れます。 ス ト リ ーム を シ ミ ュ レーシ ョ ンす る ために C で深 さ を指定する 必要はあ り ません。 ス ト リ ームは、 関数内
お よ び関数への イ ン タ ーフ ェ イ ス 上で使用で き ま す。 内部 ス ト リ ームは関数パ ラ メ ー タ ー と し て渡す こ と がで き ま
す。
ス ト リ ームは C++ ベース のデザ イ ン でのみ使用で き ます。 各 hls::stream<> オブジ ェ ク ト は 1 プ ロ セ ス で書 き 込
ま れ、 1 プ ロ セ ス で読み出 さ れ る よ う にす る 必要があ り ます。 た と えば、 DATAFLOW デザ イ ン では、 各 ス ト リ ーム
グには 1 つの送信プ ロ セ ス と 1 つの受信プ ロ セ ス だけが含まれます。
RTL では、 ス ト リ ームは FIFO ま たはフル ハン ド シ ェ イ ク イ ン タ ーフ ェ イ ス ポー ト のいずれか と し て イ ンプ リ メ ン
ト さ れます。 デフ ォ ル ト の イ ン タ ーフ ェ イ ス ポー ト は ap_fifo ポー ト です。 こ のポー ト はオプシ ョ ン で最上位 イ ン
タ ーフ ェ イ ス の ap_hs ポー ト と し て イ ンプ リ メ ン ト す る こ と も で き ます。 内部ス ト リ ームは、 FIFO イ ン タ ーフ ェ イ
ス と し てのみ イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
ス ト リ ーム で作成 さ れた FIFO はデフ ォ ル ト で深 さ 1、 2 エ レ メ ン ト レ ジ ス タ ベース の FIFO と し て イ ン プ リ メ ン ト
さ れます。 FIFO の深 さ にはオプシ ョ ンで STREAM 指示子を使用で き ます。
グ ローバルおよびロー カル ス ト リ ーム
ス ト リ ームは、 ロ ーカルま たはグ ロ ーバルのいずれかに定義で き ます。 ロ ーカル ス ト リ ームは常に内部 FIFO と し て
イ ンプ リ メ ン ト さ れます。 グ ロ ーバル ス ト リ ームは FIFO ま たはポー ト と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ る 可能性があ り ま
す。
•
読み出 し 専用ま たは書 き 込み専用のグ ロ ーバルに定義 さ れた ス ト リ ームは、 最上位 RTL ブ ロ ッ ク の外部ポー ト
と し て推論 さ れます。
•
最上位関数 よ り 下位の階層での読み出 し お よ び書 き 込み両方用の グ ロ ーバルに定義 さ れた ス ト リ ーム は、 内部
FIFO と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
グ ロ ーバル ス コ ープで定義 さ れ る ス ト リ ームは、 その他のグ ロ ーバル変数 と 同 じ 規則に従い ます。 グ ロ ーバル変数の
合成の詳細は、 181 ページの 「デー タ 型」 を参照 し て く だ さ い。
ス ト リ ームの使用
hls::stream<> オブジ ェ ク ト を使用す る には、ヘ ッ ダー フ ァ イ ルの hls_stream.h を含め ます。 こ の フ ァ イ ルは、
Vivado HLS イ ン ス ト ール デ ィ レ ク ト リ の include デ ィ レ ク ト リ に含まれます。こ のデ ィ レ ク ト リ はシ ミ ュ レーシ ョ
ンお よ び合成中に自動的に検索 さ れ る ので、 検索パ ス に追加す る 必要はあ り ません。
Vivado HLS には、 hls_stream.h ヘ ッ ダー フ ァ イ ル も ス タ ン ド ア ロ ン パ ッ ケージ と し て含まれてお り 、 ユーザーの
ソ ース コ ー ド で使用で き る よ う にな っ てい ます。 こ の xilinx_hls_lib_2012_3.tgz パ ッ ケージは、 Vivado HLS
イ ン ス ト ール デ ィ レ ク ト リ の include デ ィ レ ク ト リ に含まれます。
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ハー ド ウ ェ アのコ ー ド 記述方法
ス ト リ ー ミ ン グ デー タ オブジ ェ ク ト は、 型 と 変数名を指定 し て定義 し ます。 次の例では、 128 ビ ッ ト の符号な し 整数
型が定義 さ れて、 my_wide_stream と い う ス ト リ ーム変数を作成す る ために使用 さ れてい ます。
#include <ap_int.h>
#include <hls_stream.h>
typedef ap_uint<128> uint128_t; // 128-bit user defined type
hls::stream<uint128_t> my_wide_stream; // A stream declaration
ス ト リ ームが hls::stream<T> と し て指定 さ れてい る 場合は、 T 型は次のいずれかにな り ます。
•
C++ ネ イ テ ィ ブ デー タ 型
•
Vivado HLS 任意精度型 (例 : ap_int<>、 ap_ufixed<>、 ユーザー定義 (typedef) 構造型な ど)
注記 : メ ソ ッ ド ( メ ンバー関数) を含む通常のユーザー定義の ク ラ ス (ま たは構造) は、 ス ト リ ーム変数の型 (T) と し て
使用 さ れ る べ き ではあ り ません。
ス ト リ ームが関数を出入 り す る 際は、 次の例の よ う に リ フ ァ レ ン ス ご と に渡 さ れ る 必要があ り ます。
void stream_function (
hls::stream<uint8_t> &strm_out,
hls::stream<uint8_t> &strm_in,
uint16_t strm_len
)
GUI の ウ ェ ルカ ム画面か ら デザ イ ン例に含まれ る hls_stream の例を参照 し て く だ さ い。
ス ト リ ームは上記の例の よ う に ス コ ープ付 き の名前を使用す る か、 「using namespace hls;」 文の付いた フ ァ イ
ル ス コ ープに hls namespace を含め る 必要があ り ます。 namespace が使用 さ れ る 場合、 上記の例は次の よ う に記述で
き ます。
#include <ap_int.h>
#include <hls_stream.h>
using namespace hls;
typedef ap_uint<128> uint128_t; // 128-bit user defined type
stream<uint128_t> my_wide_stream; // hls:: no longer required
> 演算子 よ り も ピ リ オ ド ( . ) を使用 し て メ ソ ッ ド を選択で き る よ う にな る ので、 foo(hls::stream<char> &foo,
…) の よ う に参照渡 し 変数のみを使用す る こ と をお勧め し ます。
Vivado HLS では、 ブ ロ ッ キ ン グお よ び ノ ンブ ロ ッ キ ン グ ア ク セ ス の メ ソ ッ ド 両方がサポー ト さ れます。
•
ノ ンブ ロ ッ キ ン グ ア ク セ ス は、 FIFO イ ン タ ーフ ェ イ ス と し てのみ イ ンプ リ メ ン ト で き ます。
•
ap_fifo ポー ト と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ る ス ト リ ー ミ ン グ ポー ト と AXI4Stream リ ソ ース を使用 し て定義 さ
れ る ス ト リ ー ミ ン グ ポー ト には、 ノ ンブ ロ ッ キ ン グ ア ク セ ス を使用 し ないで く だ さ い。
読み出 し および書き込みのブ ロ ッ キング
hls::stream<> オブジ ェ ク ト への基本的な ア ク セ ス は読み出 し お よ び書 き 込みのブ ロ ッ キ ン グで、こ れは ク ラ ス メ
ソ ッ ド ( メ ンバー関数) を使用 し て達成で き ます。 こ れ ら の メ ソ ッ ド は、 空の ス ト リ ーム FIFO か ら の読み出 し や、 フ
ル ス ト リ ーム FIFO への書 き 込みが あ っ た場合、 ま たは ap_hs イ ン タ ーフ ェ イ ス プ ロ ト コ ルにマ ッ プ さ れた ス ト
リ ームに対 し て フル ハン ド シ ェ イ ク が達成 さ れ る ま で、 実行を停止 (ブ ロ ッ ク ) し ます。
書き込み メ ソ ッ ド のブ ロ ッ キング
次の例では、 src_var 変数が ス ト リ ームに含まれてい ます。
// Usage of void write(const T & wdata)
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ハー ド ウ ェ アのコ ー ド 記述方法
hls::stream<int> my_stream;
int src_var = 42;
my_stream.write(src_var);
<< 演算子はオーバー ロ ー ド さ れてい る ので、 C++ ス ト リ ームの ス ト リ ーム挿入演算子 (例 : iostreams、 filestreams な ど
) と 同様の方法で使用で き ます。 書 き 込まれ る hls::stream<> オブジ ェ ク ト は、 左側の引数 と し て、 書 き 込まれ る
値は右側に記述 さ れます。
// Usage of void operator << (T & wdata)
hls::stream<int> my_stream;
int src_var = 42;
my_stream << src_var;
読み出 し メ ソ ッ ド のブ ロ ッ キング
こ の メ ソ ッ ド では、 ス ト リ ームの冒頭か ら 読み出 し 、 値を dst_var 変数に代入 し ます。
// Usage of void read(T &rdata)
hls::stream<int> my_stream;
int dst_var;
my_stream.read(dst_var);
ま たは、 ス ト リ ームの次のオブジ ェ ク ト は、 その ス ト リ ーム を左側のオブジ ェ ク ト に代入 (=、 +=、 な ど を使用) す る
と 読み出す こ と がで き ます。
// Usage of T read(void)
hls::stream<int> my_stream;
int dst_var = my_stream.read();
>> 演算子はオーバー ロ ー ド さ れ、 C++ ス ト リ ームの ス ト リ ーム抽出演算子 (例 : iostreams、 filestreams な ど) の よ う に
使用で き ます。 hls::stream は LHS 引数、 お よ びデス テ ィ ネーシ ョ ン変数の RHS と し て提供 さ れてい ます。
// Usage of void operator >> (T & rdata)
hls::stream<int> my_stream;
int dst_var;
my_stream >> dst_var;
ノ ン ブ ロ ッ キング読み出 し お よび書き込み
読み出 し お よ び書 き 込みの ノ ンブ ロ ッ キ ン グ メ ソ ッ ド も 提供 さ れてい ます。 こ れに よ り 、 空の ス ト リ ーム FIFO か ら
の読み出 し やフル ス ト リ ーム FIFO への書 き 込みがあ っ て も 、 実行を続行 さ せ る こ と がで き ます。
こ れ ら の メ ソ ッ ド は、 ア ク セ ス の ス テー タ ス を示すブール値を戻 し ま す (問題なければ true、 それ以外は false)。
hls::stream<> ス ト リ ームの ス テー タ ス を テ ス ト す る ために、 別の メ ソ ッ ド も 提供 さ れてい ます。
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ハー ド ウ ェ アのコ ー ド 記述方法
ヒ ン ト : ノ ン ブ ロ ッ キ ン グ ア ク セ ス の詳細な メ ソ ッ ド は ど れ も 、 ap_hs プ ロ ト コ ルが選択 さ れた hls::stream<> イ ン
タ ーフ ェ イ ス では使用で き ません。
C シ ミ ュ レーシ ョ ン中、 ス ト リ ーム には無限サ イ ズが含 ま れ ま す。 こ のため、 ス ト リ ーム が フ ルの場合は C シ ミ ュ
レーシ ョ ンで検証はで き ません。 こ れ ら の メ ソ ッ ド は、 FIFO サ イ ズ (デフ ォ ル ト サ イ ズの 1 か STREAM 指示子で定
義 さ れた任意のサ イ ズ) が定義 さ れた場合の RTL シ ミ ュ レーシ ョ ン中にのみ検証で き ます。
ノ ン ブ ロ ッ キング書き込み
こ の メ ソ ッ ド では、 src_var 変数を my_stream ス ト リ ームに含め よ う と し 、 含まれ る 場合はブール値 true が戻 さ
れ る よ う に し てい ます。 それ以外の場合は false が戻 さ れて、 キ ュ ーは影響を受け ません。
// Usage of void write_nb(const T & wdata)
hls::stream<int> my_stream;
int src_var = 42;
if (my_stream.write_nb(src_var)) {
// Perform standard operations
...
} else {
// Write did not occur
return;
}
フ ルかど う かのテ ス ト
bool full(void)
こ の メ ソ ッ ド は、 hls::stream<> オブジ ェ ク ト が フルの場合にのみ true を戻 し ます。
// Usage of bool full(void)
hls::stream<int> my_stream;
int src_var = 42;
bool stream_full;
stream_full = my_stream.full();
ノ ン ブ ロ ッ キング読み出 し
bool read_nb(T & rdata)
こ の メ ソ ッ ド では、 ス ト リ ームか ら 値を読み出そ う と し 、 問題な く 読み出せた場合は true が戻 さ れます。 それ以外
の場合は false が戻 さ れて、 キ ュ ーは影響を受け ません。
// Usage of void read_nb(const T & wdata)
hls::stream<int> my_stream;
int dst_var;
if (my_stream.read_nb(dst_var)) {
// Perform standard operations
...
} else {
// Read did not occur
return;
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283
ハー ド ウ ェ アのコ ー ド 記述方法
}
空かど う かのテ ス ト
bool empty(void)
hls::stream<> が空の場合にのみ true を戻 し ます。
// Usage of bool empty(void)
hls::stream<int> my_stream;
int dst_var;
bool stream_empty;
fifo_empty = my_stream.empty();
次の例は、 ノ ンブ ロ ッ キ ン グ ア ク セ ス と フル/空のテ ス ト を組み合わせて、 RTL FIFO が フルま たは空の場合にエ ラ ー
を ど の よ う に処理す る か を示 し てい ます。
#include hls_stream.h
using namespace hls;
typedef struct {
short
data;
bool
valid;
bool
invert;
} input_interface;
bool invert(stream<input_interface>& in_data_1,
stream<input_interface>& in_data_2,
stream<short>& output
) {
input_interface in;
bool full_n;
// Read an input value or return
if (!in_data_1.read_nb(in))
if (!in_data_2.read_nb(in))
return false;
// If the valid data is written, return not-full (full_n) as true
if (in.valid) {
if (in.invert)
full_n = output.write_nb(~in.data);
else
full_n = output.write_nb(in.data);
}
return full_n;
}
ス ト リ ーム を使用 し たデザ イ ン例全体は、次を ク リ ッ ク し た Vivado HLS のサンプル デザ イ ン例のセ ク シ ョ ンに含ま
れます。
[Help] → [Welcome] → [Browse Examples] → [Design Examples] → [hls_stream]
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C の任意精度型
RTL の FIFO の深 さ の制御
ス ト リ ー ミ ン グ デー タ を使用す る ほ と ん ど のデザ イ ンでは、 デフ ォ ル ト の RTL FIFO の深 さ 1 は十分な深 さ です。 こ
れは、 ス ト リ ー ミ ン グ デー タ が通常 1 度に 1 サンプルを処理す る か ら です。
イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンで FIFO の深 さ が 1 よ り 多 く 必要なマルチ レー ト デザ イ ンの場合は、STREAM 指示子を使用
し て RTL シ ミ ュ レーシ ョ ンが終了す る ために必要な深 さ を設定す る 必要があ り ます。FIFO の深 さ が十分でない場合、
RTL 協調シ ミ ュ レーシ ョ ンは停止 し ます。
こ のため、 ス ト リ ーム オブジ ェ ク ト は GUI の [Directives] タ ブには表示 さ れないので、 STREAM 指示子を [Directives]
タ ブか ら は直接適用で き ません。
hls::stream<> オブジ ェ ク ト が宣言 さ れてい る ( ま たは引数 リ ス ト に使用 さ れてい る か存在 し てい る ) 関数で右 ク
リ ッ ク し ます。
•
STREAM 指示子を選択 し ます。
•
variable フ ィ ール ド には、 その ス ト リ ーム変数名を入力 し ます。
ま たは、 次のいずれか を実行 し ます。
•
directives.tcl フ ァ イ ルで STREAM 指示子を手動で指定 し ます。
•
source に pragma と し て追加 し ます。
RTL 協調シ ミ ュ レーシ ョ ンのサポー ト
Vivado HLS の RTL 協調シ ミ ュ レーシ ョ ン機能では、 最上位 イ ン タ ーフ ェ イ ス に hls::stream<> メ ンバーを含む構
造ま たは ク ラ ス はサポー ト さ れません。 Vivado HLS では こ れ ら の構造お よ び ク ラ ス は合成でサポー ト さ れます。
typedef struct {
hls::stream<uint8_t> a;
hls::stream<uint16_t> b;
} strm_strct_t;
void dut_top(strm_strct_t indata, strm_strct_t outdata) { … }
こ れ ら の制限は、 最上位関数の引数 と グ ロ ーバルに宣言 さ れたオブジ ェ ク ト の両方に適用 さ れます。 ス ト リ ームの構
造体が合成に使用 さ れ る 場合は、 外部の RTL シ ミ ュ レー タ と ユーザーの作成 し た HDL テ ス ト ベンチを使用 し てデザ
イ ン を検証す る 必要があ り ま す。 内部 リ ン ケージの厳 し い hls::stream<> オブジ ェ ク ト には、 こ の よ う な制限は
あ り ません。
C の任意精度型
こ のセ ク シ ョ ンでは、 次について説明 し ます。
•
C 言語デザ イ ン用に Vivado HLS で提供 さ れ る 任意精度 (AP) 型
•
C の int#w 型用の関連関数
[u]int#W 型の コ ンパイル
[u]int#W 型を使用す る には、 [u]int#W 変数を参照す る ソ ース フ ァ イ ルすべてに ap_cint.h ヘ ッ ダー フ ァ イ ル
を含め る 必要があ り ます。
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285
C の任意精度型
こ の型を使用す る ソ フ ト ウ ェ ア モデルを コ ンパ イ ルす る と き 、 Vivado HLS のヘ ッ ダー フ ァ イ ルの場所を指定す る 必
要があ る 場合があ り ます。 た と えば、 gcc コ ンパ イ ルには -I/<HLS_HOME>/include オプシ ョ ン を追加す る な ど し
ます。
ヒ ン ト : gcc -O3 オプシ ョ ン を使用 し て コ ンパ イ ルす る 場合には、 ソ フ ト ウ エア モデルで最高のパフ ォ ーマ ン ス に
な り ます。
[u]int#W 変数の宣言/定義
C 型には次の よ う にそれぞれ符号付 き お よ び符号な し があ り ます。
•
int#W
•
uint#W
説明 :
°
#W は数値で、 宣言 さ れてい る 変数の合計幅を指定 し ます。
次の例にあ る よ う に、 C/C++ の typedef 文を使用 し てユーザー定義型を作成す る こ と がで き ます。
include “ap_cint.h”
// use [u]int#W types
typedef uint128 uint128_t;
int96 my_wide_var;
// 128-bit user defined type
// a global variable declaration
幅の最大値は 1024 ビ ッ ト です。
定数 ( リ テ ラ ル) か ら の初期化および代入
[u]int#W 変数は、 ネ イ テ ィ ブ整数デー タ 型でサポー ト さ れてい る の と 同 じ 整数定数で初期化す る こ と がで き ます。
定数は [u]int#W 変数の最大幅ま でゼ ロ ま たは符号拡張 さ れます。
#include “ap_cint.h”
uint15
uint52
uint52
uint96
a
b
c
d
=
=
=
=
0;
1234567890U;
0o12345670UL;
0x123456789ABCDEFULL;
64 ビ ッ ト よ り も 大 き な ビ ッ ト 幅には、 次の フ ァ ン ク シ ョ ン を使用す る こ と がで き ます。
apint_string2bits()
こ のセ ク シ ョ ンで も 、 関連す る 関数の使用について説明 し ます。
•
apint_string2bits_bin()
•
apint_string2bits_oct()
•
apint_string2bits_hex()
こ れ ら の フ ァ ン ク シ ョ ンは、 基数 (10 進数、 2 進数、 8 進数、 16 進数) の制約内で指定 さ れた桁の定数文字列を、 ビ ッ
ト 幅 N の値に変換 し ます。 基数の場合、 値が負の値であ る こ と を示すには、 マ イ ナ ス記号 (-) を数字の前に付け ます。
int#Napint_string2bits[_radix](const char*, int N)
こ れは、 C 言語で許容 さ れ る 値 よ り も 大 き な値で整数定数を コ ン ス ト ラ ク ト す る のに使用 さ れます。 小 さ な値で も 問
題はあ り ませんが、 既存の C 言語の定数値で指定す る 方が簡単です。
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286
C の任意精度型
#include <stdio.h>
#include “ap_cint.h”
int128 a;
// Set a to the value hex 00000000000000000123456789ABCDF0
a = a-apint_string2bits_hex(-123456789ABCDEF,128);
ま た、 値は文字列か ら 直接代入す る こ と がで き ます。
apint_vstring2bits()
こ の関数は、 16 進数の基数の制約内で指定 さ れた桁の定数文字列を、 ビ ッ ト 幅 N の値に変換 し ます。 値が負の値で
あ る こ と を示すには、 マ イ ナ ス記号 (-) を数字の前に付け ます。
こ れは、C 言語で許容 さ れ る 値 よ り も 大 き な値で整数定数を コ ン ス ト ラ ク ト する のに使用 さ れます。 こ の関数は通常、
フ ァ イ ルか ら 情報を読み出すためにテ ス ト ベンチで使用 さ れます。
フ ァ イ ル test.dat には次のデー タ が含まれてい る と し ます。
123456789ABCDEF
-123456789ABCDEF
-5
テ ス ト ベンチで使用 さ れてい る 場合、 こ の関数で次の値が出力 さ れます。
#include <stdio.h>
#include “ap_cint.h”
typedef data_t;
int128 test (
int128 t a
) {
return a+1;
}
int main () {
FILE *fp;
char vstring[33];
fp
= fopen(test.dat,r);
while (fscanf(fp,%s,vstring)==1) {
//
//
//
//
Supply function “test” with the following values
00000000000000000123456789ABCDF0
FFFFFFFFFFFFFFFFFEDCBA9876543212
FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFC
test(apint_vstring2bits_hex(vstring,128));
printf(\n);
}
fclose(fp);
return 0;
}
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287
C の任意精度型
コ ン ソ ール I/O (出力) のサポー ト
[u]int#W 変数は、 ネ イ テ ィ ブ整数デー タ 型でサポー ト さ れてい る の と 同 じ 変換指定子で出力す る こ と がで き ます。
変換指定子に基づいて フ ィ ッ ト す る ビ ッ ト のみが出力 さ れます。
#include “ap_cint.h”
uint164
c = 0x123456789ABCDEFULL;
printf( d%40d\n,c);
// d
printf( hd%40hd\n,c);
// hd
printf( ld%40ld\n,c);
// ld
printf(lld%40lld\n,c);
// lld
// Signed integer in decimal format
-1985229329
// Short integer
-12817
// Long integer
81985529216486895
// Long long integer
81985529216486895
printf( u%40u\n,c);
// u
printf( hu%40hu\n,c);
// hu
printf( lu%40lu\n,c);
// lu
printf(llu%40llu\n,c);
// llu
// Unsigned integer in decimal format
2309737967
printf( o%40o\n,c);
// o
printf( ho%40ho\n,c);
// ho
printf( lo%40lo\n,c);
// lo
printf(llo%40llo\n,c);
// llo
// Unsigned integer in octal format
21152746757
printf( x%40x\n,c);
// x
printf( hx%40hx\n,c);
// hx
printf( lx%40lx\n,c);
// lx
printf(llx%40llx\n,c);
// llx
// Unsigned integer in hexadecimal format [0-9a-f]
89abcdef
printf(
// X
}
// Unsigned integer in hexadecimal format [0-9A-F]
89ABCDEF
X%40X\n,c);
52719
81985529216486895
81985529216486895
146757
4432126361152746757
4432126361152746757
cdef
123456789abcdef
123456789abcdef
[u]int#W 変数の初期化お よ び代入の場合 と 同様に、 64 ビ ッ ト よ り も 大 き な値の出力を サポー ト す る ための機能が
提供 さ れてい ます。
apint_print()
こ れは、 C 言語で許容 さ れ る 値 よ り も 大 き な値の整数を表示す る のに使用 さ れ ま す。 こ の関数は、 基数 (2、 8、 10、
16) に基づいて処理 さ れた値を stdout に出力 し ます。
void
apint_print(int#N value, int radix)
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288
C の任意精度型
apint_printf() が使用 さ れてい る と き の結果値の例は次の よ う にな り ます。
#include <stdio.h>
#include “ap_cint.h”
int65 Var1 = 44;
apint_print(tmp,2);
//00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000101100
apint_print(tmp,8);
// 0000000000000000000054
apint_print(tmp,10);
// 44
apint_print(tmp,16);
// 0000000000000002C
apint_fprint()
こ れは、C 言語で許容 さ れ る 値 よ り も 大 き な値の整数を表示する のに使用 さ れます。 こ の フ ァ ン ク シ ョ ンは、基数 (2、
8、 10、 16) に基づいて処理 さ れた値を フ ァ イ ルに出力 し ます。
void
apint_fprint(FILE* file, int#N value, int radix)
[u]int#W 型を使用 し た式
[u]int#W 型の変数は、 通常 C 演算子を使用 し た式では自由に使用す る こ と がで き ます。 し か し 、 一部には予期 し な
い動作が見 ら れ、 説明が必要な こ と があ り ます。
ビ ッ ト 幅が小 さ い値を幅が大き い ものへ代入する場合のゼロ ま たは符号拡張
ビ ッ ト 幅が小 さ い符号付 き 変数の値を幅の大 き な も のへ代入す る と 、 符号に関わ ら ず、 値はデス テ ィ ネーシ ョ ン変数
の幅 (大 き いほ う の幅) に符号拡張 さ れます。
同様に、 符号な し のビ ッ ト 幅の小 さ い変数は代入前にゼ ロ 拡張 さ れます。
代入で予期動作を得 る には、 ソ ース変数の明示的な型変換が必要にな る こ と があ り ます。
ビ ッ ト 幅が大き い値を幅が小 さ い ものへ代入する場合の切 り 捨て
ビ ッ ト 幅が大 き い ソ ース変数値を幅の小 さ な も のへ代入す る と 、 値が切 り 捨て ら れ、 デス テ ィ ネーシ ョ ン値 (幅の小
さ いほ う の値) の最上位ビ ッ ト (MSB) を超え た ビ ッ ト はすべて失われます。
こ の切 り 捨てが行われ る と き 、 符号情報が特別に処理 さ れ る わけではないので、 予期 し ない動作が見 ら れ る 可能性が
あ り ます。 予期 し ない動作を防 ぐ には、 明示的な型変換を利用 し ます。
2 進数の演算子
通常、 ネ イ テ ィ ブの C 整数デー タ 型で実行可能な有効な演算は [u]int#w 型でサポー ト さ れてい ます。
任意精度演算を行 う ため、 標準 2 進数整数演算子がオーバー ロ ー ド さ れます。 次の演算子ではすべて、 [u]int#W の
2 つのオペ ラ ン ド が使用 さ れ る か、 ま たは [u]int#W 型を 1 つ と C/C++ 整数デー タ 型 1 つ (char、 short、 int な
ど) が使用 さ れます。
結果値の幅お よ び符号は、 デス テ ィ ネーシ ョ ン変数 (ま たは式) の幅に基づいて符号拡張、 ゼ ロ の追加、 ま たは切 り 捨
てが実行 さ れ る 前に、 オペ ラ ン ド の幅お よ び符号で決ま り ます。 返 さ れ る 値の詳細は各演算子で説明 さ れてい ます。
式に ap_[u]int 型お よ び C/C++ 整数型の両方が含まれてい る 場合、 C++ 型では次の幅が使用 さ れます。
•
char :8 ビ ッ ト
•
short :16 ビ ッ ト
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289
C の任意精度型
•
int :32 ビ ッ ト
•
long :32 ビ ッ ト
•
long long :64 ビ ッ ト
加算
[u]int#W::RType [u]int#W::operator + ([u]int#W op)
こ の式は、 2 つの ap_[u]int (ま たは ap_[u]int 1 つ と C/C++ 整数型を 1つ) の和を計算 し ます。
和の幅は、 次の よ う にな り ます。
•
2 つのオペ ラ ン ド の幅の大 き いほ う よ り も 1 ビ ッ ト 大き く な る
•
幅の広いほ う が符号な し で幅の小 さ いほ う が符号付 き の場合のみ 2 ビ ッ ト 大 き く な る
オペ ラ ン ド のいずれか (ま たは両方) が符号付 き であれば、 和は符号付 き と し て処理 さ れ る
減算
[u]int#W::RType [u]int#W::operator - ([u]int#W op)
•
2 つの整数の差を計算す る 式です。
•
相違値の幅は、 次の よ う にな り ます。
°
2 つのオペ ラ ン ド の幅の大 き いほ う よ り も 1 ビ ッ ト 大き く な る
°
幅の広いほ う が符号な し で幅の小 さ いほ う が符号付 き の場合のみ 2 ビ ッ ト 大 き く な る
•
代入前に、 デス テ ィ ネーシ ョ ン変数の幅に基づいて、 符号拡張、 ゼ ロ の追加、 ま たは切 り 捨てが実行 さ れます。
•
オペ ラ ン ド の符号に関わ ら ず、 差は符号付 き と し て処理 さ れます。
乗算
[u]int#W::RType [u]int#W::operator * ([u]int#W op)
•
2 つの整数値の積を戻 し ます。
•
積の幅はオペ ラ ン ド の幅の合計です。
•
オペ ラ ン ド のいずれかが符号付 き であれば、 積は符号付 き と し て処理 さ れます。
除算
[u]int#W::RType [u]int#W::operator / ([u]int#W op)
•
2 つの整数値の商を計算 し ます。
•
除数が符号な し であ る 場合、 商の幅は被除数の幅 と な り 、 そ う でない場合は、 商の幅は被除数の幅に 1 を足 し た
も のの幅 と な り ます。
•
オペ ラ ン ド のいずれかが符号付 き であれば、 商は符号付 き と し て処理 さ れます。
注記 : 除算演算子 を Vivado HLS で合成す る と 、 生成 さ れ た RTL に適切にパ ラ メ ー タ ー設定 さ れ た ザ イ リ ン ク ス
LogiCORE™ IP の除算 コ アが イ ン ス タ ン シエー ト さ れます。
剰余
[u]int#W::RType [u]int#W::operator % ([u]int#W op)
•
2 つの整数値の整数除算の余 り を戻 し ます。
•
オペ ラ ン ド が ど ち ら も 同 じ 符号であ る 場合は、剰余の幅はオペ ラ ン ド の幅の最小値 と な り ます。除数が符号な し 、
被除数が符号付 き の場合は、 剰余の幅は除数の幅に 1 を足 し た も の と な り ます。
•
除数が符号な し 、 被除数が符号付 き の場合は、 剰余の幅は除数の幅に 1 を足 し た も の と な り ます。
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290
C の任意精度型
注記 : 剰余 (%) 演算子を Vivado HLS で合成す る と 、 生成 さ れた RTL で適宜パ ラ メ ー タ ー設定 さ れたザ イ リ ン ク ス
LogiCORE 除算 コ アが イ ン ス タ ン シエー ト さ れます。
ビ ッ ト 単位の論理演算子
ビ ッ ト 単位の論理演算子はすべて、 2 つのオペ ラ ン ド の幅の最大値 と な る 幅の値を返 し 、 両方のオペ ラ ン ド が符号な
し の場合にのみ符号な し と し て処理 さ れます。 そ う でない場合は、 符号付 き と し て処理 さ れます。
符号拡張 (ま たはゼ ロ の追加) は、 デス テ ィ ネーシ ョ ン変数ではな く 、 式の符号に基づいて実行 さ れます。
ビ ッ ト 単位の OR
[u]int#W::RType [u]int#W::operator | ([u]int#W op)
2 つのオペ ラ ン ド の ビ ッ ト 単位の OR 値を返 し ます。
ビ ッ ト 単位の AND
[u]int#W::RType [u]int#W::operator & ([u]int#W op)
2 つのオペ ラ ン ド の ビ ッ ト 単位の AND 値を返 し ます。
ビ ッ ト 単位の XOR
[u]int#W::RType [u]int#W::operator ^ ([u]int#W op)
2 つのオペ ラ ン ド の ビ ッ ト 単位の XOR 値を返 し ます。
シ フ ト 演算子
各シ フ ト 演算子には 2 つのバージ ョ ンがあ り 、 1 つは符号な し の右辺 (RHS) オペ ラ ン ド 、 も う 1 つは符号付き の RHS
です。
符号付 き RHS に負の値が与え ら れ る と シ フ ト 演算の方向を逆に し ま す。 た と えば、 RHS オペ ラ ン ド の絶対値に よ る
シ フ ト が逆の方向で発生 し ます。
シ フ ト 演算子は、 左辺 (LHS) オペ ラ ン ド と 同 じ 幅の値を返 し ます。 C/C++ の場合 と 同 じ よ う に、 右シ フ ト の LHS オペ
ラ ン ド が符号付 き の場合、 符号ビ ッ ト は、 LHS オペ ラ ン ド の符号を維持 し つつ、 最上位ビ ッ ト に コ ピー さ れます。
符号な し 整数右シ フ ト
[u]int#W [u]int#W::operator << (ap_uint<int_W2> op)
整数右シ フ ト
[u]int#W [u]int#W::operator << (ap_int<int_W2> op)
符号な し 整数左シ フ ト
[u]int#W [u]int#W::operator >> (ap_uint<int_W2> op)
整数左シ フ ト
[u]int#W [u]int#W::operator >> (ap_int<int_W2> op)
注意 : 左シ フ ト 演算子の結果を幅が広いほ う のデス テ ィ ネーシ ョ ン変数に代入する と 、 情報の一部ま たはすべてが失
われ る 場合があ り ますので注意 し て く だ さ い。 予期 し ない動作を防ぐ には、 シ フ ト 式を代入 さ れ る ほ う の型に明示的
に型変換す る よ う に し て く だ さ い。
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291
C の任意精度型
複合代入演算子
Vivado HLS では、 次の複合演算子がサポー ト さ れてい ます。
•
*=
•
/=
•
%=
•
+=
•
-=
•
<<=
•
>>=
•
&=
•
^=
•
=
RHS 式は計算 さ れてか ら 、 基本演算子に RHS オペ ラ ン ド と し て渡 さ れ、 LHS 変数にその結果が代入 さ れます。 式の
長 さ 、 符号、 符号拡張か切 り 捨てかのルールは、 関連す る 演算に対 し 上記で説明 さ れてい る よ う に、 適用 さ れます。
関係演算子
Vivado HLS では、 すべての関係演算子がサポー ト さ れてお り 、 比較結果に基づい てブール形式の値が返 さ れ ま す。
ap_[u]int 型の変数は、 こ れ ら の演算子を使用 し て C/C++ 基本整数型に比較す る こ と がで き ます。
等号
bool [u]int#W::operator == ([u]int#W op)
等号否定
bool [u]int#W::operator != ([u]int#W op)
小な り
bool [u]int#W::operator < ([u]int#W op)
大な り
bool [u]int#W::operator > ([u]int#W op)
小な り イ コ ール
bool [u]int#W::operator <= ([u]int#W op)
大な り イ コ ール
bool [u]int#W::operator >= ([u]int#W op)
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292
C の任意精度型
ビ ッ ト レ ベル演算 :サポー ト さ れる関数
[u]int#W 型を使用す る と 変数を ビ ッ ト レベルの精度で計算す る こ と がで き ます。 ビ ッ ト レベル演算を実行す る に
はハー ド ウ ェ ア アルゴ リ ズ ム を使用す る のが最適であ る こ と が よ く あ り ます。 Vivado HLS では次の よ う な関数が提
供 さ れてい ます。
ビ ッ ト 操作
ap_[u]int 型変数に格納 さ れてい る 値に基づいて一般的な ビ ッ ト レベル演算を行 う ために、 次の メ ソ ッ ド が提供 さ
れてい ます。
長さ
apint_bitwidthof()
int
apint_bitwidthof(type_or_value)
任意精度の整数値でビ ッ ト 数を示す整数値を戻 し ます。 1 つの型ま たは値で使用する こ と がで き ます。
int5 Var1, Res1;
Var1= -1;
Res1 = apint_bitwidthof(Var1);
Res1 = apint_and_reduce(int7);
// Res1 is assigned 5
// Res1 is assigned 7
連結
apint_concatenate()
int#(N+M)
apint_concatenate(int#N first, int#M second)
2 つの [u]int#W 変数を連結 し ます。 返 さ れた値の幅はオペ ラ ン ド の幅の和です。
引数の高い値お よ び低い値は、 それぞれ結果の高位お よ び低位ビ ッ ト にな り ます。
推奨 : 整数 リ テ ラ ルを含むネ イ テ ィ ブ C 型は、 予期 し ない結果を避け る ため、連結前に該当す る [u]int#W 型に明示
的に型変換 し ます。
ビ ッ ト 選択
apint_get_bit()
int
apint_get_bit(int#N source, int index)
任意精度の整数値か ら 1 ビ ッ ト 選択 し 、 それを戻 し ます。
ソ ース は [u]int#W 型、 イ ンデ ッ ク ス引数は int 値であ る 必要があ り ます。 選択す る ビ ッ ト の指数を指定 し 、 最下
位ビ ッ ト は指数 0 にな り ます。 最大指数は こ の [u]int#W のビ ッ ト 幅か ら 1 を引いた値にな り ます。
ビ ッ ト 値の設定
apint_set_bit()
int#N
•
apint_set_bit(int#N source, int index, int value)
[u]int#W イ ン ス タ ン ス ソ ース の指定ビ ッ ト 、 指数、 を指定値 (0 ま たは 1) に設定 し ます。
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293
C の任意精度型
範囲選択
apint_get_range()
int#N
apint_get_range(int#N source, int high, int low)
•
引数で指定 さ れ る ビ ッ ト の範囲で表 さ れ る 値を戻 し ます。
•
引数 high は、 範囲内の最上位ビ ッ ト (MSB) を指定
•
引数 low は範囲内の最下位ビ ッ ト (LSB) を指定
•
ソ ース変数の LSB は 0 の位置にあ り ます。 引数 high の値が low の も の よ り 小 さ い場合、 ビ ッ ト は逆順で返 さ れ
ます。
範囲値設定
apint_set_range()
int#N
•
apint_set_range(int#N source, int high, int low, int#M part)
high と low 間の ソ ース指定ビ ッ ト を part の値に設定 し ます。
ビ ッ ト 低減
AND を使用 し た低減
apint_and_reduce()
int
•
•
apint_and_reduce(int#N value)
値のすべてのビ ッ ト に対 し AND 演算を適用 し ます。
整数値 と し て単一ビ ッ ト の結果値を戻 し ます (ブールに型変換可能)。
int5 Var1, Res1;
•
Var1= -1;
Res1 = apint_and_reduce(Var1);
// Res1 is assigned 1
Var1= 1;
Res1 = apint_and_reduce(Var1);
// Res1 is assigned 0
-1 と 比較 し て、 次を戻 し ます。 一致すれば 1不一致の場合は 0すべてのビ ッ ト が 1 であ る こ と をチ ェ ッ ク す る 方
法で も あ り ます。
OR を使用 し た低減
apint_or_reduce()
int
apint_or_reduce(int#N value)
•
値のすべてのビ ッ ト に対 し XOR 演算を適用 し ます。
•
整数値 と し て単一ビ ッ ト の結果値を戻 し ます (ブールに型変換可能)。
•
こ の演算は、 0 と 比較 し て一致すれば 0 を返 し 、 一致 し なければ 1 を戻 し ます。
int5 Var1, Res1;
Var1= 1;
Res1 = apint_or_reduce(Var1);
// Res1 is assigned 1
Var1= 0;
Res1 = apint_or_reduce(Var1);
// Res1 is assigned 0
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294
C の任意精度型
XOR を使用 し た低減
apint_xor_reduce()
int
apint_xor_reduce(int#N value)
•
値のすべてのビ ッ ト に対 し OR 演算を適用 し ます。
•
整数値 と し て単一ビ ッ ト の結果値を戻 し ます (ブールに型変換可能)。
•
ワー ド 内の 1 の数を カ ウ ン ト し 、 次を戻 し ます。
°
偶数の場合は 1
°
奇数 (偶数パ リ テ ィ ) の場合は 0
int5 Var1, Res1;
Var1= 1;
Res1 = apint_xor_reduce(Var1);
// Res1 is assigned 0
Var1= 0;
Res1 = apint_xor_reduce(Var1);
// Res1 is assigned 1
NAND を使用 し た低減
apint_nand_reduce()
int
apint_nand_reduce(int#N value)
•
値のすべてのビ ッ ト に対 し NAND 演算を適用 し ます。
•
整数値 と し て単一ビ ッ ト の結果値を戻 し ます (ブールに型変換可能)。
•
こ の値を -1 (すべて 1) と 比較 し 、 一致すれば false、 そ う でなければ true を返 し ます。
int5 Var1, Res1;
Var1= 1;
Res1 = apint_nand_reduce(Var1);
// Res1 is assigned 1
Var1= -1;
Res1 = apint_nand_reduce(Var1);
// Res1 is assigned 0
NOR を使用 し た低減
apint_nor_reduce()
int
apint_nor_reduce(int#N value)
•
値のすべてのビ ッ ト に対 し NOR 演算を適用 し ます。
•
整数値 と し て単一ビ ッ ト の結果値を戻 し ます (ブールに型変換可能)。
•
こ の値を 0 (すべて 0) と 比較 し 、 一致すれば true、 そ う でなければ false を返 し ます。
int5 Var1, Res1;
Var1= 0;
Res1 = apint_nor_reduce(Var1);
// Res1 is assigned 1
Var1= 1;
Res1 = apint_nor_reduce(Var1);
// Res1 is assigned 0
XNOR を使用 し た低減
apint_xnor_reduce()
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295
C++ の任意精度型
int
apint_xnor_reduce(int#N value)
•
値のすべてのビ ッ ト に対 し XNOR 演算を適用 し ます。
•
整数値 と し て単一ビ ッ ト の結果値を戻 し ます (ブールに型変換可能)。
•
ワー ド 内の 1 の数を カ ウ ン ト し 、
•
次を戻 し ます。
°
奇数の場合は 1
°
偶数 (奇数パ リ テ ィ ) の場合は 0
int5 Var1, Res1;
Var1= 0;
Res1 = apint_xnor_reduce(Var1);
// Res1 is assigned 0
Var1= 1;
Res1 = apint_xnor_reduce(Var1);
// Res1 is assigned 1
C++ の任意精度型
Vivado HLS では、 ソ フ ト ウ ェ ア と ハー ド ウ ェ ア モデ リ ン グ間での一貫 し た、 ビ ッ ト 精度の動作で、 任意精度 (ま たは
ビ ッ ト 精度) の整数デー タ 型を イ ン プ リ メ ン ト す る ap_[u]int<> と い う C++ のテ ン プ レー ト ク ラ ス が提供 さ れて
い ます。
こ の ク ラ ス は、 ネ イ テ ィ ブ C 整数型で使用可能なすべての四則演算、 ビ ッ ト 単位、 論理、 関係演算子を提供 し てい ま
す。 さ ら に、 64 ビ ッ ト よ り も 幅が広い変数の初期化お よ び変換を可能にす る ハー ド ウ ェ ア演算の一部を処理す る ため
の メ ソ ッ ド も 、 こ の ク ラ ス で提供 し てい ます。 演算子お よ び ク ラ ス メ ソ ッ ド の詳細は次を参照 し て く だ さ い。
ap_[u]<> 型の コ ンパイル
ap_[u]fixed<> ク ラ ス を 使用す る には、 ap_[u]fixed<> 変数 を 参照す る ソ ー ス フ ァ イ ルすべて に ap_int.h
ヘ ッ ダー フ ァ イ ルを含め る 必要があ り ます。
こ れ ら の ク ラ ス を使用す る ソ フ ト ウ ェ ア モデルを コ ンパ イ ルす る と き 、 Vivado HLS のヘ ッ ダー フ ァ イ ルの場所を指
定す る 必要があ る 場合があ り ます。 た と えば、 gcc コ ンパ イ ルには -I/<HLS_HOME>/include オプシ ョ ン を追加す
る な ど し ます。
ヒ ン ト : g++ -O3 オプシ ョ ン を使用 し て コ ンパ イ ルす る 場合には、 ソ フ ト ウ エア モデルで最高のパフ ォ ーマ ン ス に
な り ます。
ap_[u] 変数の宣言/定義
次の よ う にそれぞれ符号付 き お よ び符号な し の ク ラ ス が別々にあ り ます。
•
ap_int<int_W> (符号付 き )
•
ap_uint<int _W> (符号な し )
テ ンプ レー ト パ ラ メ ー タ ーの int_W は宣言 さ れてい る 変数の合計幅を指定 し ます。
次の例にあ る よ う に、 C/C++ の typedef 文を使用 し てユーザー定義型を作成す る こ と がで き ます。
include “ap_int.h”//
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use ap_[u]fixed<> types
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296
C++ の任意精度型
typedef ap_uint<128> uint128_t;
ap_int<96> my_wide_var;
// 128-bit user defined type
// a global variable declaration
デフ ォ ル ト の幅の最大許容幅は 1024 ビ ッ ト です。 こ のデフ ォ ル ト は、 ap_int.h ヘ ッ ダー フ ァ イ ルを含め る 前に、
32768 以下の正の整数値でマ ク ロ AP_INT_MAX_W を定義する と 上書き する こ と がで き ます。
注意 : AP_INT_MAX_W の値を あ ま り 高 く 設定す る と 、ソ フ ト ウ ェ アの コ ンパ イ ルお よ び実行に時間がかか る 可能性が
あ り ます。
次は AP_INT_MAX_W を上書 き す る 例です。
#define AP_INT_MAX_W 4096
#include “ap_int.h”
// Must be defined before next line
ap_int<2048> very_wide_var;
定数 ( リ テ ラ ル) か ら の初期化および代入
ク ラ ス コ ン ス ト ラ ク タ ーお よ び代入演算子の オーバー ロ ー ド を 利用 し 、 標準 C/C++ の整数 リ テ ラ ル を 使用 し て
ap_[u]fixed<> 変数を初期化お よ び代入す る こ と がで き ます。
し か し 、 こ の ap_[u]fixed<> 変数への値の代入方法は、 C++ お よ び ソ フ ト ウ ェ アが実行 さ れ る シ ス テ ム の制限の
対象 と な る ので、 通常、 整数 リ テ ラ ルの 64 ビ ッ ト 制限 (LL ま たは ULL 接頭辞な ど) の影響を受け ます。
ap_[u]fixed<> ク ラ ス では、任意の長 さ (変数の幅以下の も の) の文字列か ら 初期化が可能な コ ン ス ト ラ ク タ が提供
さ れてい ます。
デフ ォ ル ト では、 文字列に有効な 16 進数 （0 か ら 9 ま での数字お よ び a か ら f の文字) のみが含まれてい る 限 り 、 文
字列は 16 進数値 と し て処理 さ れ ます。 その よ う な文字列か ら 値を代入す る には、 文字列を該当す る 型へ と 、 明示的
に C++ 形式の型変換を行 う 必要があ り ます。
64 ビ ッ ト よ り も 大 き な値を含む初期化お よ び代入の例は次の と お り です。
ap_int<42> a_42b_var(-1424692392255LL);
a_42b_var = 0x14BB648B13FLL;
a_42b_var = -1;
// long long decimal format
// hexadecimal format
// negative int literal sign-extended to full width
ap_uint<96> wide_var(“76543210fedcba9876543210”);
wide_var = ap_int<96>(“0123456789abcdef01234567”);
// Greater than 64-bit
ap_[u]<> コ ン ス ト ラ ク タ は、 基数 2、 8、 10、 ま たは 16 で数値を表わ し て文字を処理す る よ う に明示的に指定す る
こ と がで き ます。 コ ン ス ト ラ ク タ の呼び出 し に 2 番目のパ ラ メ ー タ ー と し て該当する 基数値を追加する と 、 こ の設定
がで き ます。
指定 さ れてい る 基数に対 し て無効な文字が文字 リ テ ラ ルに含まれてい る と 、 コ ンパ イ ル エ ラ ーが発生 し ます。
それぞれの基数フ ォーマ ッ ト の例は次の と お り です。
ap_int<6> a_6bit_var(“101010”, 2);
a_6bit_var = ap_int<6>(“40”, 8);
a_6bit_var = ap_int<6>(“55”, 10);
a_6bit_var = ap_int<6>(“2A”, 16);
a_6bit_var = ap_int<6>(“42”, 2);
//
//
//
//
42d in binary format
32d in octal format
decimal format
42d in hexadecimal format
// COMPILE-TIME ERROR!“42” is not binary
文字列でエン コ ー ド さ れてい る 基数は、 「0」 の後に 「 ｂ 」 、 「o」 、 ま たは 「x」 を続けた接頭辞を付け る と 、 コ ン ス ト
ラ ク タ で自動推論す る こ と も で き ます。 「0b」、 「0o」、 お よ び 「0x」 と い う 接頭辞はそれぞれ 2 進数、 8 進数、 16 進数
の フ ォーマ ッ ト に対応 し てい ます。
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297
C++ の任意精度型
こ の初期化文字列フ ォーマ ッ ト を使用 し た例は次の と お り です。
ap_int<6> a_6bit_var(“0b101010”, 2);
a_6bit_var = ap_int<6>(“0o40”, 8);
a_6bit_var = ap_int<6>(“0x2A”, 16);
// 42d in binary format
// 32d in octal format
// 42d in hexidecimal format
a_6bit_var = ap_int<6>(“0b42”, 2);
// COMPILE-TIME ERROR!“42” is not binary
ビ ッ ト 幅が 53 ビ ッ ト を超え る 場合、 ap_[u]fixed 値は次の よ う に文字列で初期化す る 必要があ り ます。
ap_ufixed<72,10> Val(“2460508560057040035.375”);
コ ン ソ ール I/O (出力) のサポー ト
ap_[u]fixed<> 変数の初期化お よ び代入の場合 と 同様に、 Vivado HLS では 64 ビ ッ ト よ り も 大 き な値の出力を サ
ポー ト す る ための機能が提供 さ れてい ます。
C++ の標準出力ス ト リ ームの使用
ap_[u]int 変数に格納 さ れてい る 値を出力する のに最 も 簡単な方法は、 次の C++ の標準出力ス ト リ ームのいずれか
を使用す る 方法です。
•
std::cout (#include <iostream>)
•
std::cout (#include <iostream.h>)
ス ト リ ーム挿入演算子 << は、任意の ap_[u]fixed 変数に対す る 範囲全体に含まれ る 値が正 し く 出力 さ れ る よ う に、
オーバー ロ ー ド さ れます。 次の ス ト リ ーム マニ ピ ュ レー タ ー も サポー ト さ れてい ます。
•
dec (10 進数)
•
hex (16 進数)
•
oct (8 進数)
こ れに よ り 、 値を指定どお り に フ ォーマ ッ ト す る こ と がで き ます。
次の例では、 値を出力す る のに cout が使用 さ れてい ます。
#include <iostream.h>
// Alternative:#include <iostream>
ap_ufixed<72> Val(“10fedcba9876543210”);
cout << Val << endl;
// Yields:“313512663723845890576”
cout << hex << val << endl; // Yields:“10fedcba9876543210”
cout << oct << val << endl; // Yields:“41773345651416625031020”
標準 C ラ イ ブ ラ リ の使用
標準 C ラ イ ブ ラ リ (#include <stdio.h>) を使用 し て、 64 ビ ッ ト よ り も 大き な値を出力する こ と も で き ます。
1.
ap_[u]fixed ク ラ ス の to_string() メ ソ ッ ド を使用 し 、 値を C++ の std::string に変換 し ます。
2.
その結果を std::string ク ラ ス の c_str() メ ソ ッ ド を使用 し て、 ヌ ルで終了す る C 文字に変換 し ます。
オプ シ ョ ンの引数 1 (基数の指定)
ap[u]int::to_string() メ ソ ッ ド では目的の基数を指定す る オプシ ョ ンの引数を渡す こ と がで き ます。 有効な基
数の引数値は、 次の と お り です。
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298
C++ の任意精度型
•
2 (2 進数)
•
8 (8 進数)
•
10 (10 進数)
•
16 (16 進数) (デフ ォ ル ト )
オプ シ ョ ンの引数 2 (符号付きの値 と し て出力)
ap_[u]int::to_string() の 2 つ目のオプシ ョ ンの引数は、 10 進数以外の フ ォーマ ッ ト で符号付 き の値を出力す
る か ど う か を指定 し ます。 こ の引数はブール形式です。 デフ ォ ル ト 値は false で、 10 進数以外の フ ォーマ ッ ト で符号
な し の値が出力 さ れます。
次の例では、 値を出力す る のに printf が使用 さ れてい ます。
ap_int<72> Val(“80fedcba9876543210”);
printf(“%s\n”,
printf(“%s\n”,
printf(“%s\n”,
printf(“%s\n”,
Val.to_string().c_str();
//
Val.to_string(10).c_str();
//
Val.to_string(8).c_str();
//
Val.to_string(16, true).c_str();
=>
=>
=>
//
“80FEDCBA9876543210”
“-2342818482890329542128”
“401773345651416625031020”
=> “-7F0123456789ABCDF0”
ap_[u]<> 型を使用 し た式
ap_[u]<> 型の変数は、 通常 C/C++ 演算子を使用 し た式では自由に使用す る こ と がで き ま す。 し か し 、 一部には予
期 し ない動作が見 ら れ る こ と があ り ます。 こ れについては、 次を参照 し て く だ さ い。
ビ ッ ト 幅が小 さ い値を幅が大き い ものへ代入する場合のゼロ ま たは符号拡張
ビ ッ ト 幅が小 さ い符号付 き (ap_int<>) 変数の値を幅の大 き な も のへ代入す る と 、 符号に関わ ら ず、 値はデ ス テ ィ
ネーシ ョ ン変数 (幅の大 き い変数) の幅に符号拡張 さ れます。
同様に、 符号な し のビ ッ ト 幅の小 さ い変数は代入前にゼ ロ 拡張 さ れます。
代入で予期動作を得 る には、 ソ ース変数の明示的な型変換が必要にな る こ と があ り ます。 次に例を示 し ます。
ap_uint<10> Result;
ap_int<7> Val1 = 0x7f;
ap_uint<6> Val2 = 0x3f;
Result = Val1;
Result = Val2;
// Yields:0x3ff (sign-extended)
// Yields:0x03f (zero-padded)
Result = ap_uint<7>(Val1);
Result = ap_int<6>(Val2);
// Yields:0x07f (zero-padded)
// Yields:0x3ff (sign-extended)
ビ ッ ト 幅が大き い値を幅が小 さ い ものへ代入する場合の切 り 捨て
ビ ッ ト 幅が大 き い ソ ース変数値を幅の小 さ な も のへ代入す る と 、 値が切 り 捨て ら れ、 デス テ ィ ネーシ ョ ン値 (幅の小
さ いほ う の値) の最上位ビ ッ ト (MSB) を超え た ビ ッ ト はすべて失われます。
こ の切 り 捨てが行われ る と き 、 符号情報が特別に処理 さ れ る わけではないので、 予期 し ない動作が見 ら れ る 可能性が
あ り ます。 予期 し ない動作を防 ぐ には、 明示的な型変換を利用 し ます。
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299
C++ の任意精度型
ク ラ ス演算子および メ ソ ッ ド
ap_[u]int 型では、wide ap_[u]int (> 64 ビ ッ ト ) か ら ビル ト イ ン C/C++ 整数型への暗示的な変換はサポー ト さ
れません。 た と えば、 次の コ ー ド 例の場合、 ap_int[65] か ら if 文内の bool 型への暗示的な キ ャ ス ト で 0 が戻 さ
れ る ので、 戻 り 値は 1 にな り ます。
bool nonzero(ap_uint<65> data) {
return data; // This leads to implicit truncation to 64b int
}
int main() {
if (nonzero((ap_uint<65>)1 << 64)) {
return 0;
}
printf(FAIL\n);
return 1;
}
幅の大 き い ap_[u]int 型を ビル ト イ ンの整数へ変換す る には、 ap_[u]int に含ま れ る 次の明示的な変換関数を使
用 し ます。
•
to_int()
•
to_long()
•
to_bool()
通 常、 ネ イ テ ィ ブ の C/C++ 整 数 デ ー タ 型 で 実行可能 な 有効 な 演算 は、 演算子 を オ ー バ ー ロ ー ド す る こ と で、
ap_[u]int 型でサポー ト さ れてい ます。
オーバー ロ ー ド さ れた演算子に加え、一部の特定演算子お よ び メ ソ ッ ド を使用 し て ビ ッ ト レベルの演算を簡単にす る
こ と がで き ます。
2 進数の演算子
任意精度演算を行 う ため、 標準 2 進数整数演算子がオーバー ロ ー ド さ れます。 次の演算子では次のいずれかが使用 さ
れます。
•
ap_[u]int の 2 つのオペ ラ ン ド
•
ap_[u]int 型を 1 つ と C/C++ 整数デー タ 型 1 つ
次に例を示 し ます。
•
char
•
short
•
int
結果値の幅お よ び符号は、 デス テ ィ ネーシ ョ ン変数 (ま たは式) の幅に基づいて符号拡張、 ゼ ロ の追加、 ま たは切 り 捨
てが実行 さ れ る 前に、 オペ ラ ン ド の幅お よ び符号で決ま り ます。 返 さ れ る 値の詳細は各演算子で説明 さ れてい ます。
式に ap_[u]int 型お よ び C/C++ 整数型の両方が含まれてい る 場合、 C++ 型では次の幅が使用 さ れます。
•
char (8 ビ ッ ト )
•
short (16 ビ ッ ト )
•
int (32 ビ ッ ト )
•
long (32 ビ ッ ト )
•
long long (64 ビ ッ ト )
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300
C++ の任意精度型
加算
ap_(u)int::RType ap_(u)int::operator + (ap_(u)int op)
次の和が戻 さ れます。
•
ap_[u]int を 2 つ
•
ap_[u]int 1 つ と C/C++ 整数デー タ 型
和の幅は、 次のいずれかの よ う にな り ます。
•
2 つのオペ ラ ン ド の幅の大 き いほ う よ り も 1 ビ ッ ト 大き く な る
•
幅の広いほ う が符号な し で幅の小 さ いほ う が符号付 き の場合のみ 2 ビ ッ ト 大 き く な る
オペ ラ ン ド のいずれか (ま たは両方) が符号付 き であれば、 和は符号付 き と し て処理 さ れます。
減算
ap_(u)int::RType ap_(u)int::operator - (ap_(u)int op)
2 つの整数の差を計算す る 式です。
相違値の幅は、 次の よ う にな り ます。
•
2 つのオペ ラ ン ド の幅の大 き いほ う よ り も 1 ビ ッ ト 大き く な る
•
幅の広いほ う が符号な し で幅の小 さ いほ う が符号付 き の場合のみ 2 ビ ッ ト 大 き く な る
代入前に、 デス テ ィ ネーシ ョ ン変数の幅に基づいて、 符号拡張、 ゼ ロ の追加、 ま たは切 り 捨てが実行 さ れます。
オペ ラ ン ド の符号に関わ ら ず、 差は符号付 き と し て処理 さ れます。
乗算
ap_(u)int::RType ap_(u)int::operator * (ap_(u)int op)
2 つの整数値の積を戻 し ます。
積の幅はオペ ラ ン ド の幅の合計です。
オペ ラ ン ド のいずれかが符号付 き であれば、 積は符号付 き と し て処理 さ れます。
除算
ap_(u)int::RType ap_(u)int::operator / (ap_(u)int op)
2 つの整数値の商を計算 し ます。
除数が符号な し であ る 場合、 商の幅は被除数の幅 と な り 、 そ う でない場合は、 商の幅は被除数の幅に 1 を足 し た も の
の幅 と な り ます。
オペ ラ ン ド のいずれかが符号付 き であれば、 商は符号付 き と し て処理 さ れます。
重要 : 除算演算子 を Vivado HLS で 合成す る と 、 生成 さ れ た RTL で 適宜パ ラ メ ー タ ー設定 さ れ た ザ イ リ ン ク ス
LogiCORE 除算 コ アが イ ン ス タ ン シエー ト さ れます。
剰余
ap_(u)int::RType ap_(u)int::operator % (ap_(u)int op)
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301
C++ の任意精度型
2 つの整数値の整数除算の余 り を戻 し ます。
剰余 と オペ ラ ン ド 両方に同 じ 符号が付いてい る 場合、 剰余の幅は、 オペ ラ ン ド の幅の最小値です。
オペ ラ ン ド が ど ち ら も 同 じ 符号であ る 場合は、 剰余の幅はオペ ラ ン ド の幅の最小値 と な り ます。
除数が符号な し 、 被除数が符号付 き の場合は、 剰余の幅は除数の幅に 1 を足 し た も の と な り ます。
重要 : 剰余 (%) 演算子を Vivado HLS で合成す る と 、 生成 さ れた RTL で適宜パ ラ メ ー タ ー設定 さ れたザ イ リ ン ク ス
LogiCORE 除算 コ アが イ ン ス タ ン シエー ト さ れます。
次は、 演算子の例です。
ap_uint<71> Rslt;
ap_uint<42> Val1 = 5;
ap_int<23> Val2 = -8;
Rslt
Rslt
Rslt
Rslt
Rslt
=
=
=
=
=
Val1
Val1
Val1
50 /
50 %
+ Val2;
- Val2;
* Val2;
Val2;
Val2;
//
//
//
//
//
Yields:-3 (43 bits) sign-extended to 71 bits
Yields:+3 sign extended to 71 bits
Yields:-40 (65 bits) sign extended to 71 bits
Yields:-6 (33 bits) sign extended to 71 bits
Yields:+2 (23 bits) sign extended to 71 bits
ビ ッ ト 単位の論理演算子
ビ ッ ト 単位の論理演算子はすべて、 2 つのオペ ラ ン ド の幅の最大値 と な る 幅の値を戻 し 、 両方のオペ ラ ン ド が符号な
し の場合にのみ符号な し と し て処理 さ れます。 そ う でない場合は、 符号付 き と し て処理 さ れます。
符号拡張 (ま たはゼ ロ の追加) は、 デス テ ィ ネーシ ョ ン変数ではな く 、 式の符号に基づいて実行 さ れます。
ビ ッ ト 単位の OR
ap_(u)int::RType ap_(u)int::operator | (ap_(u)int op)
2 つのオペ ラ ン ド の ビ ッ ト 単位の OR 値を戻 し ます。
ビ ッ ト 単位の AND
ap_(u)int::RType ap_(u)int::operator & (ap_(u)int op)
2 つのオペ ラ ン ド の ビ ッ ト 単位の AND 値を戻 し ます。
ビ ッ ト 単位の XOR
ap_(u)int::RType ap_(u)int::operator ^ (ap_(u)int op)
2 つのオペ ラ ン ド の ビ ッ ト 単位の XOR 値を戻 し ます。
単項演算子
加算
ap_(u)int ap_(u)int::operator + ()
ap_[u]int オペ ラ ン ド のセルフ コ ピーを戻 し ます。
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302
C++ の任意精度型
減算
ap_(u)int::RType ap_(u)int::operator - ()
次が戻 さ れます。
•
符号付 き の場合は同 じ 幅でオペ ラ ン ド のネゲー ト さ れた値を戻 し 、
•
符号な し の場合はその幅に 1 を足 し た値を戻 し ます。
戻 り 値は常に符号付 き です。
ビ ッ ト 単位の逆
ap_(u)int::RType ap_(u)int::operator ~ ()
同 じ 幅お よ び符号で、 オペ ラ ン ド のビ ッ ト 単位の逆 (NOT) を戻 し ます。
等価ゼロ
bool ap_(u)int::operator !()
オペ ラ ン ド がゼ ロ (0) の場合はブール形式の false を戻 し ます。
オペ ラ ン ド がゼ ロ (0) 以外の場合は true を戻 し ます。
シ フ ト 演算子
各シ フ ト 演算子には次の 2 つのバージ ョ ンがあ り ます。
•
符号な し の右辺 (RHS) オペ ラ ン ド
•
符号付 き の右辺 (RHS) オペ ラ ン ド
符号付 き RHS に負の値が与え ら れ る と シ フ ト 演算の方向が逆にな り ます。 た と えば、 RHS オペ ラ ン ド の絶対値に よ
る シ フ ト が逆の方向で発生 し ます。
シ フ ト 演算子は、 左辺 (LHS) オペ ラ ン ド と 同 じ 幅の値を戻 し ます。 C/C++ の場合 と 同 じ よ う に、 右シ フ ト の LHS オ
ペ ラ ン ド が符号付 き の場合、 符号ビ ッ ト は、 LHS オペ ラ ン ド の符号を維持 し つつ、 最上位ビ ッ ト に コ ピー さ れます。
符号な し 整数右シ フ ト
ap_(u)int ap_(u)int::operator << (ap_uint<int_W2> op)
整数右シ フ ト
ap_(u)int ap_(u)int::operator << (ap_int<int_W2> op)
符号な し 整数左シ フ ト
ap_(u)int ap_(u)int::operator >> (ap_uint<int_W2> op)
整数左シ フ ト
ap_(u)int ap_(u)int::operator >> (ap_int<int_W2> op)
注意 : 左シ フ ト 演算子の結果を幅が広いほ う のデス テ ィ ネーシ ョ ン変数に代入する と 、 情報の一部ま たはすべてが失
われ る 場合があ り ますので注意 し て く だ さ い。 予期 し ない動作を防ぐ には、 シ フ ト 式を代入 さ れ る ほ う の型に明示的
に型変換す る よ う に し て く だ さ い。
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303
C++ の任意精度型
次は、 シ フ ト 演算の例です。
ap_uint<13> Rslt;
ap_uint<7> Val1 = 0x41;
Rslt = Val1 << 6;
Rslt = ap_uint<13>(Val1) << 6;
// Yields:0x0040, i.e. msb of Val1 is lost
// Yields:0x1040, no info lost
ap_int<7> Val2 = -63;
Rslt = Val2 >> 4;
//Yields:0x1ffc, sign is maintained and extended
複合代入演算子
Vivado HLS では、 次の複合演算子がサポー ト さ れてい ます。
•
*=
•
/=
•
%=
•
+=
•
-=
•
<<=
•
>>=
•
&=
•
^=
•
|=
RHS 式は まず求めてか ら 、 基本演算子に RHS オペ ラ ン ド と し て与え ら れ、 LHS 変数に結果が代入 さ れ ます。 式の長
さ 、 符号、 符号拡張か切 り 捨てかのルールは、 関連す る 演算に対 し 上記で説明 さ れてい る よ う に、 適用 さ れます。
ap_uint<10> Val1 = 630;
ap_int<3> Val2 = -3;
ap_uint<5> Val3 = 27;
Val1 += Val2 - Val3;
// Yields:600 and is equivalent to:
// Val1 = ap_uint<10>(ap_int<11>(Val1) +
//
ap_int<11>((ap_int<6>(Val2) //
ap_int<6>(Val3))));
例 3‐93 : 複合代入文
イ ン ク リ メ ン ト お よびデ ク リ メ ン ト 演算子
イ ン ク リ メ ン ト お よ びデ ク リ メ ン ト の演算子が提供 さ れてい ます。 オペ ラ ン ド と 同 じ 幅の値を返 し ますが、 両方のオ
ペ ラ ン ド が符号な し の場合のみ値は符号な し で、 そ う でない場合は、 符号付 き です。
プリ インク リ メ ン ト
ap_(u)int& ap_(u)int::operator ++ ()
オペ ラ ン ド の イ ン ク リ メ ン ト さ れた値を戻 し ます。
その イ ン ク リ メ ン ト さ れた値を オペ ラ ン ド に代入 し ます。
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304
C++ の任意精度型
ポス ト イ ン ク リ メ ン ト
const ap_(u)int ap_(u)int::operator ++ (int)
イ ン ク リ メ ン ト さ れた値を オペ ラ ン ド 変数に代入す る 前に、 オペ ラ ン ド の値を戻 し ます。
プ レデ ク リ メ ン ト
ap_(u)int& ap_(u)int::operator -- ()
オペ ラ ン ド のデ ク リ メ ン ト さ れた値を戻 し て、 その値を オペ ラ ン ド に代入 し ます。
ポス ト デ ク リ メ ン ト
const ap_(u)int ap_(u)int::operator -- (int)
デ ク リ メ ン ト さ れた値を オペ ラ ン ド 変数に代入す る 前に、 オペ ラ ン ド の値を戻 し ます。
関係演算子
Vivado HLS では、 すべての関係演算子がサポー ト さ れてい ます。 比較結果に基づいてブール形式の値が返 さ れます。
ap_[u]int 型の変数は、 こ れ ら の演算子を使用 し て C/C++ 基本整数型 と 比較す る こ と がで き ます。
等号
bool ap_(u)int::operator == (ap_(u)int op)
等号否定
bool ap_(u)int::operator != (ap_(u)int op)
小な り
bool ap_(u)int::operator < (ap_(u)int op)
大な り
bool ap_(u)int::operator > (ap_(u)int op)
小な り イ コ ール
bool ap_(u)int::operator <= (ap_(u)int op)
大な り イ コ ール
bool ap_(u)int::operator >= (ap_(u)int op)
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305
C++ の任意精度型
その他の ク ラ ス メ ソ ッ ド および演算子
次のセ ク シ ョ ンでは、 ク ラ ス メ ソ ッ ド お よ び演算子について説明 し ます。
ビ ッ ト レ ベル演算
次の メ ソ ッ ド を使用す る と 、 ap_[u]int 型変数に格納 さ れてい る 値に基づいて一般的な ビ ッ ト レベル演算が行われ
ます。
長さ
int ap_(u)int::length ()
こ の メ ソ ッ ド は整数値を戻 し 、 ap_[u]int 変数でのビ ッ ト 合計を出力 し ます。
連結
ap_concat_ref ap_(u)int::concat (ap_(u)int low)
ap_concat_ref ap_(u)int::operator , (ap_(u)int high, ap_(u)int low)
2 つの ap_[u]int 変数を連結 し ます。 返 さ れた値の幅はオペ ラ ン ド の幅の和です。
high お よ び low の引数にはそれぞれ結果値の高位ビ ッ ト ま たは下位ビ ッ ト が出力 さ れます。concat() メ ソ ッ ド の場
合は下位ビ ッ ト が出力 さ れます。
オーバー ロ ー ド さ れた カ ン マ演算子を使用す る と き は括弧が必要です。 カ ン マ演算子バージ ョ ン が代入の LHS に現
れ る こ と も あ り ます。
推奨 : 整数 リ テ ラ ルを含む C/C++ ネ イ テ ィ ブ型は、 予期 し ない結果を避け る ため、 連結前に該当す る ap_[u]int 型
に明示的に型変換 し ます。
ap_uint<10> Rslt;
例 3‐94 : 連結の例 1
ap_int<3> Val1 = -3;
ap_int<7> Val2 = 54;
例 3‐95 : 連結の例 2
Rslt = (Val2, Val1);
Rslt = Val1.concat(Val2);
(Val1, Val2) = 0xAB;
// Yields:0x1B5
// Yields:0x2B6
// Yields:Val1 == 1, Val2 == 43
例 3‐96 : 連結の例 3
ビ ッ ト 選択
ap_bit_ref ap_(u)int::operator [] (int bit)
任意精度の整数値か ら 1 ビ ッ ト 選択 し 、 それを返 し ます。
戻 さ れた値は参照値で、 こ の ap_[u]int での対応ビ ッ ト を設定ま たは消去す る ために使用 し ます。
bit 引数は int 値であ る 必要があ り ます。 選択す る ビ ッ ト の指数を指定 し 、 最下位ビ ッ ト は指数 0 にな り ます。 最高
指数は こ の ap_[u]int のビ ッ ト 幅か ら 1 を引いた値にな り ます。
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306
C++ の任意精度型
ap_bit_ref はビ ッ ト で指定 さ れてい る こ の ap_[u]int イ ン ス タ ン ス の 1 ビ ッ ト への参照を表 し て し ます。
範囲選択
ap_range_ref ap_(u)int::range (unsigned Hi, unsigned Lo)
ap_range_ref ap_(u)int::operator () (unsigned Hi, unsigned Lo)
引数で指定 さ れ る ビ ッ ト の範囲で表 さ れ る 値を返 し ます。
引数 Hi は、 範囲内の最上位ビ ッ ト (MSB) を、 Lo は最下位ビ ッ ト (LSB) を指定 し ます。
ソ ース変数の LSB は 0 の位置にあ り ます。 引数 Hi の値が Lo の も の よ り 小 さ い場合、 ビ ッ ト は逆順で戻 さ れます。
ap_uint<4> Rslt;
例 3‐97 : 範囲選択の例 1
ap_uint<8> Val1 = 0x5f;
ap_uint<8> Val2 = 0xaa;
例 3‐98 : 範囲選択の例 2
Rslt = Val1.range(3, 0);
Val1(3,0) = Val2(3, 0);
Val1(4,1) = Val2(4, 1);
Rslt = Val1.range(7, 4);
//
//
//
//
Yields:0xF
Yields:0x5A
Yields:0x55
Yields:0xA; bit-reversed!
例 3‐99 : 範囲選択の例 3
AND を使用 し た低減
bool ap_(u)int::and_reduce ()
•
ap_(u)int で、 すべての ビ ッ ト に対 し AND 演算を使用 し ます。
•
結果値を シ ン グル ビ ッ ト で戻 し ます。
•
こ の値を -1 (すべて 1) と 比較 し 、 一致すれば true、 そ う でなければ false を戻 し ます。
OR を使用 し た低減
bool ap_(u)int::or_reduce ()
•
ap_(u)int で、 すべての ビ ッ ト に対 し OR 演算を使用 し ます。
•
結果値を シ ン グル ビ ッ ト で戻 し ます。
•
こ の値を 0 (すべて 0) と 比較 し 、 一致すれば false、 そ う でなければ true を戻 し ます。
XOR を使用 し た低減
bool ap_(u)int::xor_reduce ()
•
こ の ap_int のすべての ビ ッ ト に対 し XOR 演算を使用 し ます。
•
結果値を シ ン グル ビ ッ ト で戻 し ます。
•
こ れは、 こ の値の 1 ビ ッ ト の数を カ ウ ン ト す る の と 同 じ で、 カ ウ ン ト 数が偶数であれば false、 奇数であれば
true を返 し ます。
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307
C++ の任意精度型
NAND を使用 し た低減
bool ap_(u)int::nand_reduce ()
•
こ の ap_int のすべての ビ ッ ト に対 し NAND 演算を使用 し ます。
•
結果値を シ ン グル ビ ッ ト で戻 し ます。
•
こ の値を -1 (すべて 1) と 比較 し 、 一致すれば false、 そ う でなければ true を戻 し ます。
NOR を使用 し た低減
bool ap_int::nor_reduce ()
•
こ の ap_int のすべての ビ ッ ト に対 し NOR 演算を使用 し ます。
•
結果値を シ ン グル ビ ッ ト で戻 し ます。
•
こ の値を 0 (すべて 0) と 比較 し 、 一致すれば true、 そ う でなければ false を戻 し ます。
XNOR を使用 し た低減
bool ap_(u)int::xnor_reduce ()
•
ap_(u)int で、 すべての ビ ッ ト に対 し XNOR 演算を使用 し ます。
•
結果値を シ ン グル ビ ッ ト で戻 し ます。
•
こ れは、 こ の値の 1 ビ ッ ト の数を カ ウ ン ト す る の と 同 じ で、 カ ウ ン ト 数が偶数であれば true、 奇数であれば
false を返 し ます。
ビ ッ ト 低減 メ ソ ッ ド の例
ap_uint<8> Val = 0xaa;
例 3‐100 : ビ ッ ト 低減 メ ソ ッ ド の例 1
bool t = Val.and_reduce();
t = Val.or_reduce();
t = Val.xor_reduce();
t = Val.nand_reduce();
t = Val.nor_reduce();
t = Val.xnor_reduce();
//
//
//
//
//
//
Yields:
Yields:
Yields:
Yields:
Yields:
Yields:
false
true
false
true
false
true
例 3‐101 : ビ ッ ト 低減 メ ソ ッ ド の例 2
ビ ッ ト の リ バース
void ap_(u)int::reverse ()
次の よ う に、 ap_[u]int イ ン ス タ ン ス の内容を逆転 さ せます。
•
LSB は MSB に
•
MSB は LSB に
リ バース メ ソ ッ ド の例
ap_uint<8> Val = 0x12;
Val.reverse(); // Yields:0x48
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308
C++ の任意精度型
ビ ッ ト 値のテ ス ト
bool ap_(u)int::test (unsigned i)
ap_(u)int イ ン ス タ ン ス の指定ビ ッ ト が 1 であ る か ど う かをチ ェ ッ ク し ます。
1 の場合は true、 そ う でない場合は false を戻 し ます。
テ ス ト メ ソ ッ ド の例
ap_uint<8> Val = 0x12;
bool t = Val.test(5); // Yields: true
ビ ッ ト 値の設定
void ap_(u)int::set (unsigned i, bool v)
void ap_(u)int::set_bit (unsigned i, bool v)
ap_(u)int イ ン ス タ ン ス の指定ビ ッ ト を整数 V の値に設定 し ます。
ビ ッ ト の設定 (1)
void ap_(u)int::set (unsigned i)
ap_(u)int の指定ビ ッ ト を 1 に設定 し ます。
ビ ッ ト のク リ ア (0)
void ap_(u)int::clear(unsigned i)
ap_(u)int の指定ビ ッ ト を 0 に設定 し ます。
ビ ッ ト の反転
void ap_(u)int::invert(unsigned i)
ap_(u)int イ ン ス タ ン ス の第 i 位ビ ッ ト を反転 さ せます。 第 i 位ビ ッ ト は、 元の値が 1 の場合 0 と な り 、 0 の場合は
1 にな り ます。
ビ ッ ト の設定、 ク リ ア、 反転 メ ソ ッ ド の例 :
ap_uint<8> Val = 0x12;
Val.set(0, 1);
Val.set_bit(5, false);
Val.set(7);
Val.clear(1);
Val.invert(5);
//
//
//
//
//
Yields:0x13
Yields:0x03
Yields:0x83
Yields:0x81
Yields:0x91
右に移動
void ap_(u)int::rrotate(unsigned n)
ap_(u)int イ ン ス タ ン ス を n 桁右に移動 さ せます。
左に移動
void ap_(u)int::lrotate(unsigned n)
ap_(u)int イ ン ス タ ン ス を n 桁左に移動 さ せます。
ap_uint<8> Val = 0x12;
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309
C++ の任意精度型
例 3‐102 : rotate メ ソ ッ ド の例 1
Val.rrotate(3);
Val.lrotate(6);
// Yields:0x42
// Yields:0x90
例 3‐103 : rotate メ ソ ッ ド の例 2
ビ ッ ト 単位 NOT
void ap_(u)int::b_not()
•
ap_(u)int イ ン ス タ ン ス の各ビ ッ ト を補完 し ます。
ap_uint<8> Val = 0x12;
Val.b_not();
// Yields:0xED
例 3‐104 : ビ ッ ト 単位 NOT の例
符号のテ ス ト
bool ap_int::sign()
•
ap_(u)int イ ン ス タ ン ス が 負の値であ る か ど う か をチ ェ ッ ク し ます。
•
負の場合は true を戻 し ます。
•
正の場合は false を戻 し ます。
明示的な変換 メ ソ ッ ド
C/C++ の (u)int 型
int ap_(u)int::to_int ()
unsigned ap_(u)int::to_uint ()
•
ap_[u]int に含まれてい る 値でネ イ テ ィ ブ C/C++ (ほ と ん ど のシ ス テ ムで 32 ビ ッ ト ) の整数を戻 し ます。
•
値が [unsigned] int で表 さ れ る も の よ り 大き い場合は、 切 り 捨てが実行 さ れます。
C/C++ 64 ビ ッ ト (u)int 型
long long ap_(u)int::to_int64 ()
unsigned long long ap_(u)int::to_uint64 ()
•
ap_[u]int に含まれてい る 値でネ イ テ ィ ブ C/C++ の 64 ビ ッ ト の整数を戻 し ます。
•
値が [unsigned] int で表 さ れ る も の よ り 大き い場合は、 切 り 捨てが実行 さ れます。
C/C++ の double 型
double ap_(u)int::to_double ()
•
ap_[u]int に含まれてい る 値のネ イ テ ィ ブ C/C++ の double 型 64 ビ ッ ト の浮動小数点値を戻 し ます。
•
ap_[u]int が 53 ビ ッ ト (double の仮数部のビ ッ ト 数) よ り も 大き い場合、 double 型の値は期待値 と ま っ た く
同 じ にな ら ない こ と があ り ます。
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310
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型
Vivado HLS では、 小数算術を簡単に処理で き る よ う 、 固定小数点型がサポー ト さ れてい ます。 こ の利点は次の例で説
明 さ れてい ます。
ap_fixed<10, 5> Var1 = 22.96875;
ap_ufixed<12,11> Var2 = 512.5
ap_fixed<13,5> Res1;
// 10-bit signed word, 5 fractional bits
// 12-bit word, 1 fractional bit
// 13-bit signed word, 5 fractional bits
Res1 = Var1 + Var2;
// Result is 535.46875
Var1 お よ び Var2 の精度は異な る のですが、 固定小数点型を使用す る こ と で、 演算 ( こ の場合は加算) が実行 さ れ る
前に小数点が揃え ら れます。 小数点を揃え る ために C コ ー ド で演算を実行す る 必要はあ り ません。
固定小数点演算の結果値を格納す る のに使用 さ れ る 型は、 整数ビ ッ ト お よ び小数ビ ッ ト の両方の結果値を完全に格納
す る のに十分な大 き さ であ る 必要があ り ます。
そ う ではない場合、 ap_fixed 型では次が自動的に実行 さ れます。
•
オーバーフ ロ ー (代入 さ れた型でサポー ト さ れ る よ り も MSB が多い場合)
•
量子化 (代入 さ れた型でサポー ト さ れ る よ り も LSB が少ない場合)
ap_[u]fixed 型では、 オーバー フ ロ ーお よ び量子化の実行方法に関 し て さ ま ざ ま なオプ シ ョ ン が提供 さ れてい ま
す。 次のセ ク シ ョ ンでは、 その詳細について説明 し ます。
ap_[u]fixed 表現
ap_[u]fixed 型では、 固定小数値は 2 進小数点の位置を指定 し た、 ビ ッ ト シーケ ン ス で表現 さ れます。
•
2 進小数点の左側にあ る ビ ッ ト は値の整数部を示 し ます。
•
右側にあ る ビ ッ ト は値の小数部を示 し ます。
ap_[u]fixed 型は次の よ う に定義 さ れます。
ap_[u]fixed<int W,
int I,
ap_q_mode Q,
ap_o_mode O,
ap_sat_bits N>;
•
W 属性には、 ワー ド のビ ッ ト 合計数を指定す る パ ラ メ ー タ ーを設定 し ます。 こ のパ ラ メ ー タ ー値には定数の整数
式のみを使用 し ます。
•
I 属性には、 整数部を表すビ ッ ト 数を指定する パ ラ メ ー タ ーを設定 し ます。
•
•
°
I の値は W と 等 し いかそれ以下であ る 必要があ り ます。
°
小数部を表すためのビ ッ ト 数は W か ら I を差 し 引いた値です。
°
こ のパ ラ メ ー タ ー値には定数の整数式のみを使用 し ます。
Q 属性には量子化モー ド を指定す る パ ラ メ ー タ ーを設定 し ます。
°
こ のパ ラ メ ー タ ー値にはあ ら か じ め定義 さ れてい る 列挙値のみを使用 し ます。
°
デフ ォ ル ト 値は AP_TRN です。
O 属性にはオーバーフ ロ ー モー ド を指定す る パ ラ メ ー タ ーを設定 し ます。
°
こ のパ ラ メ ー タ ー値にはあ ら か じ め定義 さ れてい る 列挙値のみを使用 し ます。
°
デフ ォ ル ト 値は AP_WRAP です。
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311
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型
•
N 属性には、 オーバーフ ロ ー ラ ッ プ モー ド で使用 さ れ る 飽和ビ ッ ト 数を設定 し ます。
°
こ のパ ラ メ ー タ ー値には定数の整数式のみを使用 し ます。
°
デフ ォ ル ト 値は 0 です。
注記 : 例にあ る よ う に、 量子化、 オーバーフ ロ ー、 飽和パ ラ メ ー タ ーが指定 さ れていない場合は、 デフ ォ ル ト 設定が
使用 さ れます。
量子化お よ びオーバーフ ロ ーのモー ド は次で説明 し ます。
量子化モー ド
•
正の無限大への丸め
「AP_RND」
•
0 への丸め
「AP_RND_ZERO」
•
負の無限大への丸め
「AP_RND_MIN_INF」
•
無限大への丸め
「AP_RND_INF」
•
収束丸め
「AP_RND_CONV」
•
切 り 捨て
「AP_TRN」
•
0 への切 り 捨て
「AP_TRN_ZERO」
AP_RND
•
特定の ap_[u]fixed 型の近似値に値が丸め ら れます。
ap_fixed<3, 2, AP_RND, AP_SAT> UAPFixed4 = 1.25;
ap_fixed<3, 2, AP_RND, AP_SAT> UAPFixed4 = -1.25;
// Yields:1.5
// Yields:-1.0
例 3‐105 : AP_RND の例
AP_RND_ZERO
•
表示可能なの近似値に値が丸め ら れます。
•
0 の方向へ丸め ら れます。
°
正の値に対 し ては重複ビ ッ ト が削除 さ れます。
°
負の値に対 し ては LSB が追加 さ れ、 最 も 近い表示可能な値が表示 さ れます。
ap_fixed<3, 2, AP_RND_ZERO, AP_SAT> UAPFixed4 = 1.25; // Yields:1.0
ap_fixed<3, 2, AP_RND_ZERO, AP_SAT> UAPFixed4 = -1.25; // Yields:-1.0
例 3‐106 : AP_RND_ZERO の例
AP_RND_MIN_INF
•
表示可能なの近似値に値が丸め ら れます。
•
負の無限大の方向へ丸め ら れます。
°
正の値に対 し ては重複ビ ッ ト が削除 さ れます。
°
負の値に対 し ては LSB が追加 さ れます。
ap_fixed<3, 2, AP_RND_MIN_INF, AP_SAT> UAPFixed4 = 1.25;
ap_fixed<3, 2, AP_RND_MIN_INF, AP_SAT> UAPFixed4 = -1.25;
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// Yields:1.0
// Yields:-1.5
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312
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型
例 3‐107 : AP_RND_MIN_INF の例
AP_RND_INF
•
表示可能なの近似値に値が丸め ら れます。
•
丸めは LSB に よ っ て変わ り ます。
°
正の値に対 し ては、 LSB が設定 さ れてい る 場合は正の無限大の方向に丸め ら れます。 そ う でない場合は負の
無限大の方向に丸め ら れます。
°
負の値に対 し ては、 LSB が設定 さ れてい る 場合は負の無限大の方向に丸め ら れます。 そ う でない場合は正の
無限大の方向に丸め ら れます。
ap_fixed<3, 2, AP_RND_INF, AP_SAT> UAPFixed4 = 1.25;
ap_fixed<3, 2, AP_RND_INF, AP_SAT> UAPFixed4 = -1.25;
// Yields:1.5
// Yields:-1.5
例 3‐108 : AP_RND_INF の例
AP_RND_CONV
•
表示可能なの近似値に値が丸め ら れます。
•
丸めは LSB に よ っ て変わ り ます。
°
LSB が設定 さ れてい る 場合は正の無限大の方向に丸め ら れます。
°
そ う でない場合は負の無限大の方向に丸め ら れます。
ap_fixed<3, 2, AP_RND_CONV, AP_SAT> UAPFixed4 = 0.75;
ap_fixed<3, 2, AP_RND_CONV, AP_SAT> UAPFixed4 = -1.25;
// Yields:1.0
// Yields:-1.0
例 3‐109 : AP_RND_CONV の例
AP_TRN
•
表示可能なの近似値に値が丸め ら れます。
•
常に負の無限大に向か っ て値が丸め ら れます。
ap_fixed<3, 2, AP_TRN, AP_SAT> UAPFixed4 = 1.25;
ap_fixed<3, 2, AP_TRN, AP_SAT> UAPFixed4 = -1.25;
// Yields:1.0
// Yields:-1.5
例 3‐110 : AP_TRN の例
AP_TRN_ZERO
表示可能なの近似値に値が丸め ら れます。
*
正の値の場合、 AP_TRN モー ド と 同 じ 丸めにな り ます。
*
負の値の場合はゼ ロ の方向へ丸め ら れます。
ap_fixed<3, 2, AP_TRN_ZERO, AP_SAT> UAPFixed4 = 1.25;
ap_fixed<3, 2, AP_TRN_ZERO, AP_SAT> UAPFixed4 = -1.25;
// Yields:1.0
// Yields:-1.0
例 3‐111 : AP_TRN_ZERO の例
オーバー フ ロー モー ド
•
飽和
「AP_SAT」
•
0 への飽和
「AP_SAT_ZERO」
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313
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型
•
対称飽和
「AP_SAT_SYM」
•
折 り 返し
「AP_WRAP」
•
符号絶対値の折 り 返 し
「AP_WRAP_SM」
AP_SAT
値が次の よ う に飽和 さ れます。
•
オーバーフ ロ ーが発生 し た と き は値が最大値に飽和 さ れます。
•
負のオーバーフ ロ ーの と き は最小値に飽和 さ れます。
ap_ufixed<4, 4, AP_RND, AP_SAT> UAPFixed4 = 19.0;
ap_fixed<4, 4, AP_RND, AP_SAT> UAPFixed4 = 19.0;
ap_ufixed<4, 4, AP_RND, AP_SAT> UAPFixed4 = -19.0;
ap_fixed<4, 4, AP_RND, AP_SAT> UAPFixed4 = -19.0;
//
//
//
//
Yields:15.0
Yields:7.0
Yields:0.0
Yields:-8.0
例 3‐112 : AP_SAT の例
AP_SAT_ZERO
オーバーフ ロ ーま たは負のオーバーフ ロ ーの場合に値 を 0 に し ます。
ap_ufixed<4, 4, AP_RND, AP_SAT_ZERO> UAPFixed4 = 19.0;
ap_fixed<4, 4, AP_RND, AP_SAT_ZERO> UAPFixed4 = 19.0;
ap_ufixed<4, 4, AP_RND, AP_SAT_ZERO> UAPFixed4 = -19.0;
ap_fixed<4, 4, AP_RND, AP_SAT_ZERO> UAPFixed4 = -19.0;
//
//
//
//
Yields:0.0
Yields:0.0
Yields:0.0
Yields:0.0
//
//
//
//
Yields:15.0
Yields:7.0
Yields:0.0
Yields:-8.0
//
//
//
//
Yields:3.0
Yields:-1.0
Yields:13.0
Yields:-3.0
例 3‐113 : AP_SAT_ZERO の例
AP_SAT_SYM
値が次の よ う に飽和 さ れます。
•
オーバーフ ロ ーが発生 し た と き は値が最大値に飽和 さ れます。
•
負のオーバーフ ロ ーの と き は最小値に飽和 さ れます。
°
符号付 き ap_fixed 型の場合は負の最大値
°
符号な し ap_ufixed 型の場合は 0
ap_ufixed<4, 4, AP_RND, AP_SAT_SYM> UAPFixed4 = 19.0;
ap_fixed<4, 4, AP_RND, AP_SAT_SYM> UAPFixed4 = 19.0;
ap_ufixed<4, 4, AP_RND, AP_SAT_SYM> UAPFixed4 = -19.0;
ap_fixed<4, 4, AP_RND, AP_SAT_SYM> UAPFixed4 = -19.0;
例 3‐114 : AP_SAT_SYM の例
AP_WRAP
オーバーフ ロ ーが発生 し た と き は値が折 り 返 さ れます。
ap_ufixed<4, 4, AP_RND, AP_WRAP> UAPFixed4 = 19.0;
ap_fixed<4, 4, AP_RND, AP_WRAP> UAPFixed4 = 31.0;
ap_ufixed<4, 4, AP_RND, AP_WRAP> UAPFixed4 = -19.0;
ap_fixed<4, 4, AP_RND, AP_WRAP> UAPFixed4 = -19.0;
例 3‐115 : AP_WRAP の例
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314
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型
N の値が 0 の場合 (デフ ォ ル ト のオーバーフ ロ ー モー ド ) :
•
範囲外の MSB はすべて削除 さ れます。
•
符号な し の場合は、 最大値に達 し た ら 0 に戻 り ます。
•
符号付 き の場合は、 最大値に達 し た ら 最小値に戻 り ます。
N が 0 よ り 大き い場合 :
•
N が 0 よ り 大 き い場合、 MSB は飽和する か、 ま たは 1 に設定 さ れます。
•
符号ビ ッ ト は保持 さ れ る ため、 正の値は正の ま ま、 負の値は負の ま ま にな り ます。
•
飽和 し ていないビ ッ ト は LSB 側か ら コ ピー さ れます。
AP_WRAP_SM
値が符号絶対値で折 り 返 さ れます。
ap_fixed<4, 4, AP_RND, AP_WRAP_SM> UAPFixed4 = 19.0;
ap_fixed<4, 4, AP_RND, AP_WRAP_SM> UAPFixed4 = -19.0;
// Yields:-4.0
// Yields:2.0
例 3‐116 : AP_WRAP_SM の例
N の値が 0 の場合 (デフ ォ ル ト のオーバーフ ロ ー モー ド ) :
•
こ のモー ド では符号絶対値 ラ ッ プが使用 さ れます。
•
符号ビ ッ ト は最下位の削除 さ れた ビ ッ ト の値に設定 さ れます。
•
最上位の残 り のビ ッ ト が元の MSB と は異な る 場合、 残っ てい る ビ ッ ト すべてが反転 さ れます。
•
MSB が同 じ であ る 場合は、 ほかのビ ッ ト が コ ピー さ れます。
•
a.
重複 し てい る MSB が削除 さ れます。
b.
新 し い符号ビ ッ ト は削除 さ れた ビ ッ ト の最下位ビ ッ ト です。 こ の場合は 0 です。
c.
新 し い符号ビ ッ ト が新 し い値の符号 と 比較 さ れます。
異な る 場合は、 すべての数値が反転 さ れます。 こ の場合は数値は異な り ます。
N が 0 よ り 大き い場合 :
•
符号絶対値の飽和が使用 さ れます。
•
N 個の MSB が 1 に飽和 し ます。
•
N =0 のケース と 同様の動作にな り ますが、 正の数値は正の ま ま、 負の数値は負の ま ま にな る 点が異な り ます。
ap_[u]fixed<> 型の コ ンパイル
ap_[u]fixed<> ク ラ ス を使用す る には、 ap_[u]fixed<> 変数を参照す る ソ ース フ ァ イ ルすべてに ap_fixed.h
ヘ ッ ダー フ ァ イ ルを含め る 必要があ り ます。
こ れ ら の ク ラ ス を使用す る ソ フ ト ウ ェ ア モデルを コ ンパ イ ルす る と き 、 Vivado HLS のヘ ッ ダー フ ァ イ ルの場所を指
定す る 必要があ る 場合があ り ます。 た と えば、 gcc コ ンパ イ ルには -I/<HLS_HOME>/include オプシ ョ ン を追加す
る な ど し ます。
ヒ ン ト : g++ -O3 オプシ ョ ン を使用 し て コ ンパ イ ルす る 場合には、 ソ フ ト ウ エア モデルが最高のパフ ォ ーマ ン ス に
な り ます。
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315
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型
ap_[u]fixed<> 変数の宣言 と 定義
次の よ う にそれぞれ符号付 き お よ び符号な し の ク ラ ス が別々にあ り ます
•
ap_fixed<W,I> (符号付 き )
•
ap_ufixed<W,I> (符号な し )
C/C++ の typedef文を使用す る と 、 ユーザー定義型を作成する こ と がで き ます。
#include “ap_fixed.h”
// use ap_[u]fixed<> types
typedef ap_ufixed<128,32> uint128_t;
// 128-bit user defined type,
// 32 integer bits
例 3‐117 : ユーザー定義型の例
定数 ( リ テ ラ ル) か ら の初期化および代入
ap_[u]fixed 変数は、 次の一般的な C/C++ 幅の標準浮動小数点定数で初期化 さ れます。
•
float 型の場合は 32 ビ ッ ト
•
double 型の場合は 64 ビ ッ ト
つま り 、 通常は、 浮動小数点値は単精度ま たは倍精度です。
こ の よ う な浮動小数点定数は、 値の符号に よ り 、 任意精度の固定小数点変数の フル サ イ ズの幅に処理お よ び変換 さ れ
ます (C99 規格の 16 進数の浮動小数点定数 も サポー ト さ れ る 場合)。
#include <ap_fixed.h>
ap_ufixed<30, 15> my15BitInt = 3.1415;
ap_fixed<42, 23> my42BitInt = -1158.987;
ap_ufixed<99, 40> = 287432.0382911;
ap_fixed<36,30> = -0x123.456p-1;
コ ン ソ ール I/O (出力) のサポー ト
ap_[u]fixed<> 変数の初期化お よ び代入の場合 と 同様に、 Vivado HLS では 64 ビ ッ ト よ り も 大 き な値の出力を サ
ポー ト す る ための機能が提供 さ れてい ます。
ap_[u]fixed 変数に格納 さ れてい る 値を出力す る のに最 も 簡単な方法は、 C++ の標準出力ス ト リ ーム std::cout
(#include <iostream> or <iostream.h>) を 使用す る 方法 で す。 ス ト リ ー ム 挿入演算子 << は、 任 意 の
ap_[u]fixed 変数に対す る 範囲全体に含まれ る 値が正 し く 出力 さ れ る よ う に、 オーバー ロ ー ド さ れます。 次の ス ト
リ ーム マニ ピ ュ レー タ ー も サポー ト さ れてい る ので、 それぞれの進数値を フ ォーマ ッ ト する こ と がで き ます。
•
dec (10 進数)
•
hex (16 進数)
•
oct (8 進数)
#include <iostream.h>
// Alternative:#include <iostream>
ap_fixed<6,3, AP_RND, AP_WRAP> Val = 3.25;
cout << Val << endl;
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// Yields:3.25
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316
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型
例 3‐118 : 値の出力に cout を 使用 し た例
標準 C ラ イ ブ ラ リ の使用
標準 C ラ イ ブ ラ リ (#include <stdio.h>) を使用 し て、 64 ビ ッ ト よ り も 大き な値を出力する こ と も で き ます。
1.
ap_[u]fixed ク ラ ス の to_string() メ ソ ッ ド を使用 し 、 値を C++ の std::string に変換 し ます。
2.
その結果を std::string ク ラ ス の c_str() メ ソ ッ ド を使用 し て、 ヌ ルで終了す る C 文字に変換 し ます。
オプ シ ョ ンの引数 1 (基数の指定)
ap[u]int::to_string() メ ソ ッ ド は目的の基数を指定す る オプシ ョ ンの引数を渡す こ と がで き ます。 有効な基数
の引数値は、 次の と お り です。
•
2 (2 進数)
•
8 (8 進数)
•
10 (10 進数)
•
16 (16 進数) (デフ ォ ル ト )
オプ シ ョ ンの引数 2 (符号付きの値 と し て出力)
ap_[u]int::to_string() の 2 つ目のオプシ ョ ンの引数は、 10 進数以外の フ ォーマ ッ ト で符号付 き の値を出力す
る か ど う か を指定 し ます。 こ の引数はブール形式です。 デフ ォ ル ト 値は false で、 10 進数以外の フ ォーマ ッ ト で符号
な し の値が出力 さ れます。
ap_fixed<6,3, AP_RND, AP_WRAP> Val = 3.25;
printf(%s \n, in2.to_string().c_str());
// Yields:0b011.010
printf(%s \n, in2.to_string(10).c_str()); //Yields:3.25
例 3‐119 : 2 進数お よ び 10 進数の出力
ap_[u]fixed 型は、 次の C++ マニ ピ ュ レー タ ー関数でサポー ト さ れます。
•
setprecision
•
setw
•
setfill
setprecision マニ ピ ュ レー タ ーでは、 使用す る 10 進数の精度を設定 し ます。 こ の場合、 1 つのパ ラ メ ー タ ー f を 10 進
数精度の値 と し て使用 し ます。 n には意味のあ る 10 進数の最大数を指定 し 、 合計 (小数点の前 と 後の両方を カ ウ ン ト
) を表示 さ せます。
デフ ォ ル ト の f の値は、 ネ イ テ ィ ブ C の float 型 と 互換性があ る 6 です。
ap_fixed<64, 32> f =3.14159;
cout << setprecision (5) << f << endl;
cout << setprecision (9) << f << endl;
f = 123456;
cout << setprecision (5) << f << endl;
上記を実行す る と 、 実際の精度が指定 し た精度を超え る 場合、 表示結果は丸め ら れ、 次の よ う に表示 さ れます。
3.1416
3.14159
1.2346e+05
setw マニ ピ ュ レー タ ーでは、 次が実行 さ れます。
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317
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型
•
フ ィ ール ド 幅に使用 さ れ る 文字数を設定
•
1 つのパ ラ メ ー タ ー w を幅の値 と し て使用
説明 :
°
w では、 一部の出力表示で使用 さ れ る 最小文字数を指定 し ます。
表示の設定幅が フ ィ ール ド 幅 よ り も 短い場合は、 埋め字で補足 さ れます。 埋め字は、 1 つのパ ラ メ ー タ ー f を補足文
字 と し て使用す る setfill マニ ピ ュ レー タ ーで制御 さ れます。
次に例を示 し ます。
ap_fixed<65,32> aa = 123456;
int precision = 5;
cout<<setprecision(precision)<<setw(13)<<setfill('T')<<a<<endl;
こ の出力は、 次の よ う にな り ます。
TTT1.2346e+05
例 3‐120 : setfill マ ニ ピ ュ レ ー タ ーの使用例
ap_fixed<6,3, AP_RND, AP_WRAP> Val = 3.25;
printf(%s \n, in2.to_string().c_str());
// Yields:0b011.010
printf(%s \n, in2.to_string(10).c_str()); //Yields:3.25
例 3‐121 : 値の出力に printf を使用 し た例
ap_[u]fixed<> 型を使用 し た式
任意精度の固定小数点値は、 C/C++ でサポー ト さ れてい る 演算子を使用する 式で使用で き ます。 任意精度の固定小数
点型ま たは変数を定義 し 終えた ら 、 その使用方法は C/C++ 言語のほかの浮動小数点型ま たは変数 と 同 じ です。
次に注意 し て く だ さ い。
•
ゼ ロ お よ び符号拡張
ソ ース値の符号に よ り 、 ビ ッ ト 幅が小 さ いほ う の値はすべてゼ ロ が追加 さ れ る か ま たは符号拡張 さ れます。 ビ ッ
ト 幅が小 さ い方の値を大 き な方の値に代入す る と き 、符号を得 る には型変換 (キ ャ ス ト ) を挿入す る 必要があ る 場
合があ り ます。
•
切 り 捨て
デス テ ィ ネーシ ョ ン変数 よ り も ビ ッ ト 幅が大 き な値の任意精度の固定小数点の代入を行 う 場合は、 切 り 捨てが実
行 さ れます。
ク ラ ス演算子および メ ソ ッ ド
通 常、 ネ イ テ ィ ブ の C/C++ 整 数 デ ー タ 型 で 実行可能 な 有効 な 演算 は、 演算子 を オ ー バ ー ロ ー ド す る こ と で、
ap_[u]fixed 型でサポー ト さ れます。 オーバー ロ ー ド さ れた演算子に加え、 一部の特定演算子お よ び メ ソ ッ ド を使
用 し て ビ ッ ト レベルの演算を簡単にす る こ と がで き ます。
2 進数の演算子
加算
ap_[u]fixed::RType ap_[u]fixed::operator + (ap_[u]fixed op)
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318
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型
任意のオペ ラ ン ド op を使用 し 任意精度の固定小数点値を加算 し ます。
オペ ラ ン ド は、 次のいずれかの整数型にな り ます。
•
ap_[u]fixed
•
ap_[u]int
•
C/C++
結果の ap_[u]fixed::RType は 2 つのオペ ラ ン ド の型に よ っ て異な り ます。
ap_fixed<76, 63> Result;
ap_fixed<5, 2> Val1 = 1625.153;
ap_fixed<75, 62> Val2 = 6721.355992351;
Result = Val1 + Val2;
//Yields 6722.480957
例 3‐122 : 2 進数演算子の加算の例
Val2 は、 整数部お よ び小数部の両方で ビ ッ ト 幅が大 き いため、 結果値をすべて格納で き る よ う にす る には、 結果の
型は こ の同 じ ビ ッ ト 幅に 1 を足 し た も のにな り ます。
減算
ap_[u]fixed::RType ap_[u]fixed::operator - (ap_[u]fixed op)
任意のオペ ラ ン ド op を使用 し 任意精度の固定小数点値を減算 し ます。
結果型 ap_[u]fixed::RType は 2 つのオペ ラ ン ド の型に よ っ て異な り ます。
ap_fixed<76, 63> Result;
ap_fixed<5, 2> Val1 = 1625.153;
ap_fixed<75, 62> Val2 = 6721.355992351;
Result = Val2 - Val1; // Yields 6720.23057
例 3‐123 : 2 進数演算子の減算の例
Val2 は、 整数部お よ び小数部の両方で ビ ッ ト 幅が大 き いため、 結果値をすべて格納で き る よ う にす る には、 結果の
型は こ の同 じ ビ ッ ト 幅に 1 を足 し た も のにな り ます。
乗算
ap_[u]fixed::RType ap_[u]fixed::operator * (ap_[u]fixed op)
任意のオペ ラ ン ド op を使用 し 任意精度の固定小数点値を乗算 し ます。
ap_fixed<80, 64> Result;
ap_fixed<5, 2> Val1 = 1625.153;
ap_fixed<75, 62> Val2 = 6721.355992351;
Result = Val1 * Val2;
// Yields 7561.525452
例 3‐124 : 2 進数演算子の乗算の例
こ の例では、 Val1 と Val2 を掛け合わせてい ます。 こ の結果の型は、 整数部の ビ ッ ト 幅 と 小数部の ビ ッ ト 幅の和に
な り ます。
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319
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型
除算
ap_[u]fixed::RType ap_[u]fixed::operator / (ap_[u]fixed op)
任意のオペ ラ ン ド op を使用 し 任意精度の固定小数点値を除算 し ます。
ap_fixed<84, 66> Result;
ap_fixed<5, 2> Val1 = 1625.153;
ap_fixed<75, 62> Val2 = 6721.355992351;
Result = Val2 / Val1;
// Yields 5974.538628
例 3‐125 : 2 進数演算子の除算の例
こ の例では、 Val1 と Val2 を除算 し てい ます。 十分な精度を保持する には、 次の よ う にな り ます。
•
結果型の整数ビ ッ ト 幅は、 Val1 の整数ビ ッ ト 幅 と 、 Val2 の小数ビ ッ ト 幅の和にな り ます。
•
結果型の小数ビ ッ ト 幅は、 Val1 の小数ビ ッ ト 幅 と 、 Val2 の全ビ ッ ト 幅の和にな り ます。
ビ ッ ト 単位の論理演算子
ビ ッ ト 単位の OR
ap_[u]fixed::RType ap_[u]fixed::operator | (ap_[u]fixed op)
任意精度の固定小数点 と 任意のオペ ラ ン ド op にビ ッ ト 単位演算を適用 し ます。
ap_fixed<75, 62> Result;
ap_fixed<5, 2> Val1 = 1625.153;
ap_fixed<75, 62> Val2 = 6721.355992351;
Result = Val1 | Val2;
// Yields 6271.480957
例 3‐126 : ビ ッ ト 単位の論理演算子の OR の例
ビ ッ ト 単位の AND
ap_[u]fixed::RType ap_[u]fixed::operator & (ap_[u]fixed op)
任意精度の固定小数点 と 任意のオペ ラ ン ド op にビ ッ ト 単位演算を適用 し ます。
ap_fixed<75, 62> Result;
ap_fixed<5, 2> Val1 = 1625.153;
ap_fixed<75, 62> Val2 = 6721.355992351;
Result = Val1 & Val2;
// Yields 1.00000
例 3‐127 : ビ ッ ト 単位の論理演算子の OR の例
ビ ッ ト 単位の XOR
ap_[u]fixed::RType ap_[u]fixed::operator ^ (ap_[u]fixed op)
任意精度の固定小数点 と 任意のオペ ラ ン ド op に xor ビ ッ ト 単位演算を適用 し ます。
ap_fixed<75, 62> Result;
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320
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型
ap_fixed<5, 2> Val1 = 1625.153;
ap_fixed<75, 62> Val2 = 6721.355992351;
Result = Val1 ^ Val2;
// Yields 6720.480957
例 3‐128 : ビ ッ ト 単位の論理演算子の XOR の例
イ ン ク リ メ ン ト お よびデ ク リ メ ン ト 演算子
プリ インク リ メ ン ト
ap_[u]fixed ap_[u]fixed::operator ++ ()
こ の operator 関数の接頭辞を使用す る と 、 任意精度の固定小数点変数が 1 ずつ イ ン ク リ メ ン ト さ れます。
ap_fixed<25, 8> Result;
ap_fixed<8, 5> Val1 = 5.125;
Result = ++Val1;
// Yields 6.125000
例 3‐129 : イ ン ク リ メ ン ト お よ びデ ク リ メ ン ト 演算子 : プ リ イ ン ク リ メ ン ト の例
ポス ト イ ン ク リ メ ン ト
ap_[u]fixed ap_[u]fixed::operator ++ (int)
こ の operator 接尾語関数では、 次が実行 さ れます。
•
•
任意精度の固定小数点変数を 1 ずつ イ ン ク リ メ ン ト
こ の任意精度の固定小数点の元の値を戻す
ap_fixed<25, 8> Result;
ap_fixed<8, 5> Val1 = 5.125;
Result = Val1++;
// Yields 5.125000
例 3‐130 : イ ン ク リ メ ン ト お よ びデ ク リ メ ン ト 演算子 : ポ ス ト イ ン ク リ メ ン ト の例
プ レデ ク リ メ ン ト
ap_[u]fixed ap_[u]fixed::operator -- ()
こ の operator 関数の接頭辞を使用す る と 、 任意精度の固定小数点変数が 1 ずつデ ク リ メ ン ト さ れます。
ap_fixed<25, 8> Result;
ap_fixed<8, 5> Val1 = 5.125;
Result = --Val1;
// Yields 4.125000
例 3‐131 : イ ン ク リ メ ン ト お よ びデ ク リ メ ン ト 演算子 : プ リ デ ク リ メ ン ト の例
ポス ト デ ク リ メ ン ト
ap_[u]fixed ap_[u]fixed::operator -- (int)
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321
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型
こ の operator 接尾語関数では、 次が実行 さ れます。
•
任意精度の固定小数点変数を 1 ずつデ ク リ メ ン ト
•
こ の任意精度の固定小数点の元の値を戻す
ap_fixed<25, 8> Result;
ap_fixed<8, 5> Val1 = 5.125;
Result = Val1--;
// Yields 5.125000
例 3‐132 : イ ン ク リ メ ン ト お よ びデ ク リ メ ン ト 演算子ポ ス ト デ ク リ メ ン ト の例
単項演算子
加算
ap_[u]fixed ap_[u]fixed::operator + ()
任意精度の固定小数点変数のセルフ コ ピーを戻 し ます。
ap_fixed<25, 8> Result;
ap_fixed<8, 5> Val1 = 5.125;
Result = +Val1;
// Yields 5.125000
例 3‐133 : 単項演算子 : 加算の例
減算
ap_[u]fixed::RType ap_[u]fixed::operator - ()
任意精度の固定小数点変数の負の値を戻 し ます。
ap_fixed<25, 8> Result;
ap_fixed<8, 5> Val1 = 5.125;
Result = -Val1;
// Yields -5.125000
例 3‐134 : 単項演算子 : 減算の例
等価ゼロ
bool ap_[u]fixed::operator !()
こ の operator 関数では、 次が実行 さ れます。
•
任意精度の固定小数点変数を 0 と 比較
•
結果を戻す
bool Result;
ap_fixed<8, 5> Val1 = 5.125;
Result = !Val1;
// Yields false
例 3‐135 : 単項演算子 : 等価ゼ ロの例
ビ ッ ト 単位の逆
ap_[u]fixed::RType ap_[u]fixed::operator ~ ()
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322
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型
任意精度の固定小数点変数のビ ッ ト 単位の補数を戻 し ます。
ap_fixed<25, 15> Result;
ap_fixed<8, 5> Val1 = 5.125;
Result = ~Val1;
// Yields -5.25
例 3‐136 : 単項演算子 : ビ ッ ト 単位反転の例
シ フ ト 演算子
符号な し 左シ フ ト
ap_[u]fixed ap_[u]fixed::operator << (ap_uint<_W2> op)
こ の operator 関数では、 次が実行 さ れます。
•
任意の整数オペ ラ ン ド で左にシ フ ト
•
結果を戻す
オペ ラ ン ド には次の C/C++ の整数型を使用する こ と がで き ます。
•
char
•
short
•
int
•
long
左シ フ ト 演算で戻 さ れ る 型は、 シ フ ト さ れてい る 型 と 同 じ 幅にな り ます。
注記 : シ フ ト ではオーバーフ ロ ーま たは量子化モー ド はサポー ト さ れてい ません。
ap_fixed<25, 15> Result;
ap_fixed<8, 5> Val = 5.375;
ap_uint<4> sh = 2;
Result = Val << sh;
// Yields -10.5
例 3‐137 : シ フ ト 演算子 : 符号な し 左シ フ ト の例
結果のビ ッ ト 幅は (W = 25、I = 15) です。左シ フ ト 演算の結果型は Val と 同 じ 型であ る ため、次の よ う にな り ます。
•
Val の高位 2 ビ ッ ト がシ フ ト ア ウ ト
•
結果は -10.5
結果値に 21.5 が必要な場合は、 ap_ufixed<10, 7>(Val) の よ う に、 まず Val をap_fixed<10, 7> に型変換す
る 必要があ り ます。
符号付き左シ フ ト
ap_[u]fixed ap_[u]fixed::operator << (ap_int<_W2> op)
こ れに よ り 、 次が実行 さ れます。
•
任意の整数オペ ラ ン ド で左にシ フ ト
•
結果を戻す
シ フ ト の方向はオペ ラ ン ド が正か負かに よ り 変わ り ます。
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323
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型
•
オペ ラ ン ド が正の場合は右シ フ ト が実行 さ れます。
•
オペ ラ ン ド が負の場合は左シ フ ト (逆方向) が実行 さ れます。
オペ ラ ン ド には次の C/C++ の整数型を使用する こ と がで き ます。
•
char
•
short
•
int
•
long
右シ フ ト 演算で戻 さ れ る 型は、 シ フ ト さ れてい る 型 と 同 じ 幅にな り ます。
ap_fixed<25, 15, false> Result;
ap_uint<8, 5> Val = 5.375;
ap_int<4> Sh = 2;
Result = Val << sh;
// Shift left, yields -10.25
Sh = -2;
Result = Val << sh;
// Shift right, yields 1.25
例 3‐138 : シ フ ト 演算子 : 符号な し 左シ フ ト の例
符号な し 右シ フ ト
ap_[u]fixed ap_[u]fixed::operator >> (ap_uint<_W2> op)
こ の operator 関数では、 次が実行 さ れます。
•
任意の整数オペ ラ ン ド で右にシ フ ト
•
結果を戻す
オペ ラ ン ド には次の C/C++ の整数型を使用する こ と がで き ます。
•
char
•
short
•
int
•
long
右シ フ ト 演算で戻 さ れ る 型は、 シ フ ト さ れてい る 型 と 同 じ 幅にな り ます。
ap_fixed<25, 15> Result;
ap_fixed<8, 5> Val = 5.375;
ap_uint<4> sh = 2;
Result = Val >> sh;
// Yields 1.25
例 3‐139 : シ フ ト 演算子 : 符号な し 右シ フ ト の例
すべての上位ビ ッ ト を保持す る 必要があ る 場合は、 ap_fixed<10, 5>(Val) の よ う に、 まず Val の小数部の ビ ッ
ト 幅を拡張 し ます。
符号付き右シ フ ト
ap_[u]fixed ap_[u]fixed::operator >> (ap_int<_W2> op)
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324
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型
こ れに よ り 、 次が実行 さ れます。
•
任意の整数オペ ラ ン ド でmigi にシ フ ト
•
結果を戻す
シ フ ト の方向はオペ ラ ン ド が正か負かに よ り 変わ り ます。
•
オペ ラ ン ド が正の場合は右シ フ ト にな り ます。
•
オペ ラ ン ド が負の場合は左シ フ ト (逆方向) にな り ます。
オペ ラ ン ド には C/C++ の整数型を使用する こ と がで き ます (char、 short、 int、 ま たは long)。
右シ フ ト 演算の返 さ れ る 型は、 シ フ ト さ れてい る 型 と 同 じ 幅にな り ます。 次はその例です。
ap_fixed<25, 15, false> Result;
ap_uint<8, 5> Val = 5.375;
ap_int<4> Sh = 2;
Result = Val >> sh;
// Shift right, yields 1.25
Sh = -2;
Result = Val >> sh;
// Shift left,
yields -10.5
1.25
関係演算子
等号
bool ap_[u]fixed::operator == (ap_[u]fixed op)
任意のオペ ラ ン ド で任意精度の固定小数点変数を比較 し ます。
等 し ければ true を、 等 し く なければ false を戻 し ます。
オペ ラ ン ド op には、 ap_[u]fixed、 ap_int ま たは C/C++ 整数型を使用する こ と がで き ます。 次はその例です。
bool Result;
ap_ufixed<8, 5> Val1 = 1.25;
ap_fixed<9, 4> Val2 = 17.25;
ap_fixed<10, 5> Val3 = 3.25;
Result = Val1 == Val2;
Result = Val1 == Val3;
// Yields
// Yields
true
false
等号否定
bool ap_[u]fixed::operator != (ap_[u]fixed op)
任意のオペ ラ ン ド で こ の任意精度の固定小数点変数を比較 し ます。
等 し く なければ true を、 等 し く ければ false を戻 し ます。
オペ ラ ン ド op には、 次を使用す る こ と がで き ます。
•
ap_[u]fixed
•
ap_int
•
C ま たは C++ の整数型
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325
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型
次はその例です。
bool Result;
ap_ufixed<8, 5> Val1 = 1.25;
ap_fixed<9, 4> Val2 = 17.25;
ap_fixed<10, 5> Val3 = 3.25;
Result = Val1 != Val2;
Result = Val1 != Val3;
// Yields false
// Yields true
大な り イ コ ール
bool ap_[u]fixed::operator >= (ap_[u]fixed op)
こ の operator では、 任意のオペ ラ ン ド で変数を比較 し てい ます。
変数が等 し い、 ま たはオペ ラ ン ド よ り 大 き い場合は true を、 そ う でない場合は false を戻 し ます。
オペ ラ ン ド op には、 ap_[u]fixed, ap_int ま たは C/C++ 整数型を使用す る こ と がで き ます。
次はその例です。
bool Result;
ap_ufixed<8, 5> Val1 = 1.25;
ap_fixed<9, 4> Val2 = 17.25;
ap_fixed<10, 5> Val3 = 3.25;
Result = Val1 >= Val2;
Result = Val1 >= Val3;
// Yields true
// Yields false
小な り イ コ ール
bool ap_[u]fixed::operator <= (ap_[u]fixed op)
任意のオペ ラ ン ド で変数を比較 し 、等 し い、ま たはオペ ラ ン ド よ り 小 さ い場合は true を戻 し 、そ う でなければ false
を戻 し ます。
オペ ラ ン ド op には、 ap_[u]fixed、 , ap_int ま たは C/C++ 整数型を使用する こ と がで き ます。
次はその例です。
bool Result;
ap_ufixed<8, 5> Val1 = 1.25;
ap_fixed<9, 4> Val2 = 17.25;
ap_fixed<10, 5> Val3 = 3.25;
Result = Val1 <= Val2;
Result = Val1 <= Val3;
// Yields true
// Yields true
大な り
bool ap_[u]fixed::operator > (ap_[u]fixed op)
任意のオペ ラ ン ド で変数を比較 し 、 オペ ラ ン ド よ り 大 き い場合は true を戻 し 、 そ う でなければ false を戻 し ます。
オペ ラ ン ド op には、 ap_[u]fixed、 , ap_int ま たは C/C++ 整数型を使用する こ と がで き ます。
次はその例です。
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326
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型
bool Result;
ap_ufixed<8, 5> Val1 = 1.25;
ap_fixed<9, 4> Val2 = 17.25;
ap_fixed<10, 5> Val3 = 3.25;
Result = Val1 > Val2;
Result = Val1 > Val3;
// Yields false
// Yields false
小な り
bool ap_[u]fixed::operator < (ap_[u]fixed op)
任意のオペ ラ ン ド で変数を比較 し 、 オペ ラ ン ド よ り 小 さ い場合は true を返 し 、 そ う でなければ false を戻 し ます。
オペ ラ ン ド op には、 ap_[u]fixed、 ap_int ま たは C/C++ 整数型を使用する こ と がで き ます。 次はその例です。
bool Result;
ap_ufixed<8, 5> Val1 = 1.25;
ap_fixed<9, 4> Val2 = 17.25;
ap_fixed<10, 5> Val3 = 3.25;
Result = Val1 < Val2;
Result = Val1 < Val3;
// Yields false
// Yields true
ビ ッ ト 演算子
ビ ッ ト の選択および設定
af_bit_ref ap_[u]fixed::operator [] (int bit)
任意精度の固定小数点値か ら 1 ビ ッ ト 選択 し 、 それを戻 し ます。
戻 し 値は、 ap_[u]fixed 変数で対応す る ビ ッ ト を設定ま たは消去で き る 参照値です。 ビ ッ ト 引数は整数値であ る 必
要があ り 、 選択す る ビ ッ ト の指数を指定 し ます。 最下位ビ ッ ト は指数 0 にな り ます。 最大指数は こ の ap_[u]fixed
変数のビ ッ ト 幅か ら 1 を引いた値にな り ます。
結果型は af_bit_ref で値は 0 ま たは 1 です。 次はその例です。
ap_int<8, 5> Value = 1.375;
Value[3];
Value[4];
// Yields
// Yields
1
0
Value[2] = 1;
Value[3] = 0;
// Yields 1.875
// Yields 0.875
ビ ッ ト 範囲
af_range_ref af_(u)fixed::range (unsigned Hi, unsigned Lo)
af_range_ref af_(u)fixed::operator [] (unsigned Hi, unsigned Lo)
こ の演算は、 ビ ッ ト 選択の演算子 [] に似てい ますが、 1 ビ ッ ト ではな く ビ ッ ト の範囲に対 し て演算が行われ、
任意精度の固定小数点変数か ら ビ ッ ト のグループを選択 し ます。 引数 Hi は範囲の上のほ う のビ ッ ト を指定 し 、 引数
Lo は最下位ビ ッ ト を指定 し ます。 Lo が Hi よ り も 大 き い場合は、 選択 さ れた ビ ッ ト が逆の順序で戻 さ れます。
返 さ れ る 型 af_range_ref は、Hi お よ び Lo で指定 さ れ る ap_[u]fixed 変数の範囲の参照です。次はその例です。
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327
C++ の任意精度 (AP) 固定小数点型
ap_uint<4> Result = 0;
ap_ufixed<4, 2> Value = 1.25;
ap_uint<8> Repl = 0xAA;
Result = Value.range(3, 0);
Value(3, 0) = Repl(3, 0);
// Yields:0x5
// Yields:-1.5
// when Lo > Hi, return the reverse bits string
Result = Value.range(0, 3);
// Yields:0xA
範囲選択
af_range_ref af_(u)fixed::range ()
af_range_ref af_(u)fixed::operator []
こ れは、 範囲選択演算子 [] の特殊ケース で、 任意精度の固定小数点値か ら すべての ビ ッ ト を標準の順序で選択 し ま
す。
返 さ れ る 型 af_range_ref は、 Hi = W - 1 お よ び Lo = 0 で指定 さ れ る 範囲の参照です。 次はその例です。
ap_uint<4> Result = 0;
ap_ufixed<4, 2> Value = 1.25;
ap_uint<8> Repl = 0xAA;
Result = Value.range();
Value() = Repl(3, 0);
// Yields:0x5
// Yields:-1.5
長さ
int ap_[u]fixed::length ()
任意精度の固定小数点値で ビ ッ ト 数を示す整数値を返 し ます。 1 つの型ま たは値で使用す る こ と がで き ます。 次はそ
の例です。
ap_ufixed<128, 64> My128APFixed;
int bitwidth = My128APFixed.length();
// Yields 128
明示的な変換 メ ソ ッ ド
固定小数点から double 型
double ap_[u]fixed::to_double ()
こ の メ ンバー フ ァ ン ク シ ョ ンは、 IEEE の倍精度フ ォーマ ッ ト で固定小数点値を返 し ます。 次はその例です。
ap_ufixed<256, 77> MyAPFixed = 333.789;
double Result;
Result = MyAPFixed.to_double();
// Yields 333.789
固定小数点から ap_int 型
ap_int ap_[u]fixed::to_ap_int ()
こ の メ ンバー フ ァ ン ク シ ョ ンは、 こ の固定小数点値を、 すべての整数ビ ッ ト を取 り 込む ap_int 型に明示的に変換
し ます (小数ビ ッ ト は切 り 捨て)。 次はその例です。
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328
SystemC 型 と Vivado HLS 型の比較
ap_ufixed<256, 77> MyAPFixed = 333.789;
ap_uint<77> Result;
Result = MyAPFixed.to_ap_int();
//Yields 333
固定小数点から 整数型
int ap_[u]fixed::to_int ()
unsigned ap_[u]fixed::to_uint ()
ap_slong ap_[u]fixed::to_int64 ()
ap_ulong ap_[u]fixed::to_uint64 ()
こ の メ ンバー フ ァ ン ク シ ョ ンは、こ の固定小数点値を C のビル ト イ ン整数型に明示的に変換 し ます。次はその例です。
ap_ufixed<256, 77> MyAPFixed = 333.789;
unsigned int Result;
Result = MyAPFixed.to_uint();
//Yields 333
unsigned long long Result;
Result = MyAPFixed.to_uint64();
//Yields 333
SystemC 型 と Vivado HLS 型の比較
Vivado HLS 型は SystemC型 と 同様で、実質上すべての ク ラ ス に互換性があ り ます。 Vivado HLS 型を使用 し て記述 さ れ
た コ ー ド は、 通常 SystemC デザ イ ンに移行で き 、 SystemC 型を使用 し て記述 さ れた コ ー ド は Vivado HLS に移行で き
ます。
Vivado HLS 型 と SystemC 型の ビヘ イ ビ アーには、 違い も あ り ます。 こ れ ら の違いについては、 次のセ ク シ ョ ン に分
けて説明 し ます。
•
デフ ォ ル ト コ ン ス ト ラ ク タ ー
•
整数除算
•
整数係数
•
負のシ フ ト
•
左シ フ ト のオーバーフ ロ ー
•
range 演算
•
固定小数点の除算
•
固定小数点の ラ イ ト シ フ ト
•
固定小数点の左シ フ ト
デ フ ォル ト コ ン ス ト ラ ク タ ー
SystemC では、 次の型の コ ン ス ト ラ ク タ ーに よ り 、 プ ロ グ ラ ム実行前に値が 0 に初期化 さ れます。
•
sc_[u]int
•
sc_[u]bigint
•
sc_[u]fixed
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329
SystemC 型 と Vivado HLS 型の比較
次の Vivado HLS 型は こ の コ ン ス ト ラ ク タ ーでは初期化 さ れません。
•
ap_[u]int
•
ap_[u]fixed
Vivado HLS のビ ッ ト 精度デー タ 型 :
•
ap_[u]int
デフ ォ ル ト の初期化な し
•
ap_[u]fixed
デフ ォ ル ト の初期化な し
SystemC のビ ッ ト 精度デー タ 型 :
•
sc_[u]int
デフ ォ ル ト で 0 に初期化
•
sc_big[u]int
デフ ォ ル ト で 0 に初期化
•
sc_[u]fixed
デフ ォ ル ト で 0 に初期化
注意 : SystemC 型を Vivado HLS 型に移行す る 場合は、 変数が読み出 さ れない よ う に、 ま たは書 き 込まれ る ま で条件文
に使用 さ れない よ う に し て く だ さ い。
出力が書 き 込まれたか ど う かに関係な く 、 SystemC デザ イ ンのすべての出力がデフ ォ ル ト 値の 0 で表示 さ れ始め る こ
と があ り ます。 こ の場合、 Vivado HLS 型 と 同 じ 変数はそれが書 き 込まれ る ま で未知の状態の ま ま です。
整数除算
整数除算を使用す る 場合、 Vivado HLS 型は sc_big[u]int 型 と 同 じ にな り ますが、 sc_[u]int と は異な る ビヘ イ
ビ アーにな り ます。 図 3-9 はその例を示 し てい ます。
X-Ref Target - Figure 3-9
図 3‐9 : 整数除算の相違点
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330
SystemC 型 と Vivado HLS 型の比較
SystemC の sc_int 型は、 符号な し の整数が負の符号付 き 整数で除算 さ れ る と 0 を戻 し ます。 Vivado HLS 型の場合、
SystemC の sc_bigint と 同様、 負の結果を示 し ます。
整数係数
剰余演算子を使用す る 場合、 Vivado HLS 型は sc_big[u]int 型 と 同 じ にな り ますが、 sc_[u]int と は異な る ビヘ
イ ビ アーにな り ます。 図 3-10 はその例を示 し てい ます。
X-Ref Target - Figure 3-10
図 3‐10 : 整数剰余の相違点
SystemC の sc_int 型は、 次の場合に剰余演算の被除数の値を戻 し ます。
•
被除数 (dividend) が符号な し の整数
•
除数 (divisor) が負の符号付 き 整数
Vivado HLS 型の場合 (例 : SystemC の sc_bigint 型)、 正の剰余演算結果を戻 し ます。
負のシ フ ト
シ フ ト 演算の値が負の数値の場合、 Vivado HLS の ap_[u]int 型は値を逆方向にシ フ ト し ます。 た と えば、 右シ フ ト
の場合は左シ フ ト を戻 し ます。
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331
SystemC 型 と Vivado HLS 型の比較
SystemC 型の sc_[u]int お よ び sc_big[u]int は、 こ の よ う な場合異な る ビヘ イ ビ アーにな り ます。 図 3-11 は、
こ の演算の例を Vivado HLS 型 と SystemC 型の両方で示 し てい ます。
X-Ref Target - Figure 3-11
図 3‐11 : 負のシ フ ト の相違点
表 3‐18 : 負のシ フ ト の相違点のサマ リ
型
操作
ap_[u]int
反対方向にシ フ ト
sc_[u]int
0 を戻す
sc_big[u]int
シフ ト なし
シ フ ト レ フ ト のオーバー フ ロー
シ フ ト 演算が実行 さ れ、 結果が出力や代入 さ れた変数ではな く 、 入力変数か ら オーバーフ ロ ーする 場合、 Vivado HLS
型 と SystemC 型のビヘ イ ビ アーは異な り ます。
•
Vivado HLS の ap_[u]int は、 値を シ フ ト し てか ら 代入をす る ので、 上位ビ ッ ト はオーバーフ ロ ー し て失われ
ます。
•
SystemC の sc_big(u)int お よ び sc_(u)int 型の場合は、 両方 と も 結果を代入 し てか ら 、 上位ビ ッ ト を保持
し つつシ フ ト を実行 し ます。
•
図 3-12 は、 こ の演算の例を Vivado HLS 型 と SystemC 型の両方で示 し てい ます。
X-Ref Target - Figure 3-12
図 3‐12 : シ フ ト レ フ ト のオーバー フ ローの相違点
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332
SystemC 型 と Vivado HLS 型の比較
range 演算
range 演算が使用 さ れ、 その range のサ イ ズが ソ ー ス と デ ス テ ィ ネーシ ョ ン で異な る 場合は、 ビヘ イ ビ アが異な り ま
す。図 3-13 は、 こ の演算の例を Vivado HLS 型 と SystemC 型の両方で示 し てい ます。次のサマ リ を参照 し て く だ さ い。
X-Ref Target - Figure 3-13
図 3‐13 : range 演算の相違点
•
Vivado HLS の ap_[u]int お よ び SystemC の sc_big[u]int 型は、 指定 し た range を置 き 換え て、 タ ーゲ ッ ト
の範囲を 0 で埋め る よ う に拡張 さ れます。
•
SystemC の sc_big[u]int 型は、 ソ ース の range のみ使用 し て ア ッ プデー ト さ れます。
固定小数点型の除算
異な る サ イ ズの固定小数点型の変数を使用 し て除算を実行す る 場合、 小数値の代入方法が Vivado HLS 型 と SystemC
型で異な り ます。
ap_[u]fixed 型の場合、 小数部分はその被除数 よ り も 大 き く はな り ません。 SystemC の sc_[u]fixed 型では、 除
算での小数の精度が保持 さ れます。 ap_[u]fixed 型を使用す る 場合、 代入前に新 し い変数幅へキ ャ ス ト す る と 、 小
数部分を保持す る こ と がで き ます。
図 3-14 は、 こ の演算の例を Vivado HLS 型 と SystemC 型の両方で示 し てい ます。
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333
SystemC 型 と Vivado HLS 型の比較
X-Ref Target - Figure 3-14
図 3‐14 : 固定小数点の除算の相違点
固定小数点型の右シ フ ト
右シ フ ト 演算が実行 さ れ る 場合、 Vivado HLS と SystemC の動作は異な り ます。
•
Vivado HLS の固定小数点型で実行 さ れ る と 、 シ フ ト が実行 さ れてか ら 、 値が代入 さ れます。
•
SystemC の固定小数点型の場合、 値が代入 さ れてか ら 、 シ フ ト が実行 さ れます。
結果が よ り 多 く の小数ビ ッ ト を含む固定小数点型の場合、 SystemC 型では さ ら に追加で精度が保持 さ れます。
図 3-15 は、 こ の演算の例を Vivado HLS 型 と SystemC 型の両方で示 し てい ます。
X-Ref Target - Figure 3-15
図 3‐15 : 右シ フ ト を使用 し た固定小数点型の違い
量子化モー ド の型は、 ap_[u]fixed の右シ フ ト の結果には影響 し ません。 シ フ ト 演算 よ り も 前に結果の型のサ イ ズに代
入 し てお く こ と をお勧め し ます。
固定小数点型の左シ フ ト
ap_[u]fixed 型を使用 し て左シ フ ト 演算を実行す る と 、 オペ ラ ン ド が符号拡張 さ れてか ら 、 シ フ ト さ れて、 代入 さ
れます。 SystemC の sc_[u]fixed 型の場合は、 代入 し てか ら シ フ ト が実行 さ れます。 こ の場合、 Vivado HLS 型はす
べての符号を保持 し ます。
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334
SystemC 型 と Vivado HLS 型の比較
図 3-16 は、 こ の演算の例を Vivado HLS 型 と SystemC 型の両方で示 し てい ます。
X-Ref Target - Figure 3-16
図 3‐16 : 左シ フ ト を使用 し た固定小数点型の違い
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335
第 4章
高位合成 コ マ ン ド
高位合成 コ マ ン ド の使用
ア ク テ ィ ブ デザ イ ン プ ロ ジ ェ ク ト で高位合成 (HLS) コ マ ン ド を実行す る 前に、 次の基本的なの概念を理解 し てお く
必要があ り ます。
1.
Vivado HLS では、 プ ロ ジ ェ ク ト ベース構造でデザ イ ンが保存 さ れます。
2.
Vivado HLS の最適化は、 領域、 ロ ケーシ ョ ン、 ま たは コ ー ド 内で指定 し ます。
3.
Vivado HLS の最適化は Tcl コ マ ン ド ま たは ソ ース コ ー ド のプ ラ グマ と し て指定で き ます。
ど ち ら のオプシ ョ ン も テ キ ス ト フ ァ イ ルで編集で き る ほか、 Vivado HLS の GUI か ら で も 実行で き ます。
本章では、 こ れ ら の概念についてそれぞれ説明 し ます。
プ ロ ジ ェ ク ト の管理
Vivado HLS では、 プ ロ ジ ェ ク ト ベース のデー タ ベース が使用 さ れ、 合成お よ び検証が管理 さ れ、 結果が保存 さ れま
す。 デザ イ ンは、 複数の ソ リ ュ ーシ ョ ン を含むプ ロ ジ ェ ク ト と し て表示 さ れます。
ソ ース コ ー ド お よ びテ ス ト ベンチは こ のプ ロ ジ ェ ク ト に保存 さ れます。 ソ リ ュ ーシ ョ ン を使用する と 、 次が実行で き
ます。
•
タ ーゲ ッ ト テ ク ノ ロ ジ (FPGA フ ァ ミ リ お よ びデバ イ ス) を指定
•
指示子を適用 し 、 同 じ ソ ース コ ー ド に対 し て異な る イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン を作成 (最適な イ ンプ リ メ ン テー
シ ョ ン を選択す る ための表示あ り )
Vivado HLS のプ ロ ジ ェ ク ト お よ び ソ リ ュ ーシ ョ ンは、 Vivado HLS で使用 さ れ る デ ィ レ ク ト リ 構造に直接反映 さ れま
す。 図 4-1 は、 結果が生成 さ れた後の Vivado HLS デ ィ レ ク ト リ の例です。
図 4-1 の例には、 次が表示 さ れてい ます。
•
一番上のプ ロ ジ ェ ク ト は project.prj. と 表示 さ れ、 すべてのプ ロ ジ ェ ク ト デー タ が同 じ 名前のプ ロ ジ ェ ク ト
デ ィ レ ク ト リ に保存 さ れます。
•
プ ロ ジ ェ ク ト には ソ ース コ ー ド と テ ス ト ベンチ フ ァ イ ルが含まれます。
•
こ のプ ロ ジ ェ ク ト には solution1 と solution2 の 2 つの ソ リ ュ ーシ ョ ンがあ り ます。
•
現在の と こ ろ、 ア ク テ ィ ブ ソ リ ュ ーシ ョ ンは solution1 (太字でハ イ ラ イ ト ) です。
•
シ ミ ュ レーシ ョ ン結果は sim デ ィ レ ク ト リ に保存 さ れます。
•
合成結果は syn デ ィ レ ク ト リ に保存 さ れます。
°
syn デ ィ レ ク ト リ には、 Verilog、 VHDL、 SystemC で作成 さ れた RTL 出力が含まれます。
°
syn デ ィ レ ク ト リ には、 生成 さ れた レ ポー ト が含まれます。
高位合成
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336
高位合成コ マ ン ド の使用
X-Ref Target - Figure 4-1
図 4‐1 : プ ロ ジ ェ ク ト および ソ リ ュ ーシ ョ ンの構造
Vivado HLS コ マ ン ド を使用す る 際は、 ア ク テ ィ ブ プ ロ ジ ェ ク ト ま たは ソ リ ュ ーシ ョ ン内で し か使用で き ない コ マ ン
ド があ る こ と に注意 し て く だ さ い。 通常、 プ ロ ジ ェ ク ト は同 じ ソ ース コ ー ド のセ ッ ト に使用 さ れ、 ソ リ ュ ーシ ョ ンは
その ソ ース コ ー ド に対す る さ ま ざ ま な イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン を作成する ために使用 さ れます。
ヒ ン ト : 新 し いプ ロ ジ ェ ク ト を開 く と 、 既存のプ ロ ジ ェ ク ト は自動的に閉 じ 、 新 し い ソ リ ュ ーシ ョ ン を開 く と 、 既存
の ソ リ ュ ーシ ョ ンは自動的に閉 じ ます。
高位合成の最適化のロ ケーシ ョ ン
Vivado HLS での最適化は、 関数、 ループ、 領域、 ア レ イ お よ び イ ン タ ーフ ェ イ ス パ ラ メ ー タ ーで指定で き ます。 こ
のセ ク シ ョ ンでは、 最適化の適用方法 と 影響す る ロ ケーシ ョ ンについて説明 し ます。
最適化の指定
最適化は、 次の 3 つのいずれかの方法で指定 し ます。
1.
GUI の [Directive] タ ブ を使用 し ます。
2.
オブジ ェ ク ト が独自に識別で き る のであれば、 対話型プ ロ ンプ ト ま たはバ ッ チ フ ァ イ ルに Tcl コ マ ン ド を使用 し
て指示子を指定 し ます。 ループお よ び領域には ラ ベルが必要です。
3.
プ ラ グマ指示子を ソ ース コ ー ド に直接挿入 し ます。 プ ラ グマは、 関数、 ループ、 ま たはそれが適用 さ れ る 領域内
に含まれ る 必要があ り 、 グ ロ ーバル空間の関数外には配置で き ません。
こ れ ら の方法で指定 さ れ る 最適化は、 ソ ース コ ー ド 内の指定 ロ ケーシ ョ ン (ス コ ープ) に適用 さ れます。
高位合成
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337
高位合成コ マ ン ド の使用
コー ド例
次の例は、 あ る ソ ース コ ー ド の概要を示 し てい ます。
int foo_sub_A (int mem_1[64],..){
for_A: for (int n = 0; n < 3; ++n) {
...
}
...
}
int foo_sub_B (int mem_1[64], int i) {
for_B:for (int n = 0; n < 4; ++n) {
...
}
...
}
void foo_top (int mem_1[64], int mem_2[64]) {
...
for_top: for (int i = 0; i < 64; ++i) {
my_label:{
...
}
}
}
[Directive] タ ブ
図 4-2 に、 上記の コ ー ド 例が ど の よ う に [Directive] タ ブに表示 さ れ る か を示 し ます。 [Directive] タ ブは、 次の方法で
表示で き ます。
1.
[Explorer] タ ブで ソ ース コ ー ド を ダブル ク リ ッ ク し て開 き ます。
2.
補足エ リ アで [Directive] タ ブ を ク リ ッ ク し ます。
X-Ref Target - Figure 4-2
図 4‐2 : [Directive] タ ブのオブ ジ ェ ク ト
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高位合成コ マ ン ド の使用
[Directive] タ ブに含まれ る オブジ ェ ク ト は、 次の と お り です。
•
イ ン タ ーフ ェ イ ス
イ ン タ ーフ ェ イ ス に適用 さ れ る 指示子は、 その イ ン タ ーフ ェ イ ス のオブジ ェ ク ト (関数、 パ ラ メ ー タ ー、 グ ロ ー
バルま たは戻 り 値) にのみ適用 さ れます。
•
関数
関数に適用 さ れ る 指示子は、 その関数の ス コ ープ内のオブジ ェ ク ト すべてに対 し て実行 さ れます。 指示子の影響
は、 その関数階層の次の レベルで停止 し ますが、 すべてが繰 り 返 し フ ラ ッ ト に さ れて展開 さ れ る PIPELINE 指示
子の場合や、 指示子で -recursive オプシ ョ ンがサポー ト さ れていて適用 さ れ る 場合な どは例外です。
図 4-2 の例の場合、 foo_top に適用 さ れた指示子は foo_sub_A ま たは foo_sub_B の演算には影響 し ません
(上記の例外は除 く )。
•
ループ
ループに適用 さ れ る 指示子は、 そのループの ス コ ープ内のオブジ ェ ク ト すべてに影響 し ます。
•
°
ループに MERGE 指示子が使用 さ れ る 場合、指示子はループ自体ではな く 、その下位ループに適用 さ れます。
ループは同 じ 階層レベルのループ と は結合 さ れず、 下位ループ と 結合 さ れます。
°
PIPELINE 指示子は、 ループ内のオブジ ェ ク ト に も 適用 さ れます。 こ れは、 本質的にはループ自体のパ イ プ
ラ イ ン処理 と 同 じ です。
アレ イ
指示子はア レ イ に直接適用で き ます。 こ の場合、 ア レ イ 自体にのみ適用で き る ほか、 複数のア レ イ を含む関数、
ループ、 領域に適用で き ます。 ま た、 含まれ る すべてのア レ イ に適用 さ れます。
•
領域
コ ー ド の領域は波括弧 { } で囲む と 作成で き ます。
{the code between these braces is a region}
ラ ベル付 き 領域に適用 さ れ る 指示子は、 その領域内のオブジ ェ ク ト に適用 さ れます。
ヒ ン ト : Tcl コ マ ン ド を使用 し て指示子を適用す る には、 上記の例の よ う にループお よ び領域に ラ ベルが必要です (上
記の例ではループ ラ ベル for_top と 領域 ラ ベル my_label)。
イ ン タ ーフ ェ イ スお よ びア レ イ 以外のその他のオブジ ェ ク ト (関数、 ループ、 領域) は、 複数の文を含むコ ー ド の 「エ
リ ア」 を示 し ます。 こ のため、 本書では タ ーゲ ッ ト を 「 ロ ケーシ ョ ン」 と し て リ ス ト し てい ます。
重要 : 指示子が ロ ケーシ ョ ンに適用 さ れ る と 、 明確に指定がない限 り 、 その ロ ケーシ ョ ン内のすべてのオブジ ェ ク ト
に適用 さ れます。
コ マ ン ド およびプ ラ グマ
Vivado HLS の最適化は、 前のセ ク シ ョ ンで説明 し た よ う に、 主に コ ー ド 内の ロ ケーシ ョ ンに基づいてい ます。 最適化
を指定す る こ のモデルでは、 コ ー ド 内でのプ ラ グマの使用がサポー ト さ れてい ます。
次の例の場合、 プ ラ グ マは for ループ を展開す る ために コ ー ド に挿入 さ れてい ます。 プ ラ グマの後は、 常に AP キー
ワー ド と 指示子が指定 さ れます。
for (int i = 0; i < 64; ++i) {
#pragma HLS UNROLL
...
}
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339
高位合成コ マ ン ド の使用
C コ ー ド で入力 さ れ る 指示子は、 C 仕様を使用す る イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンすべてで共有 さ れます。 C 仕様にすべて
の最適化指示子が含ま れ る よ う にす る 必要があ る こ と も あ り ますが、 プ ラ グマ を ソ ース と 分けて、 別の ソ リ ュ ーシ ョ
ン が作成で き る よ う にす る 方が望 ま し い こ と がほ と ん ど です。 プ ラ グ マが使用 さ れ る と 、 その ソ ー ス を使用す る ソ
リ ュ ーシ ョ ンすべてに対 し て同 じ 最適化が実行 さ れます。
上記の例の場合、 ループに ラ ベルが付いていれば、 コ マ ン ド ラ イ ン イ ン タ ーフ ェ イ ス に set_directive_unroll
コ マ ン ド を使用す る か、 [Directives] タ ブの ソ ース コ ー ド に UNROLL 指示子を追加 し ます。
Vivado HLS の指示子およびプ ラ グマ
次を表示す る には、 Vivado HLS で help コ マ ン ド を実行 し ます。 こ れに よ り 、 各最適化指示子に関連す る プ ラ グマが
表示 さ れます。
vivado_hls> help
ALL TCL COMMANDS:
add_files
- Add file(s) to the current project
close_project
- Close the project that is currently open
close_solution
- Close a solution
config_array_partition
- Config the array partition
config_bind
- Config the options for micro-architecture binding
config_dataflow
- Config the dataflow pipeline
config_interface
- Config command for io mode
config_rtl
- Config the options for RTL generation
config_schedule
- Config scheduler options
cosim_design
- Simulate the RTL using C test bench
create_clock
- Set up a virtual clock
csim_design
- Simulate C
csynth_design
- Synthesize the design
delete_project
- Delete a project
delete_solution
- Delete a solution from the current project
export_design
- Package design
help
- Print the manpage of a command
list_core
- List core(s) in the resource library
list_part
- List supported parts
open_project
- Open an existing project or create a new project
open_solution
- Open an existing solution or create a new solution
set_clock_uncertainty
- Set the clock uncertainty
set_directive_allocation
- Directive ALLOCATION
set_directive_array_map
- Directive ARRAY_MAP
set_directive_array_partition
- Directive ARRAY_PARTITION
set_directive_array_reshape
- Directive ARRAY_RESHAPE
set_directive_clock
- Directive CLOCK
set_directive_data_pack
- Directive DATA_PACK
set_directive_dataflow
- Directive DATAFLOW
set_directive_dependence
- Directive DEPENDENCE
set_directive_expression_balance
- Directive EXPRESSION_BALANCE
set_directive_function_instantiate - Directive FUNCTION_INSTANTIATE
set_directive_inline
- Directive INLINE
set_directive_interface
- Directive INTERFACE
set_directive_latency
- Directive LATENCY
set_directive_loop_flatten
- Directive LOOP_FLATTEN
set_directive_loop_merge
- Directive LOOP_MERGE
set_directive_loop_tripcount
- Directive LOOP_TRIPCOUNT
set_directive_occurrence
- Directive OCCURRENCE
set_directive_pipeline
- Directive PIPELINE
set_directive_protocol
- Directive PROTOCOL
set_directive_reset
- Directive RESET
set_directive_resource
- Directive RESOURCE
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340
高位合成コ マ ン ド の使用
set_directive_stream
set_directive_top
set_directive_unroll
set_part
set_top
-
Directive STREAM
Directive TOP
Directive UNROLL
Set the target part
Set the top-level model
どれを最適化す る か、 コ マ ン ド ま たはプ ラ グマが何かを決定す る 一番簡単な方法は、 次の と お り です。
1.
コ ー ド を GUI で開 き ます。
2.
[Directive] タ ブ (図 4-1) を ク リ ッ ク し 、 最適化可能なオブジ ェ ク ト すべて を表示 し ます。
3.
オブジ ェ ク ト を選択 し て、 右 ク リ ッ ク で指示子を指定 し ます。
a.
[Destination] を [Into Directive File] に し 、 コ マ ン ド が constraints/directive.tcl に含まれ る よ う に し
ます。
ま たは
b.
[Destination] を [Into Source File] に し 、 プ ラ グマが コ ー ド に直接挿入 さ れ る よ う に し ます。
プ ラ グマ指示子の付いた変数値の使用
プ ラ グマ指示子は、 define 文で指定 さ れ る 使用値元々はサポー ト し てい ません。 次の コ ー ド では、 define 文を使
用 し て ス ト リ ームの深 さ を指定 し よ う と し てい ますが、 コ ンパ イ ルは さ れません。
ヒ ン ト : 深 さ の引数は明確な値で指定す る 必要があ り ます。
#include <hls_stream.h>
using namespace hls;
#define STREAM_IN_DEPTH 8
void foo (stream<int> &InStream, stream<int> &OutStream) {
// Illegal pragma
#pragma HLS stream depth=STREAM_IN_DEPTH variable=InStream
// Legal pragma
#pragma HLS stream depth=8 variable=OutStream
}
C コ ー ド のマ ク ロ を使用す る と 、 こ の機能を イ ンプ リ メ ン ト で き ます。 マ ク ロ を使用す る には、 マ ク ロ の階層レベル
を使用 し ます。 こ れに よ り 、 拡張が正 し く 実行 さ れ る よ う にな り ます。 上記の コ ー ド の場合、 次の よ う にす る と コ ン
パ イ ル さ れ る よ う にな り ます。
#include <hls_stream.h>
using namespace hls;
#define PRAGMA_SUB(x) _Pragma (#x)
#define PRAGMA_HLS(x) PRAGMA_SUB(x)
#define STREAM_IN_DEPTH 8
void foo (stream<int> &InStream, stream<int> &OutStream) {
// Legal pragmas
PRAGMA_HLS(HLS stream depth=STREAM_IN_DEPTH variable=InStream)
#pragma HLS stream depth=8 variable=OutStream
}
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341
add_files
add_files
説明
現在のプ ロ ジ ェ ク ト にデザ イ ン ソ ース フ ァ イ ルを追加 し ます。
ツールは、 デザ イ ン ソ ース に含まれ る ヘ ッ ダー フ ァ イ ルを現在のデ ィ レ ク ト リ で検索 し ます。 ほかのデ ィ レ ク ト リ
に保存 さ れてい る ヘ ッ ダー フ ァ イ ルを使用する には、 -cflags オプシ ョ ン を使用 し て、 検索パ ス にそれ ら のデ ィ レ
ク ト リ を追加 し ます。
構文
add_files [OPTIONS] <src_files>
説明 :
•
<src_files> は、 デザ イ ンの記述を含む ソ ース フ ァ イ ルを リ ス ト し ます。
オプ シ ョ ン
-tb
デザ イ ンのテ ス ト ベンチの一部 と し て使用 さ れ る フ ァ イ ルを指定 し ます。
こ れ ら の フ ァ イ ルは合成 さ れ ませんが、 cosim_design コ マ ン ド に よ り 合成後検証が実行 さ れ る と き に使用 さ れ ま
す。
こ のオプシ ョ ンが使用 さ れてい る と き は、 ソ ース フ ァ イ ルの リ ス ト にデザ イ ン フ ァ イ ルを含め る こ と はで き ません。
デザ イ ン フ ァ イ ルお よ びテ ス ト ベンチ フ ァ イ ルを追加す る には、 別の add_files コ マ ン ド を使用 し ます。
-cflags <string>
GCC コ ンパ イ ル オプシ ョ ンの文字列です。
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
例
例1
add_files a.cpp
add_files b.cpp
add_files c.cpp
プ ロ ジ ェ ク ト に 3 つのデザ イ ン フ ァ イ ルを追加 し ます。
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342
add_files
例2
add_files "a.cpp b.cpp c.cpp"
1 コ マ ン ド 行で複数の フ ァ イ ルを追加 し ます。
例3
add_files top.cpp -cflags "-DUSE_RANDOM -i./lib_functions"
•
USE_RANDOM と い う マ ク ロ を有効にす る コ ンパ イ ラ フ ラ グ と 共に SystemC フ ァ イ ルを追加 し ます。
•
ヘ ッ ダー フ ァ イ ル検索用の追加の下位デ ィ レ ク ト リ ./lib_functions を指定 し ます。
例4
add_files -tb "a_test.cpp input_stimuli.dat out.gold.dat"
-tb オプシ ョ ン を使用 し てプ ロ ジ ェ ク ト にテ ス ト ベンチ フ ァ イ ルを追加 し ます。 こ の例では、 1 コ マ ン ド 行で次の複
数の フ ァ イ ルを追加 し てい ます。
•
a_test.cpp テ ス ト ベンチ
•
テ ス ト ベンチで読み出 さ れ る すべてのデー タ フ ァ イ ル :
°
input_stimuli.dat
°
out.gold.dat.
例5
add_files -tb a_test.cpp
add_files -tb test_data
例 4 のテ ス ト ベンチのデー タ フ ァ イ ルが、 別のデ ィ レ ク ト リ (た と えば test_data) に保存 さ れてい る 場合、 個々の
フ ァ イ ルを指定す る 代わ り に、 こ のデ ィ レ ク ト リ を プ ロ ジ ェ ク ト に追加で き ます。
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343
cosim_design
cosim_design
説明
元の C ベース のテ ス ト ベンチを使用 し て、合成 さ れた RTL の合成後協調シ ミ ュ レーシ ョ ン を実行する コ マ ン ド です。
テ ス ト ベンチ用の フ ァ イ ルを指定す る には、 次の コ マ ン ド を実行 し ます。
add_files -tb
シ ミ ュ レーシ ョ ンはア ク テ ィ ブ ソ リ ュ ーシ ョ ンの下位デ ィ レ ク ト リ の sim/<HDL> で実行 さ れます。
説明 :
•
<HDL> は -rtl オプシ ョ ン で指定 さ れます。
cosim_design でデザ イ ン を検証す る には、 次を使用す る 必要があ り ます。
•
ap_ctrl_hs と い う イ ン タ ーフ ェ イ ス モー ド を使用す る 必要があ り ます。
•
次のいずれかの イ ン タ ーフ ェ イ ス モー ド を各出力ポー ト で使用する 必要があ り ます。
°
ap_vld
°
ap_ovld
°
ap_hs
°
ap_memory
°
ap_fifo
°
ap_bus
イ ン タ ーフ ェ イ ス モー ド は、 書 き 込み Valid 信号を使用 し ていつ出力が書 き 込まれ る か指定 し ます。
構文
cosim_design [OPTIONS]
オプ シ ョ ン
-O
C テ ス ト ベンチお よ び RTL ラ ッ パーの最適化コ ンパ イ ルを実行 し ます。
最適化を実行 し ない場合は、 cosim_design に よ り で き る かぎ り 短時間でテ ス ト ベンチが コ ンパ イ ル さ れます。
可能であれば、 コ ンパ イ ルに時間がかか っ て も 、 ラ ン タ イ ム パフ ォーマ ン ス を改善す る ために最適化を実行 し て く だ
さ い。 実行フ ァ イ ルの ラ ン タ イ ム速度が向上する 可能性はあ り ますが、 ラ ン タ イ ムが改善す る か ど う かはデザ イ ンに
よ っ て異な り ます。 ラ ン タ イ ム目的で最適化を行 う と 、 大型関数のために メ モ リ 使用量が多 く 必要 と な る 可能性があ
り ます。
-argv <string>
ビヘ イ ビ アー テ ス ト ベンチの引数 リ ス ト を指定 し ます。
<string> は メ イ ン C 関数に渡 さ れます。
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344
cosim_design
-coverage
VCS シ ミ ュ レー タ ーを使用 し たシ ミ ュ レーシ ョ ン での範囲を指定 し ます。
-ignore_init <integer>
<integer> で指定 さ れ る 最初の ク ロ ッ ク サ イ ク ル数に対 し 、 比較チ ェ ッ ク を無効に し ます。
こ れは、 未知の値 ('hX) で RTL が開始す る タ イ ミ ン グ を確認する のに便利です。
-ldflags <string>
協調シ ミ ュ レーシ ョ ンのために リ ン カーに渡すオプシ ョ ン を指定 し ます。
通常は、 イ ン ク ルー ド パ ス情報お よ び C テ ス ト ベンチの ラ イ ブ ラ リ 情報を渡すのに使用 さ れます。
-mflags <string>
SystemC シ ミ ュ レーシ ョ ンのために コ ンパ イ ラ に渡すオプシ ョ ン を指定 し ます。
通常、 コ ンパ イ ルの速度を上げ る ために使用 さ れます。
-rtl (systemc|vhdl|verilog)
C テ ス ト ベンチでの検証に ど の RTL を使用する かを選択 し ます。
Verilog お よ び VHDL の場合は、 -tool オプシ ョ ン を使用 し てシ ミ ュ レー タ ーを指定す る 必要があ り ます。 デフ ォ ル
ト は systemc です。
-setup
ア ク テ ィ ブ ソ リ ュ ーシ ョ ンの sim/<HDL> デ ィ レ ク ト リ にシ ミ ュ レーシ ョ ン フ ァ イ ルがすべて作成 さ れますが、 シ
ミ ュ レーシ ョ ンは実行 さ れません。
-tool (vcs|questasim|riviera|isim|vivadosimulator|ncsim)
C テ ス ト ベンチを使用 し て RTL を協調シ ミ ュ レーシ ョ ンす る のに使用す る シ ミ ュ レー タ ーを指定 し ます。
SystemC の協調シ ミ ュ レーシ ョ ンにはツールを指定する 必要はあ り ません。Vivado HLS に含まれてい る SystemC カー
ネルが使用 さ れます。
-trace_level (none|all)
実行 さ れ る ト レース フ ァ イ ルの出力レベルを指定 し ます。
all を指定す る と 、 すべてのポー ト お よ び信号が ト レース フ ァ イ ルに保存 さ れます。 ト レース フ ァ イ ルは、 シ ミ ュ
レ ーシ ョ ン が実行 さ れ る と 、 現在の ソ リ ュ ーシ ョ ン の sim/<HDL> デ ィ レ ク ト リ にシ ミ ュ レ ー タ でサポー ト さ れ る
フ ォーマ ッ ト で保存 さ れます。 次に例を示 し ます。
•
SystemC では VCD フ ァ イ ルが作成 さ れ る
•
QuestaSim では WLF フ ァ イ ルが作成 さ れ る
•
Vivado Simulator では WDB お よ び WCFG フ ァ イ ルが作成 さ れ る
デフ ォ ル ト は none です。
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
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345
cosim_design
例
例1
cosim_design
SystemC RTL を使用 し た検証が実行 さ れます。
例2
cosim_design -tool VCS -rtl verilog -coverage -trace_level all
Verilog RTL を検証す る ため VCS シ ミ ュ レー タ ーを使用 し 、 波形 ト レース フ ァ イ ルの保存を イ ネーブルに し ます。
例3
cosim_design -tool modelsim -rtl vhdl -argv "5 1"
ModelSim を使用 し て VHDL RTL を検証 し ます。値 5 お よ び 1 がテ ス ト ベンチ関数に渡 さ れ RTL 検証で使用 さ れます。
例4
cosim_design -O -setup
SystemC RTL 用に最適化 さ れた シ ミ ュ レーシ ョ ン モデルを作成 し ますが、 シ ミ ュ レーシ ョ ンは実行 さ れません。
シ ミ ュ レーシ ョ ン を実行す る には、 ア ク テ ィ ブ ソ リ ュ ーシ ョ ンの sim/systemc デ ィ レ ク ト リ で run.sh を実行 し
ます。
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346
csynth_design
csynth_design
説明
ア ク テ ィ ブ ソ リ ュ ーシ ョ ン用に
Vivado HLS デー タ ベース を合成 し ます。
こ の コ マ ン ド はア ク テ ィ ブ ソ リ ュ ーシ ョ ンの コ ン テ ン ツ でのみ実行で き ます。デー タ ベース にあ る エ ラ ボ レー ト さ れ
たデザ イ ンは、 設定 さ れてい る 制約に基づいて ス ケ ジ ュ ール さ れ RTL にマ ッ プ さ れます。
構文
csynth_design
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
例
csynth_design
最上位デザ イ ンでVivado HLS の合成を実行 し ます。
高位合成
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347
close_project
close_project
説明
現在のプ ロ ジ ェ ク ト を閉 じ ます。 現在プ ロ ジ ェ ク ト は
Vivado HLS セ ッ シ ョ ンでア ク テ ィ ブではな く な り ます。
close_project コ マ ン ド の特徴は次の と お り です。
•
プ ロ ジ ェ ク ト や ソ リ ュ ーシ ョ ン用の コ マ ン ド が入力で き な く な り ます。
•
必須ではあ り ません。 新 し いプ ロ ジ ェ ク ト が開かれ る と 、 現在のプ ロ ジ ェ ク ト を閉 じ ます。
構文
close_project
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
例
close_project
•
現在のプ ロ ジ ェ ク ト を閉 じ ます。
•
すべての結果を保存 し ます。
高位合成
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348
close_solution
close_solution
説明
現在の ソ リ ュ ーシ ョ ン を閉 じ ます。 現在 ソ リ ュ ーシ ョ ンは
Vivado HLS セ ッ シ ョ ンでア ク テ ィ ブではな く な り ます。
close_solution コ マ ン ド には次の特徴があ り ます。
•
ソ リ ュ ーシ ョ ン用の コ マ ン ド が入力で き な く な り ます。
•
必須ではあ り ません。 新 し い ソ リ ュ ーシ ョ ンが開かれ る と 、 現在の ソ リ ュ ーシ ョ ン を閉 じ ます。
構文
close_solution
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
例
close_solution
•
現在のプ ロ ジ ェ ク ト を閉 じ ます。
•
すべての結果を保存 し ます。
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349
config_array_partition
config_array_partition
説明
ア レ イ のパーテ ィ シ ョ ンのデフ ォ ル ト 動作を指定 し ます。
構文
config_array_partition [OPTIONS]
オプ シ ョ ン
-auto_partition_threshold <int>
ア レ イ (定数指数のない も の も 含む) をパーテ ィ シ ョ ンす る ための し き い値を設定 し ます。
指定 さ れた し き い値 よ り も エ レ メ ン ト 数が少ないア レ イ は、 イ ン タ ーフ ェ イ スや コ ア仕様がア レ イ に適用 さ れていな
い限 り 、 個々のエ レ メ ン ト に自動的にパーテ ィ シ ョ ン さ れます。 デフ ォ ル ト は 4 です。
-auto_promotion_threshold <int>
定数 イ ンデ ッ ク ス を使用 し てア レ イ をパーテ ィ シ ョ ンす る ための し き い値を設定 し ます。
指定 さ れた し き い値 よ り も エ レ メ ン ト 数が少な く 、ま た定数 イ ンデ ッ ク ス を持つ ( イ ンデ ッ ク ス は変数ではない) ア レ
イ は、 個々のエ レ メ ン ト に自動的にパーテ ィ シ ョ ン さ れます。 デフ ォ ル ト は 64 です。
-exclude_extern_globals
スループ ッ ト に基づいた自動パーテ ィ シ ョ ンか ら 外部グ ロ ーバル ア レ イ を除外 し ます。
デフ ォ ル ト では、 -throughput_driven オプシ ョ ン が指定 さ れてい る と 、 外部グ ロ ーバル ア レ イ がパーテ ィ シ ョ
ン さ れます。 -throughput_driven も 選択 さ れていない と 、 こ のオプシ ョ ンは効果があ り ません。
-include_ports
I/O ア レ イ の自動パーテ ィ シ ョ ン を有効に し ます。
1 つのア レ イ I/O ポー ト が複数のポー ト にパーテ ィ シ ョ ン さ れ、 各ポー ト のサ イ ズは個々のア レ イ エ レ メ ン ト のサ イ
ズにな り ます。
-scalarize_all
デザ イ ンのすべてのア レ イ を個々のエ レ メ ン ト にパーテ ィ シ ョ ン し ます。
-throughput_driven
スループ ッ ト に基づいてア レ イ の自動パーテ ィ シ ョ ン を有効に し ます。
ア レ イ を個々のエ レ メ ン ト にパーテ ィ シ ョ ンす る こ と で指定の ス ループ ッ ト 要件を満たす こ と がで き る か ど う かは
Vivado HLS で判断 さ れます。
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
高位合成
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350
config_array_partition
例
例1
config_array_partition auto_partition_threshold 12 -exclude_extern_globals
エ レ メ ン ト 数が 12 未満のア レ イ (グ ロ ーバル ア レ イ を除 く ) をすべて個々のエ レ メ ン ト にパーテ ィ シ ョ ン し ます。
例2
config_array_partition -throughput_driven -include_ports
ス ループ ッ ト を 改善す る た め、 関数 イ ン タ ー フ ェ イ ス の ア レ イ を 含め、 ど の ア レ イ を パーテ ィ シ ョ ン す る かが
Vivado HLS で判断 さ れます。
例3
config_array_partition -scalarize_all
グ ロ ーバルア レ イ を含む、 デザ イ ンのすべてのア レ イ を個々のエ レ メ ン ト にパーテ ィ シ ョ ン し ます。
高位合成
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351
config_bind
config_bind
説明
マ イ ク ロ アーキ テ ク チ ャ バ イ ンデ ィ ン グのデフ ォ ル ト オプシ ョ ン を設定 し ます。
バ イ ンデ ィ ン グは、 加算、 乗算、 シ フ ト な ど の演算子が特定の RTL イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン にマ ッ プ さ れ る プ ロ セ
ス の こ と を指 し ます。 た と えば、 乗算 (mult) 演算は組み合わせ、 ま たはパ イ プ ラ イ ン RTL 乗算器 と し て イ ン プ リ メ
ン ト さ れます。
構文
config_bind [OPTIONS]
オプ シ ョ ン
-effort (low|medium|high)
ラ ン タ イ ム と 最適化の ト レー ド オ フ と 制御す る 最適化エ フ ォー ト レベルを設定 し ます。
•
デフ ォ ル ト は medium です。
•
low は、 最適化があ ま り 実行で き ない よ う な ケース、 た と えば、 すべての if-else 文の各分岐に相互排他的な
演算子があ り 、 演算子の共有がで き ない よ う な場合に ラ ン タ イ ム を向上 し ます。
•
high は、 ラ ン タ イ ムが長 く な り ますが、 通常結果を向上 さ せ る こ と がで き ます。
-min_op <string>
特定演算子の イ ン ス タ ン ス数を最小限に抑え る よ う にす る オプシ ョ ンです。 こ の よ う な演算子が複数 コ ー ド に含まれ
る 場合、 最 も 少ない数の RTL リ ソ ース ( コ ア) で演算子が共有 さ れ る よ う にな り ます。
次の演算子は引数 と し て指定で き ます。
•
add - 加算
•
sub - 減算
•
mul - 乗算
•
icmp - 整数比較
•
sdiv - 符号付 き 除算
•
udiv - 符号な し 除算
•
srem - 符号付 き 剰余
•
urem - 符号な し 剰余
•
lshr - 論理右シ フ ト
•
ashr - 四則演算右シ フ ト
•
shl - 左シ フ ト
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
高位合成
UG902 (v2013.4) 2013 年 12 月 19 日
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352
config_bind
例
例1
config_bind -effort high
Vivado HLS に次が命令 さ れます。
•
バ イ ンデ ィ ン グ プ ロ セ ス でのエ フ ォー ト レベルを上げ る
•
演算子を イ ンプ リ メ ン ト す る ため、 さ ら に多 く のオプシ ョ ン を試す
•
よ り よ い リ ソ ース使用率でデザ イ ンが生成 さ れ る よ う にす る
例2
config_bind -min_op mul
乗算演算子の数を最小限に抑え る ので、 RTL の乗算器の数は最小にな り ます。
高位合成
UG902 (v2013.4) 2013 年 12 月 19 日
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353
config_dataflow
config_dataflow
説明
•
デー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ンのデフ ォ ル ト 動作を指定 し ます (set_directive_dataflow コ マ ン ド に よ り イ ン
プ リ メ ン ト さ れ る )。
•
デフ ォ ル ト のチ ャ ネル メ モ リ タ イ プお よ びその深 さ を指定す る こ と がで き ます。
構文
config_dataflow [OPTIONS]
オプ シ ョ ン
-default_channel (fifo|pingpong)
デー タ フ ロ ー パ イ プ ラ イ ン が 使用 さ れ て い る と き 、 関数間 ま た は ルー プ 間 の デー タ を バ ッ フ ァ ーす る の に、
pingpong 形式で コ ン フ ィ ギ ュ レ ーシ ョ ン さ れてい る RAM メ モ リ がデフ ォ ル ト で使用 さ れ ま す。 ス ト リ ー ミ ン グ
デー タ が使用 さ れてい る 場合 (デー タ の読み出 し お よ び書 き 込みがが常に逐次行われ る 場合) は、 FIFO メ モ リ のほ う
が効果的で、 デフ ォ ル ト の メ モ リ タ イ プ と し て選択する こ と がで き ます。
ヒ ン ト : FIFO ア ク セ ス を実行す る には、 set_directive_stream コ マ ン ド を使用 し て ア レ イ を ス ト リ ー ミ ン グに設定す る
必要があ り ます。
-fifo_depth <integer>
デフ ォ ル ト の FIFO の深 さ を指定 し ます。
こ のオプシ ョ ンは、 pingpong 形式の メ モ リ が使用 さ れてい る 場合は効果があ り ません。 チ ャ ネルで使用す る FIFO が
指定 さ れていない場合は、 最大出力ま たは入力 (いずれかの大 き いほ う ) のサ イ ズに設定 さ れます。 場合に よ っ ては、
こ の設定が控えめすぎ て必要以上に大 き な FIFO が作成 さ れ る 可能性があ り ます。 こ のオプシ ョ ンは FIFO のサ イ ズ
が必要以上に大 き い と わか っ てい る 場合に使用 し て く だ さ い。
注意 : こ のオプシ ョ ン を使用す る には、 注意が必要です。 間違っ て使用する と 、 デザ イ ンが正 し く 動作 し な く な る 可
能性があ り ます。
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
例
例1
config_dataflow -default_channel
デフ ォ ル ト チ ャ ネルを pingpong 形式の メ モ リ か ら FIFO に変更 し ます。
高位合成
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354
config_dataflow
例2
config_dataflow -default_channel fifo -fifo_depth 6
デフ ォ ル ト チ ャ ネルを pingpong 形式の メ モ リ か ら 幅が 6 の FIFO に変更 し ます。
注意 : エ レ メ ン ト 数が 6 よ り 多い FIFO がデザ イ ン イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンで必要な場合、 こ の設定では RTL 検証エ
ラ ーが発生 し ます。 ユーザーは こ のオプシ ョ ン を上書 き す る こ と がで き ますが、 使用にあ た っ ては注意が必要です。
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355
config_interface
config_interface
説明
イ ン タ ーフ ェ イ ス合成中に各関数の RTL ポー ト の イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ンに使用 さ れ る デフ ォ ル ト イ ン タ ーフ ェ イ
ス オプシ ョ ン を指定 し ます。
構文
config_interface [OPTIONS]
オプ シ ョ ン
-clock_enable
ク ロ ッ ク イ ネーブル ポー ト (ap_ce) をデザ イ ンに追加 し ます。
ク ロ ッ ク イ ネーブルがア ク テ ィ ブ Low の と き は、 すべての ク ロ ッ ク 操作が停止にな り 、 その後に続 く すべての操作
が無効にな り ます。
-expose_global
グ ロ ーバル変数が I/O ポー ト と し て使用で き る よ う にな り ます。
変数がグ ロ ーバル と し て作成 さ れていて も 、 すべての読み出 し お よ び書 き 込みア ク セ ス が ロ ーカルにな っ てい る 場
合、 リ ソ ース はデザ イ ン内に作成 さ れ、 RTL で I/O ポー ト が必要な く な り ます。
推奨 : グ ロ ーバル変数が外部 ソ ース にな る よ う にする 場合、ま たは RTL ブ ロ ッ ク 外のデス テ ィ ネーシ ョ ンにな る よ う
にす る 場合は、 こ のオプシ ョ ン を使用 し てポー ト を作成す る 必要があ り ます。
-trim_dangling_port
構造体に基づいた イ ン タ ーフ ェ イ ス のデフ ォ ル ト ビヘ イ ビ アーを上書き し ます。
デフ ォ ル ト では、 ブ ロ ッ ク イ ン タ ーフ ェ イ ス でパ ッ ク さ れていない構造体のすべての メ ンバーが、 デザ イ ン ブ ロ ッ
ク で使用 さ れ る か ど う かに関係な く 、 RTL ポー ト にな り ます。 こ のオプシ ョ ン をオンにす る と 、 生成 さ れ る ブ ロ ッ ク
で使用 さ れない イ ン タ ーフ ェ イ ス ポー ト すべてが削除 さ れます。
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
例
config_interface -expose_global -clock_enable
•
グ ロ ーバル変数が I/O ポー ト と し て使用で き る よ う にな り ます。
•
ク ロ ッ ク イ ネーブル ポー ト を追加 し ます。
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356
config_rtl
config_rtl
説明
使用 さ れ る リ セ ッ ト の タ イ プ、ス テー ト マシ ンのエン コ ーデ ィ ン グ な ど、出力 RTL の さ ま ざ ま な属性を コ ン フ ィ ギ ュ
レーシ ョ ン し ます。 RTL でユーザー ID 情報を使用で き る よ う に も し ます。
デフ ォ ル ト では、 オプシ ョ ンは最上位デザ イ ン、 お よ びそのデザ イ ン内のすべての RTL ブ ロ ッ ク に適用 さ れます。 特
定の RTL モデルを オプシ ョ ン で指定で き ます。
構文
config_rtl [OPTIONS] <model_name>
説明 :
•
<model_name> は コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンす る RTL モデル名です。
何 も 指定 さ れていない場合は、 最上位デザ イ ン (お よ びその下位ブ ロ ッ ク すべて) が対象にな り ます。
オプ シ ョ ン
-header <string>
<string> フ ァ イ ルの内容を コ メ ン ト と し てすべての出力 RTL お よ びシ ミ ュ レーシ ョ ン フ ァ イ ルの冒頭に挿入 し ます。
ヒ ン ト : こ のオプシ ョ ン を使用す る と 、 出力 RTL フ ァ イ ルにユーザー指定の ID 情報が含まれ る よ う にな り ます。
-prefix <string>
すべての RTL エン テ ィ テ ィ /モジ ュ ール名に追加す る 接頭辞を指定 し ます。
-reset (none|control|state|all)
C コ ー ド で初期化 さ れ る 変数は常に RTL で も (つま り ビ ッ ト ス ト リ ーム で も ) 同 じ 値に初期化 さ れ ます。 こ の初期化
はパ ワーオン時にのみ実行 さ れ、 デザ イ ンに リ セ ッ ト が適用 さ れた と き には繰 り 返 さ れません。
-reset オプシ ョ ン を使用 し て適用 さ れた設定に よ り 、 レ ジ ス タ お よ び メ モ リ の リ セ ッ ト 方法が決ま り ます。
•
none
デザ イ ンに リ セ ッ ト は追加 さ れません。
•
control (デフ ォ ル ト )
ス テー ト マシ ンに使用 さ れ る レ ジ ス タ や I/Oプ ロ ト コ ル信号を生成す る ために使用 さ れ る よ う な制御レ ジ ス タ を
リ セ ッ ト し ます。
•
state
C コ ー ド の ス タ テ ィ ッ ク 変数 ま たはグ ロ ーバル変数か ら 生成 さ れた レ ジ ス タ お よ び レ ジ ス タ / メ モ リ を リ セ ッ ト
に よ り 制御 し ます。 C コ ー ド で初期化 さ れ る ス タ テ ィ ッ ク 変数ま たはグ ロ ーバル変数は、 初期値に リ セ ッ ト し ま
す。
•
all
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357
config_rtl
デザ イ ン内の レ ジ ス タ お よ び メ モ リ をすべて リ セ ッ ト し ます。 C コ ー ド で初期化 さ れ る ス タ テ ィ ッ ク 変数ま たは
グ ロ ーバル変数は、 初期値に リ セ ッ ト し ます。
-reset_async
すべての レ ジ ス タ で非同期 リ セ ッ ト が使用 さ れ る よ う にな り ます。
こ のオプシ ョ ンが指定 さ れていない場合は、 同期 リ セ ッ ト が使用 さ れます。
-reset_level (low|high)
リ セ ッ ト 信号の極性を ア ク テ ィ ブ Low ま たはア ク テ ィ ブ High にで き ます。
デフ ォ ル ト は high です。
-encoding (auto|bin|onehot|gray)
デザ イ ンの ス テー ト マシ ンで使用 さ れ る エン コ ーデ ィ ン グ形式を指定 し ます。
デフ ォ ル ト は auto です。
auto エン コ ーデ ィ ン グ を使用す る と 、Vivado HLS で コ ーデ ィ ン グ ス タ イ ルが決定 さ れますが、ザ イ リ ン ク ス の ロ ジ ッ
ク 合成ツール (Vivado お よ び ISE) で ロ ジ ッ ク 合成中に FSM ス タ イ ルを抽出 し て再 イ ンプ リ メ ン ト す る こ と がで き ま
す。 それ以外のエン コ ーデ ィ ン グ ス タ イ ル (bin ま たは onehot) を選択 し た場合は、 エン コ ーデ ィ ン グ ス タ イ ルはザ イ
リ ン ク ス ロ ジ ッ ク 合成ツールでは最適化 し 直す こ と がで き ません。
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
例
例1
config_rtl -reset all -reset_async -reset_level low
非同期の ア ク テ ィ ブ Low リ セ ッ ト 信号を使用 し てすべての レ ジ ス タ が リ セ ッ ト さ れ る よ う に出力 RTL を コ ン フ ィ
ギ ュ レーシ ョ ン し ます。
例2
config_rtl -header my_mesage.txt
my_message.txt フ ァ イ ルの内容を コ メ ン ト と し てすべての RTL 出力フ ァ イ ルに追加 し ます。
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358
config_schedule
config_schedule
説明
Vivado HLS で実行 さ れ る ス ケ ジ ュ ー リ ン グのデフ ォ ル ト タ イ プ を コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン し ます。
構文
config_schedule [OPTIONS]
オプ シ ョ ン
-effort (high|medium|low)
ス ケ ジ ュ ー リ ン グ中に使用す る エ フ ォー ト を指定 し ます。
•
デフ ォ ル ト は medium です。
•
low は、 ラ ン タ イ ム を改善 し ます。 デザ イ ン イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンに改善の余地があ ま り ないケース で指定
す る と メ リ ッ ト があ る こ と があ り ます。
•
high は、 ラ ン タ イ ムが長 く な り ますが、 通常結果を向上 さ せ る こ と がで き ます。
-verbose
ス ケ ジ ュ ー リ ン グで指示子や制約を満たす こ と がで き ない と き の ク リ テ ィ カル パス を出力 し ます。
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
例
config_schedule -effort low
ラ ン タ イ ム を短縮 さ せ る ためデフ ォ ル ト の ス ケ ジ ュ ール エ フ ォー ト を low に変更 し ます。
高位合成
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359
create_clock
create_clock
説明
現在の ソ リ ュ ーシ ョ ンの仮想 ク ロ ッ ク を作成 し ます。
こ の コ マ ン ド はア ク テ ィ ブ ソ リ ュ ーシ ョ ンの コ ン テ ン ツ でのみ実行 さ れます。 その ク ロ ッ ク 周期は自動最適化 (指定
ク ロ ッ ク 周期で可能な限 り の数の演算をチ ェーン接続) を駆動する 制約です。
C お よ び C++ デザ イ ンでは、 ク ロ ッ ク 1 つのみがサポー ト さ れます。 SystemC デザ イ ンの場合は、 複数の指定 ク ロ ッ
ク を作成 し 、 set_directive_clock コ マ ン ド を使用 し て異な る SC_MODULE に適用で き ます。
構文
create_clock -period <number> [OPTIONS]
オプ シ ョ ン
-name <string>
ク ロ ッ ク 名を指定 し ます。
名前が指定 さ れていない場合は、 デフ ォ ル ト 名が使用 さ れます。
-period <number>
ナ ノ 秒 (ns) ま たは MHz で ク ロ ッ ク 周期を指定 し ます。
•
単位が指定 さ れていない場合は、 デフ ォ ル ト で ns が使用 さ れます。
•
周期が指定 さ れていない場合は、 デフ ォ ル ト で 10ns の周期が使用 さ れます。
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
例
例1
create_clock -period 50
50ns の ク ロ ッ ク 周期を指定 し ます。
例2
create_clock
デフ ォ ル ト 周期 10ns を使用 し て ク ロ ッ ク を指定 し ます。
高位合成
UG902 (v2013.4) 2013 年 12 月 19 日
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360
create_clock
例3
create_clock -period 15 fast_clk
create_clock -period 60 slow_clk
SystemC デザ イ ンの場合は、複数の指定 ク ロ ッ ク を作成する こ と がで き ます (set_directive_clock コ マ ン ド を使
用)。
例4
create_clock -period 100MHz
ク ロ ッ ク 周波数を MHz で指定 し ます。
高位合成
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361
csim_design
csim_design
説明
指定 し た C テ ス ト ベンチを使用 し て合成前の C シ ミ ュ レーシ ョ ン を コ ンパ イ ル し て実行 し ます。
テ ス ト ベンチ用の フ ァ イ ルを指定す る には、 add_file -tb を使用 し ます。 シ ミ ュ レーシ ョ ンの作業デ ィ レ ク ト リ
は、 ア ク テ ィ ブ ソ リ ュ ーシ ョ ン内の csim です。
構文
csim_design [OPTIONS]
オプ シ ョ ン
-O
コ ンパ イ ルの最適化を イ ネーブルに し ます。
デフ ォ ル ト では、 デバ ッ グ を イ ネーブルにす る ために コ ンパ イ ルがデバ ッ グ モー ド で実行 さ れます。
-argv <string>
C テ ス ト ベンチの引数 リ ス ト を指定 し ます。
<string> は C テ ス ト ベンチの <main> 関数に渡 さ れます。
-clean
ク リ ーン ビル ド を イ ネーブルに し ます。
こ のオプシ ョ ンがない と 、 csim_design は イ ン ク リ メ ン タ ルに コ ンパ イ ル し ます。
-ldflags <string>
C シ ミ ュ レーシ ョ ンのために リ ン カーに渡すオプシ ョ ン を指定 し ます。
通常は、 C テ ス ト ベンチお よ びデザ イ ンの ラ イ ブ ラ リ 情報を渡すのに使用 さ れます。
-mflags <string>
C シ ミ ュ レーシ ョ ンのために コ ンパ イ ラ に渡すオプシ ョ ン を指定 し ます。
通常、 コ ンパ イ ルの速度を上げ る ために使用 さ れます。
-setup
ア ク テ ィ ブ ソ リ ュ ーシ ョ ンの csim デ ィ レ ク ト リ に C シ ミ ュ レーシ ョ ン バ イ ナ リ が作成 さ れますが、シ ミ ュ レーシ ョ
ンは実行 さ れません。
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
高位合成
UG902 (v2013.4) 2013 年 12 月 19 日
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362
csim_design
例
例1
csim_design
C シ ミ ュ レーシ ョ ン を コ ンパ イ ル し て実行 し ます。
例2
csim_design -O -setup
ソ ース デザ イ ン と テ ス ト ベンチを コ ンパ イ ル し 、 シ ミ ュ レーシ ョ ン バ イ ナ リ を生成 し ますが、 バ イ ナ リ は実行 し ま
せん。
シ ミ ュ レーシ ョ ン を実行す る には、 ア ク テ ィ ブ ソ リ ュ ーシ ョ ンの csim/build デ ィ レ ク ト リ で run.sh を実行 し
ます。
高位合成
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363
delete_project
delete_project
構文
delete_project <project>
説明 :
•
<project> はプ ロ ジ ェ ク ト 名です。
説明
プ ロ ジ ェ ク ト に関連付け ら れてい る デ ィ レ ク ト リ を削除 し ます。
delete_project コ マ ン ド では、 削除前に、 該当す る プ ロ ジ ェ ク ト デ ィ レ ク ト リ <project> が有効なVivado HLS プ
ロ ジ ェ ク ト であ る か ど う かチ ェ ッ ク さ れ ます。 現在の作業デ ィ レ ク ト リ にデ ィ レ ク ト リ <project> が存在 し ない場合
は、 こ の コ マ ン ド は効果があ り ません。
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
例
delete_project Project_1
Project_1 を削除 し ます。 ./Project_1 デ ィ レ ク ト リ お よ びそれに含まれ る も のをすべて削除 し ます。
高位合成
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364
delete_solution
delete_solution
構文
delete_solution <solution>
説明 :
•
<solution> は削除す る ソ リ ュ ーシ ョ ンです。
説明
ア ク テ ィ ブ プ ロ ジ ェ ク ト か ら ソ リ ュ ーシ ョ ン を削除 し 、 プ ロ ジ ェ ク ト デ ィ レ ク ト リ か ら <solution> 下位デ ィ レ ク ト
リ を削除 し ます。
プ ロ ジ ェ ク ト デ ィ レ ク ト リ に ソ リ ュ ーシ ョ ンが存在 し ない場合は、 こ の コ マ ン ド は効果があ り ません。
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
例
delete_solution Solution_1
ア ク テ ィ ブ プ ロ ジ ェ ク ト か ら Solution_1 と い う ソ リ ュ ーシ ョ ン を削除 し 、 ア ク テ ィ ブ プ ロ ジ ェ ク ト か ら 下位デ ィ
レ ク ト リ の Solution_1 を削除 し ます。
高位合成
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365
export_design
export_design
説明
ダ ウ ン ス ト リ ーム ツール用に RTL の合成済みデザ イ ン をエ ク ス ポー ト し て IP と し てパ ッ ケージに し ます。
サポー ト さ れ る IP フ ォーマ ッ ト は次の と お り です。
•
IP カ タ ロ グ
•
Pcore
•
System Generator
パ ッ ケージ さ れたデザ イ ンは、次の下位デ ィ レ ク ト リ のいずれかのア ク テ ィ ブ ソ リ ュ ーシ ョ ンの impl デ ィ レ ク ト リ
に保存 さ れます。
•
pcore
•
ip
•
sysgen
構文
export_design [OPTIONS]
オプ シ ョ ン
-description <string>
生成 し た IP カ タ ロ グ IP の詳細が提供 さ れます。
-evaluate (verilog|vhdl)
フ ォーマ ッ ト に よ っ て、 ISE ま たは Vivado を使用 し 、 指定 し た HDL の さ ら に正確な タ イ ミ ン グ と 使用量デー タ を取
得 し ます。
•
エ ク ス ポー ト フ ォーマ ッ ト が pcore の場合は ISE が使用 さ れます。
•
エ ク ス ポー ト フ ォーマ ッ ト が pcore 以外の場合は Vivado が使用 さ れます。
-format (pcore|sysgen|sysgen_ise|ipxact)
IP をパ ッ ケージす る フ ォーマ ッ ト を指定 し ます。
サポー ト さ れ る フ ォーマ ッ ト は、 次の と お り です。
•
pcore
EDK pcore (6 シ リ ーズお よ びそれ以前のデバ イ ス のデフ ォ ル ト )
•
ipxact
IP カ タ ロ グ (7 シ リ ーズ FPGA デバ イ ス のデフ ォ ル ト )
•
sysgen
Vivado Design Suit の System Generator for DSP で使用で き る フ ォーマ ッ ト (7 シ リ ーズ FPGA デバ イ ス のみ)
高位合成
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366
export_design
•
sysgen_ise
ISE の System Generator for DSP で使用で き る フ ォーマ ッ ト (すべてのデバ イ ス)
ヒ ン ト : フ ォーマ ッ ト が指定 さ れない場合、 タ ーゲ ッ ト デバ イ ス が 7 シ リ ーズお よ びそれ以降の場合 iipxact が、そ
れ以外の場合は pcore が使用 さ れます。
-library <string>
生成す る IP カ タ ロ グ IP の ラ イ ブ ラ リ 名を指定 し ます。
-use_netlist ( none | ip | top )
RTL の代わ り に生成 さ れ る ネ ッ ト リ ス ト (.ngc フ ァ イ ル) を指定 し ます。 pcore に対 し てのみ使用で き ます。
•
none
デザ イ ンのネ ッ ト リ ス ト は生成 さ れません。
•
ip
ザ イ リ ン ク ス IP があ る 場合はそのネ ッ ト リ ス ト を生成 し ます。
•
top
最上位デザ イ ンのネ ッ ト リ ス ト を生成 し ます。
-vendor <string>
生成す る IP カ タ ロ グ IP のベン ダー文字列を指定 し ます。
-version <string>
生成す る IP カ タ ロ グ ま たは pcore IP のバージ ョ ン文字列を指定 し ます。
pragma
同等の pragma はあ り ません。
例
例1
export_design -format sysgen
System Generator 用に RTL を エ ク ス ポー ト し ます。
例2
export_design -format pcore
EDK の pcore 用に RTL をエ ク ス ポー ト し ます。
例3
export_design -evaluate vhdl -format ipxact
高位合成
UG902 (v2013.4) 2013 年 12 月 19 日
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367
export_design
•
IP カ タ ロ グ用に RTL をエ ク ス ポー ト し ます。
•
VHDL を評価 し て、 Vivado を使用 し て よ り 良い タ イ ミ ン グお よ び使用量デー タ を取得 し ます。
高位合成
UG902 (v2013.4) 2013 年 12 月 19 日
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368
help
help
説明
•
<cmd> に何 も 指定 し ない場合、 Vivado HLS Tcl コ マ ン ド をすべて リ ス ト し ます。
•
Vivado HLS Tcl コ マ ン ド を引数 と し て指定する と 、 その特定コ マ ン ド の情報が表示 さ れます。
コ マ ン ド 引数を入力す る と き タ ブ キーを押す と 、 自動的に有効なVivado HLS コ マ ン ド が入力 さ れます。
構文
help [OPTIONS] <cmd>
説明 :
•
<cmd> はヘルプ を表示す る コ マ ン ド です。
オプ シ ョ ン
各コ マン ド
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
例
例1
help
すべての コ マ ン ド お よ び指示子に対す る ヘルプ を表示 し ます。
例2
help add_files
add_files コ マ ン ド のヘルプ を表示 し ます。
高位合成
UG902 (v2013.4) 2013 年 12 月 19 日
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369
list_core
list_core
説明
現在 イ ン ス ト ール さ れてい る ラ イ ブ ラ リ にあ る コ ア をすべて リ ス ト し ます。
コ アは、 出力 RTL に加算、 乗算、 メ モ リ な ど の演算を イ ンプ リ メ ン ト す る ために使用す る コ ン ポーネ ン ト です。
エ ラ ボ レーシ ョ ンの後、 RTL の演算は内部デー タ ベース に演算子 と し て表示 さ れます。 ス ケ ジ ュ ー リ ン グ中、 RTL デ
ザ イ ン を イ ンプ リ メ ン ト す る ため、 演算子は ラ イ ブ ラ リ の コ アにマ ッ プ さ れます。 複数の演算子を 1 つの コ アの同 じ
イ ン ス タ ン ス にマ ッ プ し 、 同 じ RTL リ ソ ース を共有す る こ と も 可能です。
次の関連オプシ ョ ン を使用 し て、 list_core コ マ ン ド では使用可能な演算子お よ び コ ア を」 リ ス ト す る こ と がで き
ます。
•
operation
各演算を イ ンプ リ メ ン ト す る ために、 ラ イ ブ ラ リ で使用可能な コ ア を表示 し ます。
•
type
使用可能な コ ア を タ イ プ別に表示 し ます。 た と えば、 論理演算を イ ンプ リ メ ン ト す る タ イ プ、 メ モ リ ま たは ス ト
レージ を イ ンプ リ メ ン ト す る タ イ プな ど です。
オプシ ョ ンが指定 さ れていない場合は、 ラ イ ブ ラ リ の コ アがすべて表示 さ れます。
ヒ ン ト : list_core コ マ ン ド と set_directive_resource を使用 し て表示 さ れ る 情報は、 特定の演算を特定の
コ アに イ ンプ リ メ ン ト す る ために使用 し ます。
構文
list_core [OPTIONS]
オプ シ ョ ン
-operation (opers)
ラ イ ブ ラ リ にあ る 、 指定 さ れてい る 演算を イ ンプ リ メ ン ト す る こ と がで き る コ ア を リ ス ト し ます。 演算は、 次の と お
り です。
•
add - 加算
•
sub - 減算
•
mul - 乗算
•
udiv - 符号な し 除算
•
urem - 符号な し 剰余
•
srem - 符号付 き 剰余
•
icmp - 整数比較
•
shl - 左シ フ ト
•
lshr - 論理右シ フ ト
高位合成
UG902 (v2013.4) 2013 年 12 月 19 日
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370
list_core
•
ashr - 四則演算右シ フ ト
•
mux - マルチプ レ ク サー
•
load - メ モ リ 読み出 し
•
store - メ モ リ 書 き 込み
•
fiforead - FIFO 読み出 し
•
fifowrite - FIFO 書 き 込み
•
fifonbread - 非ブ ロ ッ キ ン グ FIFO 読み出 し
•
fifonbwrite - 非ブ ロ ッ キ ン グ FIFO 書 き 込み
-type (functional_unit|storage|connector|interface|ip_block)
指定 し た タ イ プの コ アのみを リ ス ト し ます。
•
functional_unit
標準 RTL 演算 (加算、 乗算、 比較な ど) を イ ンプ リ メ ン ト す る コ ア
•
storage
レ ジ ス タ や メ モ リ な ど の ス ト レージ エ レ メ ン ト を イ ンプ リ メ ン ト す る コ ア
•
connector
直接接続やス ト リ ー ミ ン グ ス ト レージ エ レ メ ン ト を含む、 デザ イ ン内の コ ネ ク テ ィ ビ テ ィ を イ ン プ リ メ ン ト す
る コア
•
adapter
IP 生成時に最上位デザ イ ン を接続す る ために使用す る イ ン タ ーフ ェ イ ス を イ ンプ リ メ ン ト す る コ ア。 こ れ ら の イ
ン タ ーフ ェ イ ス は IP 生成フ ロ ー (ザ イ リ ン ク ス EDK) で使用 さ れ る RTL ラ ッ パーに イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
•
ip_block
ユーザーが追加 し た IP コ ア
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
例
例1
list_core -operation add
現在 イ ン ス ト ール さ れてい る ラ イ ブ ラ リ にあ る コ アの中で、add 演算を イ ンプ リ メ ン ト す る こ と がで き る コ ア をすべ
て リ ス ト し ます。
例2
list_core -type storage
ラ イ ブ ラ リ にあ る 使用可能な メ モ リ (ス ト レージ) コ ア をすべて リ ス ト し ます。
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371
list_core
ヒ ン ト : 使用可能な メ モ リ の 1 つを使用 し て ア レ イ を イ ンプ リ メ ン ト す る には、set_directive_resource コ マ ン ド を使用
し ます。
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372
list_part
list_part
説明
•
フ ァ ミ リ が指定 さ れ る 場合は、 そのサポー ト デバ イ ス フ ァ ミ リ 、 ま たはその フ ァ ミ リ でサポー ト さ れ る パーツ
を表示 し ます。
•
フ ァ ミ リ が指定 さ れていない場合は、 すべてのサポー ト さ れ る フ ァ ミ リ を リ ス ト し ます。
ヒ ン ト : コ マ ン ド にオプシ ョ ン を指定 し ない と き に表示 さ れ る サポー ト フ ァ ミ リ の中か ら 1 つ選択 し 、 それを オプ
シ ョ ンに指定す る と 、 その フ ァ ミ リ のサポー ト パーツ が リ ス ト さ れます。
構文
list_part [OPTIONS]
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
例
例1
list_part
すべてのサポー ト さ れ る フ ァ ミ リ を リ ス ト し ます。
例2
list_part virtex6
サポー ト さ れ る Virtex-6 パーツ をすべて リ ス ト し ます。
高位合成
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373
open_project
open_project
説明
既存プ ロ ジ ェ ク ト を開 く か、 ま たは新規プ ロ ジ ェ ク ト を作成 し ます。
Vivado HLS の 1 セ ッ シ ョ ン でア ク テ ィ ブにな る プ ロ ジ ェ ク ト は 1 つだけです。 1 プ ロ ジ ェ ク ト には複数の ソ リ ュ ー
シ ョ ン を含め る こ と がで き ます。
プ ロ ジ ェ ク ト を閉 じ る には、 次のいずれかの手順に従い ます。
•
close_project コ マ ン ド を使用 し ます。
•
open_project コ マ ン ド で別のプ ロ ジ ェ ク ト を開始 し ます。
delete_project コ マ ン ド を使用 し て、 プ ロ ジ ェ ク ト デ ィ レ ク ト リ お よ びそれに関連付け ら れてい る ソ リ ュ ーシ ョ
ン をすべて完全にデ ィ ス ク か ら 削除 し ます。
構文
open_project [OPTIONS] <project>
説明 :
•
<project> はプ ロ ジ ェ ク ト 名です。
オプ シ ョ ン
-reset
•
既存のプ ロ ジ ェ ク ト デー タ を削除 し てプ ロ ジ ェ ク ト を リ セ ッ ト し ます。
•
デザ イ ン ソ ース フ ァ イ ル、 ヘ ッ ダー フ ァ イ ルの検索パ ス、 最上位関数に関す る プ ロ ジ ェ ク ト 情報を削除 し ます。
関連 ソ リ ュ ーシ ョ ン デ ィ レ ク ト リ お よ びフ ァ イ ルは保持 さ れますが、結果は無効にな っ て し ま っ てい る 可能性が
あ り ます。
注記 : delete_project コ マ ン ド で も -reset オプシ ョ ン と 同 じ 効果があ り 、 すべての ソ リ ュ ーシ ョ ン デー タ を削
除で き ます。
推奨 : こ のオプシ ョ ンは、 Tcl ス ク リ プ ト を使用 し てVivado HLS を実行 し てい る と き に使用 し て く だ さ い。 それ以外
の場合は、 add_files コ マ ン ド が新 し く 実行 さ れ る たびに追加フ ァ イ ルが既存デー タ に追加 さ れます。
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
例
例1
open_project Project_1
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374
open_project
Project_1 と い う 名前の新規ま たは既存プ ロ ジ ェ ク ト を開き ます。
例2
open_project -reset Project_2
プ ロ ジ ェ ク ト を開いて、 既存デー タ をすべて削除 し ます。
推奨 : Tcl ス ク リ プ ト で こ の方法を使用す る と 、 既存プ ロ ジ ェ ク ト デー タ に ソ ース ま たは ラ イ ブ ラ リ フ ァ イ ルが追加
さ れない よ う にな り ます。
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375
open_solution
open_solution
説明
ア ク テ ィ ブ プ ロ ジ ェ ク ト で既存の ソ リ ュ ーシ ョ ン を開いた り 、 新規 ソ リ ュ ーシ ョ ン を作成 し ます。
注意 : ア ク テ ィ ブ プ ロ ジ ェ ク ト がない と き に ソ リ ュ ーシ ョ ン を開いた り 作成 し よ う と す る と 、 エ ラ ーが発生 し ます。
Vivado HLS の 1 セ ッ シ ョ ンでア ク テ ィ ブな ソ リ ュ ーシ ョ ンは 1 つだけです。
現在のプ ロ ジ ェ ク ト デ ィ レ ク ト リ の下に各 ソ リ ュ ーシ ョ ン の下位デ ィ レ ク ト リ があ り 管理 さ れてい ます。 ソ リ ュ ー
シ ョ ンが現在の作業デ ィ レ ク ト リ に存在 し ない場合は、 新 し い ソ リ ュ ーシ ョ ンが作成 さ れます。
ソ リ ュ ーシ ョ ン を閉 じ る には、 次のいずれかの手順に従い ます。
•
close_solution コ マ ン ド を実行 し ます。
•
open_solution コ マ ン ド で別の ソ リ ュ ーシ ョ ン を開 き ます。
delete_solution コ マ ン ド を使用す る と 、 プ ロ ジ ェ ク ト か ら ソ リ ュ ーシ ョ ンが削除 さ れ、 該当す る 下位デ ィ レ ク ト
リ も 削除 さ れます。
構文
open_solution [OPTIONS] <solution>
説明 :
•
<solution> は ソ リ ュ ーシ ョ ン名です。
オプ シ ョ ン
-reset
•
ソ リ ュ ーシ ョ ンが既に存在す る 場合は、 ソ リ ュ ーシ ョ ン デー タ が リ セ ッ ト さ れます。 ラ イ ブ ラ リ 、 制約、 お よ び
指示子に関す る 前の ソ リ ュ ーシ ョ ン情報は削除 さ れます。
•
合成、 検証、 イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンの結果 も 削除 さ れます。
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
例
例1
open_solution Solution_1
ア ク テ ィ ブ プ ロ ジ ェ ク ト に、 Solution_1 と い う 名前の新規 ソ リ ュ ーシ ョ ン ま たは既存の ソ リ ュ ーシ ョ ン を開 き ま
す。
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376
open_solution
例2
open_solution -reset Solution_2
•
ア ク テ ィ ブ プ ロ ジ ェ ク ト で ソ リ ュ ーシ ョ ン を開 き ます。
•
既存デー タ を削除 し ます。
推奨 : Tcl ス ク リ プ ト で こ の方法を使用す る と 、 既存 ソ リ ュ ーシ ョ ン デー タ に追加が さ れない よ う にな り ます。
高位合成
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377
set_clock_uncertainty
set_clock_uncertainty
説明
create_clock で定義 さ れてい る ク ロ ッ ク 周期のマージ ン を設定 し ます。
マージ ンは、 実質の ク ロ ッ ク 周期を作成する ため ク ロ ッ ク 周期か ら 差 し 引かれます。 ク ロ ッ ク のば ら つ き が定義 さ れ
ていない場合は、 デフ ォ ル ト で ク ロ ッ ク 周期の 12.5% と な り ます。
Vivado HLS では、 有効な ク ロ ッ ク 周期に基づいてデザ イ ンが最適化 さ れ、 ダ ウ ン ス ト リ ーム ツールにマージ ンが提
供 さ れ、 ロ ジ ッ ク 合成お よ び配線で考慮 さ れます。 こ の コ マ ン ド はア ク テ ィ ブ ソ リ ュ ーシ ョ ンの コ ン テ ン ツ でのみ実
行 さ れます。Vivado HLS ではすべての出力フ ァ イ ルで指定 さ れた ク ロ ッ ク 周期が使用 さ れ、検証お よ び イ ンプ リ メ ン
テーシ ョ ンで使用 さ れます。
create_clock コ マ ン ド で複数の ク ロ ッ ク が指定 さ れてい る SystemC デザ イ ンの場合、 各 ク ロ ッ ク を指定す る こ と
で、 ク ロ ッ ク ご と に異な る ば ら つ き を指定す る こ と がで き ます。
構文
set_clock_uncertainty <uncertainty> <clock_list>
説明 :
•
<uncertainty> は、 ク ロ ッ ク のば ら つ き ま たはマージ ン と し て使用 さ れ る ク ロ ッ ク 周期を表す値で、 単位はナ ノ 秒
(ns) です。
•
<clock_list> は、 ク ロ ッ ク ド メ イ ンの リ ス ト です。
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
例
例1
set_clock_uncertainty 0.5
ク ロ ッ ク のば ら つ き ま たはマージ ン を 0.5ns に指定 し ます。
こ れに よ り 、 Vivado HLS で使用可能な ク ロ ッ ク 周期が 0.5ns 削減 さ れます。
例2
create_clock -period 15 fast_clk
create_clock -period 60 slow_clk
set_clock_uncertainty 0.5 fast_clock
set_clock_uncertainty 1.5 slow_clock
こ の SystemC の例では、 ク ロ ッ ク ド メ イ ン を 2 つ作成 し 、 ド メ イ ン ご と に異な る ク ロ ッ ク のば ら つ き を指定 し てい
ます。
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378
set_clock_uncertainty
ヒ ン ト : SystemC デザ イ ン で は マ ルチ ク ロ ッ ク が サ ポ ー ト さ れ て い ま す。 ク ロ ッ ク を 該当関数に適用す る に は
set_directive_clock コ マ ン ド を使用 し ます。
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379
set_directive_allocation
set_directive_allocation
説明
リ ソ ース割 り 当てのための イ ン ス タ ン ス制限を指定 し ます。
特定の関数ま たは演算を イ ン プ リ メ ン ト す る のに使用 さ れ る RTL イ ン ス タ ン ス の数を定義 ま たは制限 し ます。 た と
えば、 foo_sub と い う 関数の イ ン ス タ ン ス が 4 つ C ソ ース コ ー ド にあ る 場合、 set_directive_allocation コ
マ ン ド を使用す る と 、 最終 RTL では foo_sub の イ ン ス タ ン ス を 1 つだけにす る こ と がで き ます。 同 じ RTL ブ ロ ッ
ク を使用 し て、 4 つすべての イ ン ス タ ン ス が イ ンプ リ メ ン ト さ れます
構文
set_directive_allocation [OPTIONS] <location> <instances>
説明 :
•
<location> は function[/label] の フ ォーマ ッ ト の ロ ケーシ ョ ン文字列です。
•
<instances> は関数ま たは演算子です。
関数には、 次が実行 さ れていない元の C コ ー ド のいずれかの関数を指定で き ます。
•
set_directive_inline コ マ ン ド に よ る イ ン ラ イ ン化
•
Vivado HLS に よ る 自動的な イ ン ラ イ ン化
演算子の リ ス ト は次の と お り です (C ソ ース コ ー ド に演算の イ ン ス タ ン ス があ る 場合)。
•
add - 加算
•
sub - 減算
•
mul - 乗算
•
icmp - 整数比較
•
sdiv - 符号付 き 除算
•
udiv - 符号な し 除算
•
srem - 符号付 き 剰余
•
urem - 符号な し 剰余
•
lshr - 論理右シ フ ト
•
ashr - 四則演算右シ フ ト
•
shl - 左シ フ ト
オプ シ ョ ン
-limit <integer>
RTL デザ イ ン で使用す る イ ン ス タ ン ス (-type オプシ ョ ン で指定 さ れてい る タ イ プの イ ン ス タ ン ス) の最大数を設定
し ます。
-type (function|operation)
イ ン ス タ ン ス タ イ プには、 function (デフ ォ ル ト ) ま たは operation を指定で き ます。
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380
set_directive_allocation
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS allocation \
instances=<Instance Name List> \
limit=<Integer Value> \
<operation, function>
例
例1
set_directive_allocation -limit 2 -type function foo_top foo
#pragma HLS allocation instances=foo limit=2 function
デザ イ ン foo_top には、 関数 foo の イ ン ス タ ン ス を が複数含ま れ、 RTL での foo の イ ン ス タ ン ス数を 2 に制限 し
てい ます。
例2
set_directive_allocation -limit 1 -type operation My_func mul
#pragma HLS allocation instances=mul limit=1 operation
My_func の イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンで使用 さ れ る 乗算器の数を 1 に制限 し ます。
こ の制限は、 My_func の下位関数にあ る 乗算器には適用 さ れ ません。 下位関数に イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン で使用 さ
れ る 乗算器の数を制限す る には、 その下位関数に割 り 当て指示子を指定す る か、 下位関数を My_func に埋め込みま
す。
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381
set_directive_array_map
set_directive_array_map
説明
小型ア レ イ を大型ア レ イ にマ ッ プ し ます。
通常は、 set_directive_array_map コ マ ン ド を使用 し て、 複数の小型ア レ イ を 1 つの大型ア レ イ にマ ッ プ し ま
す。 こ の大型ア レ イ は、 こ の後単一の メ モ リ (RAM ま たは FIFO) リ ソ ース に使用で き ます。
-mode オプシ ョ ンは、 新 し い タ ーゲ ッ ト が次の ど ち ら の連結なのか を決定す る ために使用 し ます。
•
エ レ メ ン ト (水平マ ッ ピ ン グ)
•
ビ ッ ト 幅 (垂直マ ッ ピ ン グ)
ア レ イ は set_directive_array_map コ マ ン ド が出力 さ れた順番で連結 さ れ、 次か ら 開始 さ れます。
•
水平マ ッ ピ ン グの場合は タ ーゲ ッ ト エ レ メ ン ト 0
•
垂直マ ッ ピ ン グの場合はビ ッ ト 0
構文
set_directive_array_map [OPTIONS] <location> <array>
説明 :
•
<location> はア レ イ 変数を含む ロ ケーシ ョ ン (function[/label] の フ ォーマ ッ ト ) です。
•
<variable> は新 し い タ ーゲ ッ ト ア レ イ イ ン ス タ ン ス にマ ッ プする ア レ イ 変数名です。
オプ シ ョ ン
-instance <string>
現在のア レ イ 変数がマ ッ プ さ れ る 新 し いア レ イ イ ン ス タ ン ス名を指定 し ます。
-mode (horizontal|vertical)
•
水平マ ッ ピ ン グ (holizontal) (デフ ォ ル ト ) では タ ーゲ ッ ト に さ ら に多 く のエ レ メ ン ト が含まれ る よ う にア レ イ が
連結 さ れます。
•
垂直マ ッ ピ ン グ (vertical) では タ ーゲ ッ ト の ワー ド 数が大 き く な る よ う にア レ イ が連結 さ れます。
-offset <integer>
重要 : 水平マ ッ ピ ン グ専用のオプシ ョ ンです。
現在のマ ッ プ操作用に、タ ーゲ ッ ト イ ン ス タ ン ス での絶対オ フ セ ッ ト を示す整数値を指定 し ます。次に例を示 し ます。
•
ア レ イ 変数のエ レ メ ン ト 0 は、 新 し い タ ーゲ ッ ト のエ レ メ ン ト <int> にマ ッ プ さ れます。
•
ほかのエ レ メ ン ト は新 し い タ ーゲ ッ ト の <int+1>、 <int+2> にマ ッ プ さ れます
値が指定 さ れていない場合は、 重複を避け る ため、 Vivado HLS で必要なオ フ セ ッ ト が自動的に計算 さ れます。 た と え
ば、 タ ーゲ ッ ト の次の未使用エ レ メ ン ト か ら ア レ イ の連結が開始 さ れます。
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382
set_directive_array_map
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS array_map \
variable=<variable> \
instance=<instance> \
<horizontal, vertical> \
offset=<int>
例
例1
set_directive_array_map -instance AB -mode horizontal foo A
set_directive_array_map -instance AB -mode horizontal foo B
#pragma HLS array_map variable=A instance=AB horizontal
#pragma HLS array_map variable=B instance=AB horizontal
こ れ ら の コ マ ン ド は、 関数 foo のア レ イ A[10] お よ び B[15] を、 新 し い 1 つのア レ イ AB[25] にマ ッ プ し てい ます。
•
エ レ メ ン ト AB[0] は A[0] と 同 じ にな り ます。
•
エ レ メ ン ト AB[10] は B[0] と 同 じ にな り ます (-offset オプシ ョ ンが使用 さ れていないため)。
•
ア レ イ AB[25] のビ ッ ト 幅は A[10] ま たは B[15] の最大ビ ッ ト 幅にな り ます。
例2
set_directive_array_map -instance CD -mode vertical foo C
set_directive_array_map -instance CD -mode vertical foo D
#pragma HLS array_map variable=C instance=CD vertical
#pragma HLS array_map variable=D instance=CD vertical
ア レ イ C お よ び D が新 し いア レ イ CD に連結 さ れ、 ビ ッ ト 数は C お よ び D のビ ッ ト 数を足 し た も のにな り ます。 CD
のエ レ メ ン ト 数は C ま たは D の最大数にな り ます。
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383
set_directive_array_partition
set_directive_array_partition
説明
ア レ イ を よ り 小 さ なア レ イ ま たは個々のエ レ メ ン ト にパーテ ィ シ ョ ン し ます。
こ のパーテ ィ シ ョ ンに よ り 、 次の結果にな り ます。
•
RTL には、 1 つの大 き な メ モ リ ではな く 、 複数の小型 メ モ リ ま たは複数の レ ジ ス タ が イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
•
ス ト レージの読み出 し お よ び書 き 込みポー ト の数が効率的に増加 し ます。
•
デザ イ ンの スループ ッ ト が改善 さ れ る 可能性があ り ます。
•
よ り 多 く の メ モ リ イ ン ス タ ン スやレ ジ ス タ が必要 と な り ます。
構文
set_directive_array_partition [OPTIONS] <location> <array>
説明 :
•
<location> はア レ イ 変数を含む ロ ケーシ ョ ン (function[/label] の フ ォーマ ッ ト ) です。
•
<array> はパーテ ィ シ ョ ン さ れ る ア レ イ 変数です。
オプ シ ョ ン
-dim <integer>
注記 : 複数次元のア レ イ にのみ使用す る オプシ ョ ンです。
ア レ イ の ど の次元がパーテ ィ シ ョ ン さ れ る か を指定 し ます。
•
値が 0 の場合は、 指定 し たオプシ ョ ン ですべての次元がパーテ ィ シ ョ ン さ れます。
•
その他の値が指定 さ れてい る 場合は、 その次元のみがパーテ ィ シ ョ ン さ れます。 た と えば、 値が 1 の場合は、 最
初の次元のみがパーテ ィ シ ョ ン さ れます。
-factor <integer>
注記 : こ のオプシ ョ ンは、
block ま たは cyclic タ イ プのパーテ ィ シ ョ ンにのみ使用 し ます。
作成す る 小型ア レ イ の数を指定 し ます。
-type (block|cyclic|complete)
•
block タ イ プのパーテ ィ シ ョ ン では、 元のア レ イ の連続 し たブ ロ ッ ク か ら 小型ア レ イ を作成 し ます。 こ れは 1 つ
のア レ イ を N 個のブ ロ ッ ク にパーテ ィ シ ョ ンす る オプシ ョ ンで、 N は -factor で定義 さ れてい る 整数です。
•
cyclic タ イ プのパーテ ィ シ ョ ンでは、 元のア レ イ のエ レ メ ン ト を イ ン タ ー リ ーブ し て小型ア レ イ を作成 し ます。
た と えば、 -factor が 3 の場合、 エ レ メ ン ト はそれぞれ次に割 り 当て ら れます。
°
エ レ メ ン ト 0 は 1 番目の新 し いア レ イ
°
エ レ メ ン ト 1 は 2 番目の新 し いア レ イ
°
エ レ メ ン ト 3 は 3 番目の新 し いア レ イ
°
エ レ メ ン ト 4 は再び 1 番目の新 し いア レ イ
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384
set_directive_array_partition
•
complete タ イ プのパーテ ィ シ ョ ンでは、 ア レ イ を個々のエ レ メ ン ト にパーテ ィ シ ョ ン し ます。 1 次元ア レ イ の場
合は、 ア レ イ が個々のエ レ メ ン ト にパーテ ィ シ ョ ン さ れ ま す。 複数次元のア レ イ の場合は、 各次元のパーテ ィ
シ ョ ン を指定す る か、 ま たは -dim 0 を使用 し てすべての次元をパーテ ィ シ ョ ン し ます。
デフ ォ ル ト は complete です。
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS array_partition \
variable=<variable> \
<block, cyclic, complete> \
factor=<int> \
dim=<int>
例
例1
set_directive_array_partition -type block -factor 4 foo AB
#pragma HLS array_partition variable=AB block factor=4
関数 foo のア レ イ AB[13] を 4 つのア レ イ にパーテ ィ シ ョ ン し ま す。 4 は 13 の倍数ではないので、 次の よ う にパー
テ ィ シ ョ ン さ れます。
•
3 つのア レ イ に 13 個のエ レ メ ン ト
•
1 つのア レ イ に 4 つのエ レ メ ン ト (AB[9:12])
例2
set_directive_array_partition -type block -factor 2 -dim 2 foo AB
#pragma HLS array_partition variable=AB block factor=2 dim=2
関数 foo のア レ イ AB[6][4] を各次元が [6][2] の 2 つのア レ イ にパーテ ィ シ ョ ン し ます。
例3
set_directive_array_partition -type complete -dim 0 foo AB
#pragma HLS array_partition variable=AB complete dim=0
関数 foo の AB[4][10][6] のすべての次元を個々のエ レ メ ン ト にパーテ ィ シ ョ ン し ます。
高位合成
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385
set_directive_array_reshape
set_directive_array_reshape
説明
垂直ア レ イ マ ッ ピ ン グ を使用 し て ア レ イ のパーテ ィ シ ョ ン を ま と め、エ レ メ ン ト 数は少な く ワー ド 数は大 き い新 し い
ア レ イ を 1 つ作成 し ます。
set_directive_array_reshape コ マ ン ド では、 次が実行 さ れます。
1.
ア レ イ を複数のア レ イ にパーテ ィ シ ョ ン (set_directive_array_partition と 同 じ )
2.
パーテ ィ シ ョ ン さ れた ア レ イ が垂直方向を自動的に ま と めて (set_directive_array_map -type vertical と
同 じ )、 ワー ド 数の大 き い 1 つのア レ イ を新 し く 作成
構文
set_directive_array_reshape [OPTIONS] <location> <array>
説明 :
•
<location> はア レ イ 変数を含む ロ ケーシ ョ ン (function[/label] の フ ォーマ ッ ト ) です。
•
<array> は再形成 さ れ る ア レ イ 変数です。
オプ シ ョ ン
-dim <integer>
注記 : 複数次元のア レ イ にのみ使用す る オプシ ョ ンです。
ア レ イ の ど の次元が再形成 さ れ る か を指定 し ます。
•
値が 0 の場合は、 指定 し たオプシ ョ ン ですべての次元がパーテ ィ シ ョ ン さ れます。
•
その他の値が指定 さ れてい る 場合は、 その次元のみがパーテ ィ シ ョ ン さ れます。 た と えば、 値が 1 の場合は、 最
初の次元のみがパーテ ィ シ ョ ン さ れます。
-factor <integer>
注記 : こ のオプシ ョ ンは、 block ま たは cyclic タ イ プの再形成にのみ使用 し ます。
作成す る 一時的な小型ア レ イ の数を指定 し ます。
-type (block|cyclic|complete)
•
block タ イ プの再形成では、 元のア レ イ の連続 し たブ ロ ッ ク か ら 小型ア レ イ を作成 し ます。 N 個 (N は-factor オプ
シ ョ ン で 定 義 さ れ て い る 数) の ブ ロ ッ ク に ア レ イ を パ ー テ ィ シ ョ ン し た 後、 そ の N 個 の ブ ロ ッ ク を
word-width*N で 1 つのア レ イ に ま と め ます。 デフ ォ ル ト は complete です。
•
cyclic タ イ プは、 元のア レ イ のエ レ メ ン ト を イ ン タ ー リ ーブ し て小型ア レ イ を作成 し ます。 た と えば、 -factor
が 3 の場合、 エ レ メ ン ト 0 は新 し く 作成 さ れ る 1 番目のア レ イ に割 り 当て ら れ、 エ レ メ ン ト 1 は 2 番目、 エ レ メ
ン ト 3 は 3 番目、 そ し てエ レ メ ン ト 4 は ま た 1 番目のア レ イ に割 り 当て ら れます。 最終的な ア レ イ は、 新 し いア
レ イ を 1 つのア レ イ に連結 し た垂直連結にな り ます (ワ ー ド 数が大き い も のを作成する には ワ ー ド 連結)。
•
complete タ イ プは、 ア レ イ を一時的に個々のエ レ メ ン ト にパーテ ィ シ ョ ン し てか ら 、 ワー ド 数の大 き な 1 つのア
レ イ に ま と め ます。 1 次元ア レ イ の場合、 こ れは ワー ド 数が非常に大 き い レ ジ ス タ を 1 つ作成す る の と 同 じ です
(元のア レ イ が M ビ ッ ト の N 個のエ レ メ ン ト であ っ た場合、 N*M ビ ッ ト の レ ジ ス タ にな り ます)。
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386
set_directive_array_reshape
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS array_reshape \
variable=<variable> \
<block, cyclic, complete> \
factor=<int> \
dim=<int>
例
例1
set_directive_array_reshape -type block -factor 4 foo AB
#pragma HLS array_reshape variable=AB block factor=4
関数 foo の 8 ビ ッ ト ア レ イ AB[17] を、 エ レ メ ン ト を 5 つ含む新 し い 32 ビ ッ ト ア レ イ 1 つに再形成 し ます。
4 は 13 の倍数整数ではないので、 次の よ う に変更 さ れます。
•
AB[17] は 5 番目のエ レ メ ン ト の下位 8 ビ ッ ト
•
5 番目のエ レ メ ン ト の余 り は未使用
例2
set_directive_array_reshape -type block -factor 2 -dim 2 foo AB
#pragma HLS array_reshape variable=AB block factor=2 dim=2
関数 foo のア レ イ AB[6][4] を、次元 [6][2] の新 し いア レ イ 1 つにパーテ ィ シ ョ ン し ます。こ の次元 2 の幅は 2 倍です。
例3
set_directive_array_reshape -type complete -dim 0 foo AB
#pragma HLS array_reshape variable=AB complete dim=0
関数 foo の 8 ビ ッ ト ア レ イ AB[4][2][2] を シ ン グ ル エ レ メ ン ト の ア レ イ (1 つの レ ジ ス タ ) に し ま す。 ビ ッ ト 幅は
4*2*2*8(=128) にな り ます。
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387
set_directive_clock
set_directive_clock
説明
指定 ク ロ ッ ク を指定関数に適用 し ます。
C お よ び C++ デザ イ ン では、 ク ロ ッ ク 1 つのみがサポー ト さ れ ま す。 create_clock で指定 し た ク ロ ッ ク 周期は、
デザ イ ン内のすべての関数に適用 さ れます。
SystemC デザ イ ン ではマルチ ク ロ ッ ク がサポー ト さ れてい ます。 create_clock コ マ ン ド を使用 し て複数の ク ロ ッ
ク を 指定 し 、 set_directive_clock コ マ ン ド を 使用 し て 個々の SC_MODULE に適用す る こ と が で き ま す。 各
SC_MODULE はシ ン グル ク ロ ッ ク で合成 さ れます。
構文
set_directive_clock <location> <domain>
説明 :
•
<location> は ク ロ ッ ク が適用 さ れ る 関数です。
•
<domain> は create_clock コ マ ン ド の -name オプシ ョ ンで指定 さ れてい る ク ロ ッ ク 名です。
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS clock domain=<string>
例
次の よ う な SystemC デザ イ ンがあ る と し ます。
•
最上位の foo_top には fast_clock お よ びslow_clock と い う ク ロ ッ ク ポー ト があ り ます。
•
最上位ではその関数内で fast_clock のみが使用 さ れます。
•
下位ブ ロ ッ ク の foo では slow_clock のみが使用 さ れます。
こ の場合、 コ マ ン ド は次の よ う にな り ます。
•
両方の ク ロ ッ ク を作成
•
fast_clock を foo_top に適用
•
slow_clock を下位ブ ロ ッ ク foo に適用
create_clock -period 15 fast_clk
create_clock -period 60 slow_clk
set_directive_clock foo_top fast_clock
set_directive_clock foo slow_clock
#pragma HLS clock domain=fast_clock
#pragma HLS clock domain=slow_clock
注記 : create_clock と 同等の pragma はあ り ません。
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388
set_directive_dataflow
set_directive_dataflow
説明
関数ま たはループでデー タ フ ロ ー最適化が実行 さ れ る よ う に指定す る コ マ ン ド で、RTL イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンの同
時実行を改善 し ます。
C 記述では、 すべての演算が順次に実行 さ れます。 Vivado HLS は、 set_directive_allocation な ど リ ソ ース を
制限す る 指示子がない場合は、 自動的に レ イ テ ン シ を最小限に押 さ え、 同時実行性を改善 し よ う と し ます。
ただ し 、 デー タ 依存性のために こ れが制限 さ れ る こ と があ り ます。 た と えば、 ア レ イ にア ク セ スす る 関数ま たはルー
プは、 完了す る 前にア レ イ への読み出 し /書 き 込みア ク セ ス をすべて終了す る 必要があ り ます。 こ れに よ り 、 そのデー
タ を消費す る 次の関数/ループの演算が開始 さ れな く な り ます。
ただ し 、 前の関数/ループがすべての演算を完了す る 前に、 次の関数/ループの演算を開始す る こ と が可能な こ と はあ
り ます。
デー タ フ ロ ー最適化が指定 さ れてい る 場合、 Vivado HLS では次が実行 さ れます。
•
順次関数/ループ間のデー タ フ ロ ーを解析 し ます。
•
前の関数ま たはループが完了す る 前に次の関数ま たはループを開始可能にす る チ ャ ネルを
RAM ま たは FIFO に基づいて) 作成 し よ う と し ます。
(pingpong
形式の
こ れで関数ま たはループがパ ラ レルで実行 さ れ、 次が達成で き ます。
•
レ イ テ ン シが低減 し ます。
•
RTL デザ イ ンの スループ ッ ト が改善 さ れます。
開始 イ ン タ ーバル (関数ま たはループの開始か ら 次の も のの開始ま での間のサ イ ク ル数) が指定 さ れていない場合は、
Vivado HLS は開始 イ ン タ ーバルを最小限に抑え て、デー タ が使用可能にな っ た ら すぐ に演算を開始で き る よ う に し ま
す。
構文
set_directive_dataflow <location>
説明 :
•
<location> はデー タ フ ロ ー最適化が実行 さ れ る ロ ケーシ ョ ン (function[/label] フ ォーマ ッ ト ) です。
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS dataflow
例
set_directive_dataflow foo
#pragma HLS dataflow
関数 foo 内のデー タ フ ロ ー最適化を指定 し ます。
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389
set_directive_data_pack
set_directive_data_pack
説明
構造体 (struct) のデー タ フ ィ ール ド を 1 つの ス カ ラ ー ( ワー ド 数が よ り 大 き い) にパ ッ ク し ます。
構造体内で宣言 さ れてい る ア レ イ はすべて完全にパーテ ィ シ ョ ン さ れ、 幅の広い ス カ ラ ーに ま と め ら れ、 ほかの ス カ
ラ ー フ ィ ール ド を使用 し てパ ッ ク さ れます。
ワー ド 数のビ ッ ト ア ラ イ メ ン ト は、構造体フ ィ ール ド の宣言か ら 自動推論 さ れます。 すべての フ ィ ール ド がマ ッ プ さ
れ る ま で、 最初の フ ィ ール ド には ワー ド の最下位部が入 り ます。
構文
set_directive_data_pack [OPTIONS] <location> <variable>
説明 :
•
<location> はパ ッ ク さ れ る 変数を含む ロ ケーシ ョ ン (function[/label] フ ォーマ ッ ト ) です。
•
<variable> はパ ッ ク さ れ る 変数です。
オプ シ ョ ン
-instance <string>
パ ッ キ ン グ後の変数の名前を指定 し ます。 何 も 指定 さ れていない場合は、 variable に入力 さ れてい る 名前が使用 さ
れます。
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS data_pack variable=<variable> instance=<string>
例
例1
関数 foo にあ る 8 ビ ッ ト の フ ィ ール ド が 3 つあ る 構造体 (typedef struct {unsigned char R, G, B;} pixel) のア レ イ AB[17]
を 24 ビ ッ ト の 17 エ レ メ ン ト のア レ イ 1 つにパ ッ ク し ます。
set_directive_data_pack foo AB
#pragma HLS data_pack variable=AB
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390
set_directive_data_pack
例2
関数 foo にあ る 8 ビ ッ ト の フ ィ ール ド が 3 つあ る 構造体 (typedef struct {unsigned char R, G, B;} pixel) のポ イ ン タ ー AB
を 1 つの新 し い 24 ビ ッ ト ポ イ ン タ ーにパ ッ ク し ます。
set_directive_data_pack foo AB
#pragma HLS data_pack variable=AB
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391
set_directive_dependence
set_directive_dependence
説明
Vivado HLS では次の依存が検出 さ れます。
•
ループ内 (ループ独立型の依存)
•
同 じ ループの反復間 (ループ運搬型の依存)
こ う し た依存は、演算が ス ケ ジ ュ ールで き る タ イ ミ ン グ、特に関数お よ びループのパ イ プ ラ イ ン化処理に影響 し ます。
•
ループ独立型の依存
同 じ ループの反復で同 じ エ レ メ ン ト がア ク セ ス さ れます。
for (i=0;i<N;i++) {
A[i]=x;
y=A[i];
}
•
ループ運搬型の依存
異な る ループ反復で同 じ エ レ メ ン ト がア ク セ ス さ れます。
for (i=0;i<N;i++) {
A[i]=A[i-1]*2;
}
変数依存のア レ イ イ ンデ ッ ク スや、 外部要件を満たす必要があ る 場合 (2 つの入力が同 じ イ ンデ ッ ク ス にな ら ない場
合な ど) な ど の状況では、 依存分析は保守的すぎ る こ と があ り ます。 set_directive_dependence コ マ ン ド を使用
す る と 、 依存を明示的に指定で き 、 不正な依存を解決す る こ と がで き ます。
構文
set_directive_dependence [OPTIONS] <location>
説明 :
•
<location> は依存が指定 さ れ る ロ ケーシ ョ ン (function[/label] フ ォーマ ッ ト ) です。
オプ シ ョ ン
-class (array|pointer)
依存を明確にす る 必要があ る 変数の ク ラ ス を指定 し ます。 こ れは、 -variable オプシ ョ ンが使用 さ れてい る と き は
使用で き ません。
-dependent (true|false)
依存を使用す る 必要があ る (true) か、 削除する (false) かを指定 し ます。 デフ ォ ル ト は false です。
-direction (RAW|WAR|WAW)
注記 : ループ運搬型依存にのみ使用 し ます。
依存の タ イ プは次の よ う に指定 し ます。
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392
set_directive_dependence
•
RAW (Read-After-Write - 真の依存)
書読み出 し 命令で使用 さ れた値が書 き 込み命令で使用 さ れます。
•
WAR (Write-After-Read - ア ンチ依存)
読み出 し 命令の値は、 書 き 込み命令で上書 き さ れます。
•
WAW (Write-After-Write - 出力依存)
2 つの書 き 込み命令に よ り 、 特定の順序で同 じ ロ ケーシ ョ ンに書き 込みが実行 さ れます。
-distance <integer>
注記 : こ れは、 -dependent が true に設定 さ れてい る ループ運搬型依存でのみ使用 し ます。
ア レ イ ア ク セ ス の反復間隔を指定 し ます。
-type (intra|inter)
次のいずれかに依存を指定 し ます。
•
同 じ ループ内の反復 (intra)
•
異な る ループ間の反復 (inter)
-variable <variable>
依存指示子を考慮す る ための具体的な変数を指定 し ます。 こ れは、 -class オプシ ョ ンが使用 さ れてい る と き は使用
で き ません。
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS dependence \
variable=<variable> \
<array, pointer> \
<inter, intra> \
<RAW, WAR, WAW> \
distance=<int> \
<false, true>
例
例1
関数 foo の loop_1 の同 じ 反復での Var1 の依存を削除 し ます。
set_directive_dependence -variable Var1 -type intra \
-dependent false foo/loop_1
#pragma HLS dependence variable=Var1 intra false
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393
set_directive_dependence
例2
関数 foo の loop_2 にあ る すべてのア レ イ の依存に よ り 、 同 じ ループ反復ではすべての読み出 し が書 き 込みの後に
実行 さ れ る よ う に設定 し ます。
set_directive_dependence -class array -type inter \
-dependent true -direction RAW foo/loop_2
#pragma HLS dependence array inter RAW true
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394
set_directive_expression_balance
set_directive_expression_balance
説明
C ベース の仕様は演算シーケ ン ス で書かれてい る こ と があ り ます。 その場合、 RTL での演算チ ェ ーンが長 く な り 、 僅
かな ク ロ ッ ク 周期でデザ イ ン レ イ テ ン シが増加する 可能性が出て き ます。
デフ ォ ル ト では、 Vivado HLS では演算の関連性や接続性を考慮 し て、 演算が並び替え ら れます。 こ れに よ り 、 ハー ド
ウ ェ ア上での レ イ テ ン シ を低減 し つつ、 演算チ ェーン を短 く す る こ と がで き る バ ラ ン ス の と れた ツ リ ーが作成で き ま
す。
set_directive_expression_balance コ マ ン ド を使用する と 、 こ のバ ラ ン ス機能を指定範囲内でオン/オ フ にす
る こ と がで き ます。
構文
set_directive_expression_balance [OPTIONS] <location>
説明 :
•
<location> は、 バ ラ ン ス機能をオン/オ フ にす る ロ ケーシ ョ ン (function[/label] フ ォーマ ッ ト ) を指定 し ます。
オプ シ ョ ン
-off
バ ラ ン ス機能を指定 ロ ケーシ ョ ンでオ フ に し ます。
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS expression_balance <off>
例
例1
関数 My_Func 内でバ ラ ン ス機能を オ フ に し ます。
set_directive_expression_balance -off My_Func
#pragma HLS expression_balance off
例2
関数 My_Func2 でバ ラ ン ス機能を オンに し ます。
set_directive_expression_balance My_Func2
#pragma HLS expression_balance
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395
set_directive_function_instantiate
set_directive_function_instantiate
説明
デフ ォ ル ト で次の よ う にな り ます。
•
関数は RTL で個別の階層ブ ロ ッ ク の ま ま残 り ます。
•
同 じ 階層レベルにあ る 関数のすべての イ ン ス タ ン ス は、 同 じ RTL イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン (ブ ロ ッ ク ) を使用 し
ます。
set_directive_function_instantiate コ マ ン ド は、 関数の イ ン ス タ ン ス ご と に 1 つの RTL イ ンプ リ メ ン テー
シ ョ ン を作成す る のに使用 し ます。 こ れで各 イ ン ス タ ン ス を最適化で き る よ う にな り ます。
デフ ォ ル ト では、 次の コ ー ド で、 3 つの イ ン ス タ ン スすべてに対 し 、 関数 foo_sub の RTL イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン
が 1 つ作成 さ れます。
char foo_sub(char inval, char incr)
{
return inval + incr;
}
void foo(char inval1, char inval2, char inval3,
char *outval1, char *outval2, char * outval3)
{
*outval1 = foo_sub(inval1, 1);
*outval2 = foo_sub(inval2, 2);
*outval3 = foo_sub(inval3, 3);
}
以下の例に示す方法で こ の指示子を使用す る と 、 3 つのバージ ョ ン の関数 foo_sub が作成 さ れ、 変数 incr に対 し
てそれぞれが個別に最適化 さ れます。
構文
set_directive_function_instantiate <location> <variable>
説明 :
•
<location> は関数の イ ン ス タ ン ス を個別に作成する ロ ケーシ ョ ン (function[/label] フ ォーマ ッ ト ) を指定 し ます。
•
variable <string> は定数 と し て指定する 引数 <string> を指定 し ます。
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS function_instantiate variable=<variable>
例
こ の例では、 次の Tcl (ま たは関数 foo_sub に配置 さ れた pragma) に よ り 、 foo_sub の入力 さ れてい る incr に従っ
て各 イ ン ス タ ン ス が個別に最適化 さ れます。
set_directive_function_instantiate incr foo_sub
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396
set_directive_function_instantiate
#pragma HLS function_instantiate variable=incr
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397
set_directive_inline
set_directive_inline
説明
階層の別エン テ ィ テ ィ と し て関数を削除 し ます。 関数を イ ン ラ イ ン化する と 、 別の階層 と し ては表示 さ れな く な り ま
す。
場合に よ っ ては、 関数を イ ン ラ イ ン化す る と 、 関数内の演算が共有 さ れ、 周辺の演算 と 共に効率 よ く 最適化 さ れ る こ
と があ り ます。 ただ し 、 イ ン ラ イ ン化 さ れた関数は共有で き ないので、 エ リ アが増加 し て し ま う 可能性があ り ます。
デフ ォ ル ト では、 関数階層のす ぐ下の階層でのみ イ ン ラ イ ン化が実行 さ れます。
構文
set_directive_inline [OPTIONS] <location>
説明 :
•
<location> は イ ン ラ イ ン化が実行 さ れ る ロ ケーシ ョ ン (function[/label] フ ォーマ ッ ト ) です。
オプ シ ョ ン
-off
関数の イ ン ラ イ ン化を オ フ に し 、 特定関数が イ ン ラ イ ン さ れない よ う に使用 し ます。 た と えば、 -recursive オプ
シ ョ ンが呼び出 し 関数に使用 さ れてい る 場合、 ほかの関数は イ ン ラ イ ン化 さ れて も 、 特定の呼び出 さ れた関数が イ ン
ラ イ ン化 さ れない よ う にす る こ と がで き ます。
-recursive
デフ ォ ル ト では、 関数階層のすぐ 下の階層でのみ イ ン ラ イ ン化が実行 さ れます。 特定の関数内に含まれ る 関数は イ ン
ラ イ ン化 さ れません。 -recursive オプシ ョ ンは階層全体の関数をすべて再帰的に イ ン ラ イ ン化 し ます。
-region
指定範囲の関数をすべて イ ン ラ イ ン化 し ます。
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS inline <region | recursive | off>
例
例1
foo_top に含まれ る すべての関数を イ ン ラ イ ン化 し ます ( し か し 下位にあ る 関数は イ ン ラ イ ン化 さ れません)。
set_directive_inline -region foo_top
#pragma HLS inline region
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398
set_directive_inline
例2
foo_sub1 関数のみを イ ン ラ イ ン化 し ます。
set_directive_inline foo_sub1
#pragma HLS inline
例3
foo_sub2 を 除 く 、 foo_top に あ る すべて の関数が階層全体 を 通 し て繰 り 返 し イ ン ラ イ ン 化 さ れ ま す。 1 つ目の
pragma は foo_top に配置 さ れてい ます。 2 つ目の pragma は foo_sub2 に配置 さ れてい ます。
set_directive_inline -region -recursive foo_top
set_directive_inline -off foo_sub2
#pragma HLS inline region recursive
#pragma HLS inline off
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399
set_directive_interface
set_directive_interface
説明
イ ン タ ーフ ェ イ ス合成で関数記述か ら ど の よ う に RTL ポー ト が作成 さ れ る か を指定 し ます。
RTL イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンのポー ト は次の も のか ら 派生 し ます。
•
指定 さ れてい る 、 任意の関数レベルのプ ロ ト コ ル
•
関数の引数
•
グ ロ ーバル変数 (最上位関数に よ り ア ク セ ス さ れ、 ス コ ープ外部で定義 さ れ る )
関数レベルのハン ド シ ェ イ ク :
•
関数がいつ演算を開始す る か を制御
•
関数レベルのハン ド シ ェ イ ク は、 次の タ イ ミ ン グ を示 し ます。
°
演算の終了
°
ア イ ド ル状態
°
新 し い入力を受信す る 準備完了
関数レベルのプ ロ ト コ ルの イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンは、 次の よ う にな り ます。
•
ap_ctrl_none、 ap_ctrl_hs ま たは ap_ctrl_chain モー ド で制御
•
最上位関数の名前のみが必要
注記 : pragma に関数 return を指定
各関数引数は、 独自の I/O プ ロ ト コ ルを持つ よ う に指定す る こ と がで き ます (有効ハン ド シ ェ イ ク や承認ハン ド シ ェ
イ ク な ど)。
変数がグ ロ ーバル と し て作成 さ れていて も 、 すべての読み出 し お よ び書 き 込みア ク セ ス が ロ ーカルにな っ てい る 場
合、 リ ソ ース はデザ イ ン内に作成 さ れ、 RTL で I/O ポー ト が必要な く な り ます。 し か し 、 グ ロ ーバル変数が外部 ソ ー
ス ま たはデス テ ィ ネーシ ョ ンにな る はずであれば、 イ ン タ ーフ ェ イ スは標準関数引数 と 同 じ よ う な方法で指定す る 必
要があ り ます。 例を参照 し て く だ さ い。
set_directive_interface が下位関数に使用 さ れてい る 場合は、-register オプシ ョ ン を使用で き ます。-mode
オプシ ョ ンは、 下位関数ではサポー ト さ れません。
構文
set_directive_interface [OPTIONS] <location> <port>
説明 :
•
<location> は指定す る 関数 イ ン タ ーフ ェ イ ス ま たは レ ジ ス タ を介 し た出力の ロ ケーシ ョ ン (function[/label] フ ォー
マ ッ ト ) です。
•
<port> - イ ン タ ーフ ェ イ ス を合成する のに必要なパ ラ メ ー タ ー (関数引数ま たはグ ロ ーバル変数)
ap_ctrl_none ま たは ap_ctrl_hs モー ド が使用 さ れてい る 場合は、 こ れは不要です。
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です。
400
set_directive_interface
オプ シ ョ ン
-mode (ap_ctrl_none|ap_ctrl_hs|ap_none|ap_stable|ap_vld|ap_ovld|
ap_ack|ap_hs|ap_fifo|ap_memory|ap_bus)
適切なプ ロ ト コ ルを選択 し ます。
モー ド の値
-mode 値で イ ンプ リ メ ン ト さ れ る 関数プ ロ ト コ ルは次の と お り です。
•
ap_ctrl_none
関数レベルのハン ド シ ェ イ ク プ ロ ト コ ルはあ り ません。
•
ap_ctrl_hs
デフ ォ ル ト 動作。 関数レベルのハン ド シ ェ イ ク プ ロ ト コ ルを イ ンプ リ メ ン ト し ます。
関数が演算を開始す る には、入力ポー ト ap_start が High にな る 必要があ り ます(関数レベル信号はすべてア ク
テ ィ ブ High)。
出力ポー ト ap_done は、関数が終了 し た こ と を示 し (ま た関数の戻 り 値があ る 場合は、戻 り 値が有効であ る こ と
を示す) 、 出力ポー ト ap_idle は、 関数がア イ ド ル状態であ る こ と を示 し ます。
パ イ プ ラ イ ン化 さ れた関数では、追加出力ポー ト ap_ready が イ ンプ リ メ ン ト さ れ、 その関数が新 し い入力デー
タ を受信す る 準備完了状態にあ る こ と を示 し ます。
•
ap_ctrl_chain
こ の関数レベルのプ ロ ト コ ルは、デー タ ス ト リ ーム を処理す る ために複数のブ ロ ッ ク がチ ェーン接続 さ れ る よ う
なデザ イ ン用で、 ap_ctrl_hs モー ド のすべての機能が含 ま れ る ほか、 新 し い入力信号 ap_continue を関数
レベルのプ ロ ト コ ルに追加 し ます。
ap_continue 信号が Low にな る と 、 ダ ウ ン ス ト リ ーム ブ ロ ッ ク が新 し いデー タ を受信で き る 状態ではない こ
と を意味 し ます。 こ の場合、 出力が準備で き る ま で、 ブ ロ ッ ク は継続 し てデー タ を処理 し 続け ます。 準備がで き
た ら DONE 信号がアサー ト さ れ、 ap_continue 信号が High にアサー ト さ れ る ま で処理が停止 さ れます。
関数引数お よ びグ ロ ーバル変数の場合は、 各引数 タ イ プに対 し 、 次のデフ ォ ル ト プ ロ ト コ ルが使用 さ れます。
•
読み出 し 専用 (入力) - ap_none
•
書 き 込み専用 (出力) - ap_vld
•
読み出 し - 書 き 込み (入出力) - ap_ovld
•
ア レ イ - ap_memory
関数引数お よ びグ ロ ーバル変数を イ ンプ リ メ ン ト す る RTL ポー ト は、 次の -mode 値で指定 さ れます。
•
ap_none
プ ロ ト コ ルな し 。 単純な ワ イ ヤに対応 し ます。
•
ap_stable
入力ポー ト にのみ使用可能。 こ のポー ト の値が リ セ ッ ト 後安定 し ていて、 次の リ セ ッ ト ま で変化 し ない こ と が
Vivado HLS に伝え ら れます。 こ のプ ロ ト コ ルは ap_none モー ド の よ う に イ ンプ リ メ ン ト さ れますが、 信号フ ァ
ン ア ウ ト で内部最適化が実行 さ れます。
注記 : 定数値ではな く 、 変動 し ない値のみが考慮 さ れます。
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401
set_directive_interface
•
ap_vld
こ のデー タ ポー ト と 共に動作す る 別の有効 (valid) ポー ト (<port_name>_vld) が作成 さ れます。
•
°
入力ポー ト 場合、 関連の入力有効ポー ト がアサー ト さ れ る ま で、 読み出 し に よ り 関数が停止 さ れます。
°
出力ポー ト の場合は、 デー タ を書 き 込む と き 、 出力有効信号がアサー ト さ れます。
ap_ack
こ のデー タ ポー ト と 共に動作す る 別の承認 (acknowledge) ポー ト (<port_name>_vld) が作成 さ れます。
•
°
入力ポー ト の場合、 値を読み出す と き 、 読み出 し に よ り 出力承認がアサー ト さ れます。
°
関連の入力承認ポー ト がアサー ト さ れ る ま で、 出力書 き 込みに よ り 関数が停止 さ れます。
ap_hs
こ のデー タ ポー ト と 共に動作す る 別の有効 (valid) ポー ト (<port_name>_vld) お よ び承認 (acknowledge) ポー ト
(<port_name>_ack) が作成 さ れます。
•
•
°
入力ポー ト の場合、 読み出 し に よ り 、 入力有効がアサー ト さ れ る ま で関数が停止 さ れ、 デー タ が読み出 さ れ
た と き に出力承認信号がアサー ト さ れます。
°
出力書 き 込みに よ り 、 デー タ が書き 込まれた と き 出力有効がアサー ト さ れ、 関連入力承認ポー ト がアサー ト
さ れ る ま で関数が停止 さ れます。
ap_ovld
°
入力信号の場合は、 ap_none モー ド の よ う に動作 し ます。 プ ロ ト コ ルは追加 さ れません。
°
出力信号の場合は、 ap_vld モー ド の よ う に動作 し ます。
°
入力出力信号の場合は、 次の よ う にな り ます。
-
入力が ap_none モー ド の よ う に動作 し ます。
-
出力が ap_vld モー ド の よ う に動作 し ます。
ap_memory
外部 RAM へのア ク セ ス と し て ア レ イ 引数が イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
外部 RAM か ら の読み出 し お よ びその RAM への書き 込みを行 う ため、 デー タ 、 ア ド レ ス、 お よ び RAM 制御ポー
ト (CE や WE な ど) が作成 さ れます。 特定の信号お よ びデー タ ポー ト 数はア ク セ ス し てい る RAM に よ っ て決ま
り ます。
推奨 : ア レ イ 引数は、set_directive_resource コ マ ン ド を使用 し てテ ク ノ ロ ジ ラ イ ブ ラ リ にあ る 特定 RAM に指定す る 必
要があ り ます。 指定 し ない場合は、 Vivado HLS で自動的に使用す る RAM が選択 さ れます。
•
ap_fifo
FIFO ア ク セ ス と し て、 ア レ イ 、 ポ イ ン タ ー、 参照渡 し 変数のポー ト を イ ンプ リ メ ン ト し ます。
°
°
デー タ 入力ポー ト :
-
外部 FIFO か ら 値を読み出す準備が整 う と 、関連する 出力読み出 し ポー ト (<port_name>_read) を アサー
ト し ます。
-
値読み出 し 可能であ る こ と を示すため入力可能なポー ト (<port_name>_empty_n) がアサー ト さ れ る ま
で、 関数を停止 し ます。
デー タ 出力ポー ト :
-
ポー ト に値を書 き 込んだ こ と を示すため、 出力書 き 込みポー ト (<port_name>_write) を アサー ト し ま
す。
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402
set_directive_interface
-
•
新 し い出力用に外部
FIFO
に空 き スペース があ る こ と を示すため、 関連す る 入力可能ポー ト
(<port_name>_full_n) がアサー ト さ れ る ま で、 関数を停止 し ます。 こ の イ ン タ ーフ ェ イ ス モー ド には
–depth オプシ ョ ン を使用す る 必要があ り ます。
ap_bus
バ ス イ ン タ ーフ ェ イ ス と し て、 ポ イ ン タ ー、 参照渡 し 変数のポー ト を イ ンプ リ メ ン ト し ます。
標準 FIFO バス イ ン タ ーフ ェ イ ス と のバース ト ア ク セ ス をサポー ト する ため、 複数の制御信号を使用 し て、 入力
お よ び出力両方のポー ト が合成 さ れます。
こ の イ ン タ ーフ ェ イ ス の詳細は、 第 1 章 「高位合成の概要」 を参照 し て く だ さ い。
推奨 : こ の イ ン タ ーフ ェ イ ス モー ド には、 -depth オプシ ョ ン を使用する 必要があ り ます。
•
-depth
ap_fifo ま たは ap_bus モー ド を使用す る ポ イ ン タ ー イ ン タ ーフ ェ イ ス に必要です。
こ のオプシ ョ ン を使用す る と 、 テ ス ト ベンチで処理 さ れ る サンプルの最大数を指定で き ます。 こ れは、 RTL 協調
シ ミ ュ レーシ ョ ン用に作成 さ れた検証ア ダプ タ ーに必要な FIFO の最大サ イ ズ を Vivado HLS に渡すために必要
です。
•
-register
最上位関数では、 こ のオプシ ョ ン を次の よ う に使用 し ます。
°
次の ス カ ラ ー イ ン タ ーフ ェ イ ス に使用 し ます。
-
ap_none
-
ap_ack
-
ap_vld
-
ap_ovld
-
ap_hs
°
信号 (お よ び任意の関連プ ロ ト コ ル信号) が レ ジ ス タ を介 し 、少な く と も 関数実行の最終サ イ ク ルま で保持 さ
れ る よ う にな り ます。
°
ap_ctrl_hs 関数プ ロ ト コ ルが イ ネーブルにな っ てい る 必要があ り ます。 ap_ctrl_hs と 共に使用 さ れ る
と 、 関数の戻 り 値が レ ジ ス タ を介す よ う にな り ます。
°
下位関数に使用す る と 、 関数が最後ま で実行 さ れ る ま で出力お よ び制御信号を レ ジ ス タ に保存で き ます。
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS interface <mode> register port=<string>
例
例1
関数 foo の関数レベルのハン ド シ ェ イ ク をオ フ に し ます。
set_directive_interface -mode ap_ctrl_none foo
#pragma HLS interface ap_ctrl_none port=return
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403
set_directive_interface
例2
関数 foo の引数 InData に ap_vld イ ン タ ーフ ェ イ ス を含め る よ う に指定 さ れ、 入力が レ ジ ス タ を介す よ う に設定 さ
れます。
set_directive_interface -mode ap_vld -register foo InData
#pragma HLS interface ap_vld register port=InData
例3
関数 foo で使用 さ れ る グ ロ ーバル変数 lookup_table が RTL デザ イ ン でポー ト と し て処理 さ れ、 イ ン タ ーフ ェ イ
ス には ap_memory が指定 さ れます。
set_directive_interface -mode ap_memory foo look_table
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404
set_directive_latency
set_directive_latency
説明
関数、 ループ、 ま たは リ ージ ョ ンに レ イ テ ン シの最大値 と 最小値のいずれか、 ま たは両方を設定 し ます。
Vivado HLS は常に最小レ イ テ ン シ を目標に し ま す。 レ イ テ ン シの最大値お よ び最小値が指定 さ れ る と き の
HLS の動作は次の よ う にな り ます。
•
Vivado
レ イ テ ン シが最小値未満
レ イ テ ン シが最小値に満た ない場合、 レ イ テ ン シが指定値ま で拡張 さ れ、 リ ソ ース が さ ら に共有 さ れ る 可能性が
あ り ます。
•
レ イ テ ン シが最小値 よ り 大 き い
制約は満た さ れ、 こ れ以上の最適化は行われません。
•
レ イ テ ン シが最大値未満
制約は満た さ れ、 こ れ以上の最適化は行われません。
•
レ イ テ ン シが最大値 よ り 大 き い
最大値以下で ス ケ ジ ュ ールで き ない場合、指定 し た制約を満たす こ と がで き る よ う エ フ ォー ト レベルが上げ ら れ
ます。 こ れで も 最大レ イ テ ン シ を満たす こ と がで き ない場合は、 警告が表示 さ れ、 達成可能な最小値の レ イ テ ン
シでデザ イ ンが作成 さ れます。
構文
set_directive_latency [OPTIONS] <location>
説明 :
•
<location> は制約を設定す る ロ ケーシ ョ ン (関数 ループ、 ま たは リ ージ ョ ン) (function[/label] フ ォーマ ッ ト ) を指
定 し ます。
オプ シ ョ ン
-max <integer
最大レ イ テ ン シ を指定 し ます。
-min <integer>
最小レ イ テ ン シ を指定 し ます。
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS latency \
min=<int> \
max=<int>
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405
set_directive_latency
例
例1
関数 foo の最小レ イ テ ン シ を 4、 最大を 8 に指定 し ます。
set_directive_latency -min=8 -max=8 foo
#pragma HLS latency min=4 max=4
例2
関数 foo で、 ループ loop_row の最大レ イ テ ン シ を 12 に指定 し ます。 pragma はループ本体に記述 し ます。
set_directive_latency -max=12 foo/loop_row
#pragma HLS latency max=12
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406
set_directive_loop_flatten
set_directive_loop_flatten
説明
入れ子にな っ てい る ループ を 1 つのループ階層に フ ラ ッ ト に し ます。
RTL イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン では、 ループ階層にあ る ループ間の移動に 1 ク ロ ッ ク サ イ ク ルかか り ま す。 入れ子に
な っ たループ を フ ラ ッ ト にす る こ と で、 それ ら を 1 つのループ と し て最適化する こ と がで き る ので、 ク ロ ッ ク サ イ ク
ルを少な く で き 、 ループ本文の ロ ジ ッ ク を さ ら に最適化す る こ と が可能です。
推奨 : こ の指示子は、 ループ階層の一番内側にあ る ループに適用す る 必要があ り ます。 完全ま たは半完全ループのみ
を こ の方法で フ ラ ッ ト にす る こ と がで き ます。
•
•
•
完全ループの入れ子
°
一番内側のループのみにループ本体の内容が含まれます。
°
ループ文間に指定 さ れ る ロ ジ ッ ク はあ り ません。
°
すべてのループの範囲は定数です。
半完全ループの入れ子
°
一番内側のループのみにループ本体の内容が含まれます。
°
ループ文間に指定 さ れ る ロ ジ ッ ク はあ り ません。
°
一番外側のループの範囲は変数にで き ます。
不完全ループの入れ子
内側のループの範囲が変数であ っ た り 、 ループ本体が内側のループにのみ含まれてい る と は限 ら ない場合、 コ ー
ド の構造を変更す る か、 ループ本体の中のループを展開 し て、 完全ループの入れ子を作成 し てみて く だ さ い。
構文
set_directive_loop_flatten [OPTIONS] <location>
説明 :
•
<location> は ロ ケーシ ョ ン (一番内側のループ) (function[/label] のフ ォーマ ッ ト ) です。
オプ シ ョ ン
-off
フ ラ ッ ト にな ら ない よ う に し ます。
一部のループのみを フ ラ ッ ト に し 、 指定 ロ ケーシ ョ ンの こ れ以外のループはフ ラ ッ ト にで き ます。
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS loop_flatten off
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407
set_directive_loop_flatten
例
例1
関数 foo の loop_1、ループ階層上で こ れ よ り 上にあ る すべてのループ (完全ま たは半完全) を 1 つのループに フ ラ ッ
ト に し ます。 pragma を loop_1 の本体に記述 し ます。
set_directive_loop_flatten foo/loop_1
#pragma HLS loop_flatten
例2
関数 foo の loop_2 でループが フ ラ ッ ト さ れない よ う に し ます。 pragma を loop_2 の本体に記述 し ます。
set_directive_loop_flatten -off foo/loop_2
#pragma HLS loop_flatten off
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408
set_directive_loop_merge
set_directive_loop_merge
説明
すべてのループ を 1 つのループに結合 し ます。
ループ を結合す る と 、 次が可能にな り ます。
•
ループ本文の イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン間の移行に RTL で必要な ク ロ ッ ク サ イ ク ル数を低減す る こ と がで き ま
す。
•
可能であればループ をパ ラ レルに イ ンプ リ メ ン ト で き ます。
ループ を マージす る 場合のルールは次の よ う にな っ てい ます。
•
ループの境界が変数の場合、 同 じ 値を設定 し てお く 必要があ り ます (同 じ 数の反復)。
•
ループの境界が定数の場合、 最大定数値がマージ さ れたループの境界 と し て使用 さ れます。
•
境界が変数のループ と 、 定数の も のを一緒にマージ さ せ る こ と はで き ません。
•
結合す る ループ間の コ ー ド は、 結合する こ と に よ る 悪影響が出ない よ う に し ます。 こ の コ ー ド は複数回実行 し て
も 常に同 じ 結果にな る よ う にす る 必要があ り ます
•
-
a=b は有効
-
a=a+1 は無効
ループに FIFO 読み出 し が含まれ る 場合は、 ループ同士を結合す る こ と はで き ません。 結合に よ り 読み出 し の順
番が変更 さ れて し ま う ためです。 FIFO か ら の読み出 し 、 ま たは FIFO イ ン タ ーフ ェ イ スは、 常にシーケ ン ス どお
り に実行 さ れ る 必要があ り ます。
構文
set_directive_loop_merge <location>
説明 :
•
<location> はループがあ る ロ ケーシ ョ ン (function[/label] フ ォーマ ッ ト ) です。
オプ シ ョ ン
-force
Vivado HLS で警告が出力 さ れて も 、 ループが結合 さ れ ま す。 結合 し たループが問題な く 動作す る か ど う かは、 ユー
ザーが確認す る 必要があ り ます。
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS loop_merge force
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409
set_directive_loop_merge
例
例1
関数 foo の連続す る すべてのループ を 1 つのループに結合 し ます。
set_directive_loop_merge foo
#pragma HLS loop_merge
例2
関数 foo のloop_2 の内側にあ る すべてのループ (loop_2 を除 く すべて) を -force オプシ ョ ン を使用 し て結合 し
ます。 pragma は loop_2 の本体に記述 し ます。
set_directive_loop_merge -force foo/loop_2
#pragma HLS loop_merge force
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410
set_directive_loop_tripcount
set_directive_loop_tripcount
説明
ループで実行 さ れ る 反復回数の合計を指定 し ます。 Vivado HLS は、 各ループの合計レ イ テ ン シ、 つま り ループのすべ
ての反復を実行す る ためのサ イ ク ル数を レ ポー ト し ます。 こ のループ レ イ テ ン シは ト リ ッ プカ ウ ン ト (ループ反復の
数) と い う わけです。
ト リ ッ プカ ウ ン ト は、 定数値にな る こ と も あ り ますが、 ループ式 (x<y な ど) で使用 さ れ る 変数の値や、 ループ内の制
御文に よ っ て変わ り ます。
Vivado HLS で ト リ ッ プカ ウ ン ト が決定で き ない こ と があ り ます。 た と えば、 ト リ ッ プカ ウ ン ト を決定す る のに使用 さ
れ る 変数が次のいずれかの場合に決定で き ません。
•
入力引数
•
ダ イ ナ ミ ッ ク 演算に よ り 計算 さ れ る 変数
こ の よ う な場合、 ループ レ イ テ ン シが未知の値にな る こ と があ り ます。
set_directive_loop_tripcount コ マ ン ド を使用す る と 、 ループの ト リ ッ プカ ウ ン ト の最小値、 平均値、 最大値
を指定で き 、 最適化を駆動す る デザ イ ン解析が実行 し やす く な り ます。 こ れに よ り 、 デザ イ ン レ イ テ ン シ全体にルー
プ レ イ テ ン シがど の程度占めてい る のか を レ ポー ト で確認する こ と がで き ます。
構文
set_directive_loop_tripcount [OPTIONS] <location>
説明 :
•
<location> は ト リ ッ プカ ウ ン ト が指定 さ れ る ループの ロ ケーシ ョ ン (function[/label] フ ォーマ ッ ト ) です。
オプ シ ョ ン
-avg <integer>
平均レ イ テ ン シ を指定 し ます。
-max <integer>
最大レ イ テ ン シ を指定 し ます。
-min <integer>
最小レ イ テ ン シ を指定 し ます。
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS loop_tripcount \
min=<int> \
max=<int> \
avg=<int>
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411
set_directive_loop_tripcount
例
関数 foo の loop_1 は、 次の よ う に指定 さ れてい ます。
•
最小 ト リ ッ プカ ウ ン ト 12
•
平均 ト リ ッ プカ ウ ン ト 14
•
最大 ト リ ッ プカ ウ ン ト 16
set_directive_loop_tripcount -min 12 -max 14 -avg 16 foo/loop_1
#pragma HLS loop_tripcount min=12 max=14 avg=16
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412
set_directive_occurrence
set_directive_occurrence
説明
関数ま たはループをパ イ プ ラ イ 処理す る と き 、 ロ ケーシ ョ ン の コ ー ド がそれを囲んでい る (外側にあ る ) 関数/ループ
の コ ー ド よ り も 速度が遅い レー ト で実行 さ れ る よ う に指定 し ます。
こ れで、 実行速度が遅い コ ー ド 部分が低速でパ イ プ ラ イ ン処理 さ れ る よ う にで き る ほか、 最上位パ イ プ ラ イ ン内で共
有で き る 可能性があ り ます。 次に例を示 し ます。
•
ループは N 回反復す る と し ます。
•
ループの一部が条件文で保護 さ れていて、 M 回 し か実行 さ れない と し ます ( こ の場合 N は M の整数倍数)。
•
条件文で保護 さ れてい る コ ー ド には、 N/M の実行が含まれ る と し ます。
N が初期間隔 II でパ イ プ ラ イ ン処理 さ れ る 場合、 条件文で保護 さ れてい る 関数/ループは、 次の よ う にな り ます。
•
こ れ よ り も 高い II の値でパ イ プ ラ イ ン化す る こ と がで き ます。
注記 : 低速です。 こ の コ ー ド の実行頻度は高 く あ り ません。
•
外側の速い レー ト の方のパ イ プ ラ イ ン内で よ り よ い共有が行われ る 可能性があ り ます。
こ う し た領域を識別す る と 、こ の領域の関数お よ びループが外側にあ る 関数/ループ よ り も 遅い初期間隔でパ イ プ ラ イ
ン処理 さ れ る よ う にな り ます。
構文
set_directive_occurrence [OPTIONS] <location>
説明 :
•
<location> は実行速度の遅い ロ ケーシ ョ ン を指定 し ます。
オプ シ ョ ン
-cycle <int>
N/M の実行頻度を指定 し ます。
•
N は囲んでい る 関数/ループの実行回数です。
•
M は条件文領域の実行回数です。
N は M の整数倍数であ る 必要があ り ます。
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS occurrence cycle=<int>
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413
set_directive_occurrence
例
関数 foo の領域 Cond_Region の実行頻度を 4 に指定 し ます。 囲んでい る コ ー ド よ り も 4 倍低速で こ の箇所が実行
さ れます。
set_directive_occurrence -cycle 4 foo/Cond_Region
#pragma HLS occurrence cycle=4
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414
set_directive_pipeline
set_directive_pipeline
説明
次の詳細を指定 し ます。
•
関数のパ イ プ ラ イ ン処理
•
ループのパ イ プ ラ イ ン処理
パ イ プ ラ イ ン処理 さ れた関数ま たはループは、 N サ イ ク ル (N は開始間隔 (II)) ご と に新 し い入力を処理で き ます。 デ
フ ォ ル ト の開始間隔は 1 で、 ク ロ ッ ク サ イ ク ルご と に新 し い入力が処理 さ れます。 –II オプシ ョ ン で開始間隔を指定
す る こ と も で き ます。
指定 し た開始間隔でデザ イ ン を作成で き ない場合は、 次が実行 さ れます。
•
警告 メ ッ セージが表示 さ れます。
•
最低限可能な開始間隔でデザ イ ンが作成 さ れます。
こ の後、 警告 メ ッ セージ を使用 し てデザ イ ン を解析 し 、 必要な開始間隔を満た し てデザ イ ン を作成す る ために ど の手
順が必要なのか を分析 し ます。
構文
set_directive_pipeline [OPTIONS] <location>
説明 :
•
<location> はパ イ プ ラ イ ン処理が実行 さ れ る ロ ケーシ ョ ン (function[/label] フ ォーマ ッ ト ) です。
オプ シ ョ ン
-II <integer>
パ イ プ ラ イ ンの開始間隔を指定 し ます。
Vivado HLS では、 デー タ の依存性に基づいて こ の要求を満たそ う と し ます。 実際の結果は、 こ の II よ り 大 き い間隔
にな り ます。
-enable_flush
パ イ プ ラ イ ンの入力が停止 し た と き に、 パ イ プ ラ イ ン段を一掃で き る パ イ プ ラ イ ンが イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
こ の機能を使用す る と 、 次が実行 さ れます。
•
追加で制御 ロ ジ ッ ク が イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
•
エ リ アは大 き く な り ます
•
こ の機能はオプシ ョ ンです。
-rewind
注記 : ループにのみ適用で き る オプシ ョ ンです。
巻 き 戻 し を イ ネーブルに し ます。 連続す る ループのパ イ プ ラ イ ン (1 つのループの繰 り 返 し の終わ り と 次の開始の間
に一時停止な し ) が イ ネーブルにな り ます。
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415
set_directive_pipeline
巻 き 戻 し は、最上位関数内に 1 つのループ し かない (ま たは完全なループ ネ ス ト があ る ) 場合にのみ効果的です。ルー
プ前の コ ー ド 部分は、 次の よ う にな り ます。
•
初期化 と し て認識 さ れます。
•
パ イ プ ラ イ ンで 1 度だけ実行 さ れます。
•
条件文 (if-else) は含む こ と がで き ません。
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS pipeline \
II=<int> \
enable_flush \
rewind
例
例1
関数 foo が開始間隔 1 でパ イ プ ラ イ ン処理 さ れます。
set_directive_pipeline foo
#pragma HLS pipeline
例2
関数 foo のループ loop_1 が開始間隔 4 でパ イ プ ラ イ ン処理 さ れます。 パ イ プ ラ イ ンが一掃 さ れます。
set_directive_pipeline -II 4 -enable_flush foo/loop_1
#pragma HLS pipeline II=4 enable_flush
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416
set_directive_protocol
set_directive_protocol
説明
コ ー ド の領域 (プ ロ ト コ ル領域) を指定す る も ので、 コ ー ド で明確に指定 し ていない限 り 、 Vivado HLS で ク ロ ッ ク 動
作が挿入 さ れます。
プ ロ ト コ ル領域は、 手動で イ ン タ ーフ ェ イ ス プ ロ ト コ ルを指定す る ために使用 し ます。 Vivado HLS では、 関数引数
か ら の読み出 し お よ び関数引数への書 き 込み も 含め、 動作間に ク ロ ッ ク は挿入 さ れません。 こ のため、 読み出 し お よ
び書 き 込みは RTL に従い ます。
ク ロ ッ ク 動作は、 次の よ う に指定で き ます。
•
ap_wait() 文 (ap_utils.h を含む) を使用する と C で指定で き ます。
•
wait() 文 (systemc.h を含む) を使用す る と C++ お よ び SystemC で も 指定で き ます。
ap_wait お よ び wait 文は、 それぞれ C お よ び C++ デザ イ ンのシ ミ ュ レーシ ョ ンには影響せず、 Vivado HLS でのみ
認識 さ れます。
C コ ー ド の領域は、 次の手順で作成で き ます。
1.
領域を波括弧 { } で囲む
2.
名前を付け る
次の例では、 io_section と い う 領域を定義 し てい ます。
io_section:{..lines of C code...}
構文
set_directive_protocol [OPTIONS] <location>
説明 :
•
<location> - 外部のプ ロ ト コ ル要件に対応 し て、 サ イ ク ルの正確な方法で イ ンプ リ メ ン ト さ れ る よ う に、 ロ ケー
シ ョ ン (function[/label] フ ォーマ ッ ト ) を指定 し ます。
オプ シ ョ ン
-mode (floating|fixed)
floating モー ド (デフ ォ ル ト ) では、 プ ロ ト コ ル領域外の文に対応す る コ ー ド が最終的な RTL のプ ロ ト コ ル文内で
重複で き る よ う にな り ます。 プ ロ ト コ ル領域のサ イ ク ルは正確な ま ま ですが、 その他の動作は同時に発生で き ます。
fixed モー ド の場合は、 重複がない よ う にな り ます。
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS protocol \
<floating, fixed>
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417
set_directive_protocol
例
関数 foo の領域 io_section を fixed プ ロ ト コ ル領域 と し て定義 し ます。pragma は領域 io_section の中に記述 し
ます。
set_directive_protocol -mode fixed foo/io_section
#pragma HLS protocol fixed
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418
set_directive_reset
set_directive_reset
説明
特定の ス テー ト 変数 (グ ロ ーバルま たは ス タ テ ィ ッ ク ) の リ セ ッ ト を追加ま たは削除 し ます。
構文
set_directive_reset [OPTIONS] <location> <variable>
オプ シ ョ ン
<location> <string>
<location> は変数が定義 さ れ る 箇所 (function[/label] フ ォーマ ッ ト ) です。
<variable> <string>
<variable> は指示子が適用 さ れ る 変数です。
<variable> <string> -off
•
-off を指定す る と 、 指定 し た変数に対 し て リ セ ッ ト が生成 さ れません。
•
-off を指定 し ない場合、 指定 し た変数に対 し て リ セ ッ ト が生成 さ れます。
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の変数の ラ イ フ サ イ ク ルの境界内に pragma を挿入する 必要があ り ます。
#pragma HLS reset variable=a off
例
例1
グ ロ ーバル リ セ ッ ト 設定が none ま たは control の場合で も 、 関数 foo の変数 static int a に リ セ ッ ト を追加
し ます。
set_directive_reset foo a
#pragma HLS reset variable=a
例2
グ ロ ーバル リ セ ッ ト 設定が state ま たは all の場合で も 、関数 foo の変数 static int a か ら リ セ ッ ト を削除 し
ます。
set_directive_reset -off foo a
#pragma HLS reset variable=a off
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419
set_directive_resource
set_directive_resource
説明
特定の ラ イ ブ ラ リ リ ソ ース ( コ ア) が RTL で変数を イ ンプ リ メ ン ト す る ために使用 さ れ る よ う に し ます。 変数は、 次
のいずれかにな り ます。
•
アレ イ
•
演算式
•
関数の引数
Vivado HLS では、現在読み込まれてい る ラ イ ブ ラ リ で使用可能な コ ア を使用 し て、 コ ー ド に動作が イ ンプ リ メ ン ト さ
れ ます。 変数の イ ン プ リ メ ン ト に ラ イ ブ ラ リ の複数の コ ア を使用で き る 場合、 set_directive_resource コ マ ン
ド で ど の コ ア を使用す る か指定 し ます。 コ アの リ ス ト は、「高位合成の コ ア」 セ ク シ ョ ンに含まれ る ほか、list_core
コ マ ン ド を使用す る と 使用可能な コ アがすべて リ ス ト さ れます。 リ ソ ース を指定 し ない場合は、Vivado HLS で ど の リ
ソ ース を使用す る かが指定 さ れます。
set_directive_resource は、 ラ イ ブ ラ リ の ど の メ モ リ エ レ メ ン ト を使用 し て ア レ イ を イ ンプ リ メ ン ト する か指
定す る ために最 も よ く 使用 さ れます。 こ れに よ り 、た と えば、ア レ イ を シ ン グル ポー ト RAM と デ ュ アル ポー ト RAM
の ど ち ら と し て イ ンプ リ メ ン ト す る か を指定で き ます。RTL のポー ト はア レ イ に関連付け ら れた メ モ リ に よ っ て決ま
る ので、 こ れは最上位関数 イ ン タ ーフ ェ イ ス のア レ イ に特に重要な方法です。
C の場合は -std=c99 を、 C お よ び C++ の場合は -fno-builtin を使用する こ と をお勧め し ます。
固定小数点の数学関数
固定小数点の数学関数 も 提供 さ れてい ます。 固定小数点の イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ンは、 float ま たは double 型で使用
さ れ る の と 同 じ hls_math.h ラ イ ブ ラ リ を使用 し て呼び出す こ と がで き ます。 固定小数点型の場合、 関数値の精度は少
し 落ち ますが、 RTL イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンは よ り 小 さ く 高速にな り ます。
固定小数点型の関数は、 float 型の変数を使用 し た関数に代わ る も のなので、 32 ビ ッ ト の入力 と 戻 り 値に固定 さ れ ま
す。 整数ビ ッ ト 数は、 32 ま での値にで き ます。
固定小数点でサポー ト さ れ る 数学関数の リ ス ト は、 表 4-1 を参照 し て く だ さ い。
表 4‐1 : 32 ビ ッ ト 固定小数点を イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン し た数学関数
関数
サポー ト さ れる型
精度 (ULP)
イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン形式
cos
ap_fixed<32,I>
28-29
合成済み
sin
ap_fixed<32,I>
28-29
合成済み
sqrt
ap_fixed<32,I>
28-29
合成済み
構文
set_directive_resource -core <string> <location> <variable>
説明 :
•
<location> は変数のあ る ロ ケーシ ョ ン (function[/label] フ ォーマ ッ ト ) です。
•
<variable> は変数です。
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420
set_directive_resource
オプ シ ョ ン
-core <string>
テ ク ノ ロ ジ ラ イ ブ ラ リ で定義 さ れてい る の と 同 じ よ う に、 コ アの名前を指定 し ます。
-port_map <string>
IP 生成フ ロ ーを使用 し てポー ト マ ッ プ を指定す る ために使用す る オプシ ョ ン で、 ア ダプ タ ーのポー ト を使用 し てデ
ザ イ ンにポー ト がマ ッ プ さ れます。
<string> は、 デザ イ ン ポー ト お よ びア ダプ タ ー ポー ト の Tcl リ ス ト です。
-metadata <string>
IP 生成フ ロ ーを使用す る 際にバス オプシ ョ ン を指定す る オプシ ョ ンです。
<string> バ ス操作指示子が ク ォーテーシ ョ ンで囲まれた リ ス ト です。
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS resource \
variable=<variable> \
core=<core>
例
例1
変数 coeffs[128] は最上位関数の foo_top に対す る 引数です。 こ の指示子に よ り 、 coeffs が ラ イ ブ ラ リ か ら の
RAM_1P コ ア を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ る よ う に指定 さ れます。coeffs の値にア ク セ スす る ために RTL で作成
さ れ る ポー ト が、 RAM_1P コ アで定義 さ れ る も のにな り ます。
set_directive_resource -core RAM_1P foo_top coeffs
#pragma HLS resource variable=coeffs core=RAM_1P
例2
関数 foo に Result=A*B と い う コ ー ド があ る と し ます。 こ こ では、 Mul2S と い う 2 段のパ イ プ ラ イ ン乗算器 コ ア を
使用 し て乗算が イ ンプ リ メ ン ト さ れ る よ う に指定 し ます。
set_directive_resource -core Mul2S foo Result
#pragma HLS resource variable=Result core=Mul2S
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421
set_directive_stream
set_directive_stream
説明
デフ ォ ル ト では、 ア レ イ 変数は RAM メ モ リ と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
•
最上位関数のア レ イ パ ラ メ ー タ ーは RAM イ ン タ ーフ ェ イ ス ポー ト と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
•
一般ア レ イ は、 読み出 し お よ び書 き 込みア ク セ ス用に RAM と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
•
デー タ フ ロ ー最適化に関連 し た下位関数では、 ア レ イ 引数は RAM の pingpong バ ッ フ ァ ー チ ャ ネルを使用 し て
イ ンプ リ メ ン ト さ れます。
•
ループ ベース のデー タ フ ロ ー最適化に関連 し た ア レ イ は RAM の pingpong バ ッ フ ァ ー チ ャ ネルを使用 し て イ ン
プ リ メ ン ト さ れます。
ア レ イ に保存 さ れてい る デー タ が順次に入力ま たは出力 さ れ る 場合は、RAM ではな く FIFO が使用 さ れ る ス ト リ ー ミ
ン グ デー タ を使用す る ほ う が効率的です。
最上位関数の引数の イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プが ap_fifo に指定 さ れてい る と き は、 ア レ イ は ス ト リ ー ミ ン グであ る
と 判別 さ れます。
構文
set_directive_stream [OPTIONS] <location> <variable>
説明 :
•
<location> はア レ イ 変数を含む ロ ケーシ ョ ン (function[/label] の フ ォーマ ッ ト ) です。
•
<variable> は FIFO と し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ る ア レ イ 変数です。
オプ シ ョ ン
-depth <integer>
注記 : デー タ フ ロ ー チ ャ ネルのア レ イ ス ト リ ー ミ ン グにのみ関連 し てい ます。
config_dataflow コ マ ン ド で (グ ロ ーバルに) 指定 さ れたデフ ォ ル ト の FIFO の深 さ を上書 き し ます。
-off
注記 : デー タ フ ロ ー チ ャ ネルのア レ イ ス ト リ ー ミ ン グにのみ関連 し てい ます。
config_dataflow
-default_channel
fifo
コ マ ン ド を 使用す る と 、 デ ザ イ ン 全体 の ア レ イ に
set_directive_stream がグ ロ ーバルに適用 さ れます。 こ のオプシ ョ ン を使用す る と 、 特定ア レ イ で ス ト リ ー ミ ン
グ を オ フ にで き ます (RAM の pingpong バ ッ フ ァ ー ベース チ ャ ネルが ま たデフ ォ ル ト で使用 さ れ る よ う にな り ます)。
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS stream
variable=<variable> \
off \
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422
set_directive_stream
depth=<int>
例
例1
set_directive_stream foo A
#pragma HLS STREAM variable=A
関数 foo のア レ イ A[10] を ス ト リ ー ミ ン グに し 、 FIFO と し て イ ンプ リ メ ン ト し ます。
例2
set_directive_stream -depth 12 foo/loop_1 B
#pragma HLS STREAM variable=B depth=12
関数 foo の loop_1 と い う ループにあ る ア レ イ B が深 さ 12 の FIFO で ス ト リ ー ミ ン グ さ れ る よ う に設定 し ます。I こ
の場合、 pragma は loop_1 内に挿入す る 必要があ り ます。 .
例3
set_directive_stream -off foo C
#pragma HLS STREAM variable=C off
ア レ イ C の ス ト リ ー ミ ン グがデ ィ ス エーブルにな り ます。 こ の例では config_dataflow で イ ネーブルにな る と 想
定 し てい ます。
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423
set_directive_top
set_directive_top
説明
関数に名前を付け ます。 こ れで、 こ の名前が set_top コ マ ン ド に使用で き ます。
こ れは通常 C++ の ク ラ ス の メ ンバー関数を合成す る ために使用 さ れます。
推奨 : 指示子は、ア ク テ ィ ブ ソ リ ュ ーシ ョ ンで指定 し ます。こ の後、その新 し い名前を set_top コ マ ン ド で使用 し ます。
構文
set_directive_top [OPTIONS] <location>
説明 :
•
<variable> は名前が変更 さ れ る 関数です。
オプ シ ョ ン
-name <string>
set_top コ マ ン ド で使用 さ れ る 名前を指定 し ます。
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS top \
name=<string>
例
例1
関数 foo_long_name の名前を DESIGN_TOP に変更 し 、 最上位 と し て指定 し ます。
コ ー ド 内に pragma が置かれ る 場合で も 、 set_top コ マ ン ド を含め る 必要があ り ます。 ま たは、 GUI のプ ロ ジ ェ ク ト
設定で最上位を指定す る 必要があ り ます。
set_directive_top -name DESIGN_TOP foo_long_name
#pragma HLS top name=DESIGN_TOP
set_top DESIGN_TOP
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424
set_directive_unroll
set_directive_unroll
説明
ループ本文の コ ピーを複数作成す る こ と でループを変換 し ます。
ループは、 ループ変換で指定 さ れてい る 反復回数分実行 さ れます。 反復の回数は、 ループ本文内の ロ ジ ッ ク に よ っ て
も 変わ り ます (ループ終了変数へのブ レー ク や変更な ど)。ループは RTL に ロ ジ ッ ク のブ ロ ッ ク に よ り イ ンプ リ メ ン ト
さ れます。 こ のブ ロ ッ ク はループ本文を表 し 、 同 じ 反復回数分実行 さ れます。
set_directive_unroll コ マ ン ド を使用す る と 、 ループ を完全に展開す る こ と がで き 、 RTL にループ反復回数 と
同 じ 数のループ本文の コ ピーを作成で き ます。 ま たは、 ループ を係数 N で部分的に展開 し 、 N 数のループ本文の コ
ピーを作成 し 、 それに応 じ てループ反復数を調整す る こ と がで き ます。
部分展開に使用 さ れ る 係数 N が元のループ反復数の整数倍数でない場合は、ループ本文の展開 さ れた箇所の終わ り ご
と に元の終了条件をチ ェ ッ ク す る 必要があ り ます。
ループ を完全に展開す る には、 ループの境界が コ ンパ イ ル時に認識 さ れ る 必要があ り ます。 こ れは部分展開には必要
あ り ません。
構文
set_directive_unroll [OPTIONS] <location>
説明 :
•
<location> は展開す る ループの ロ ケーシ ョ ン (function[/label] フ ォーマ ッ ト ) を指定 し ます。
オプ シ ョ ン
-factor <integer>
部分展開が リ ク エ ス ト さ れた こ と を示すゼ ロ 以外の整数値を指定 し ます。
ループ本文は、 こ の数値で指定 さ れた回数分繰 り 返 さ れ、 反復 も それに応 じ て調整 さ れます。
-region
ループ内にあ る すべてのループ を展開 し ますが、 それを含む外側のループそ う の も のは展開 さ れません。
次は、 その具体例です。
•
ループ loop_1 内には loop_2 お よ び loop_3 と い う ループが同 じ レベルにあ り ます。
•
指定す る ループ (loop_1な ど) は コ ー ド 内の領域ま たは ロ ケーシ ョ ンで も あ り ます。
•
コ ー ド のセ ク シ ョ ンは、 { }.か っ こ で囲まれます。
•
UNROLL 指示子が <function>/loop_1 ロ ケーシ ョ ンに指定 さ れてい る 場合、 loop_1 が展開 さ れます。
-region オプシ ョ ン を使用す る と 、 指定 し た領域を含むループにのみ適用 さ れ ます。 こ れは、 次の よ う な結果にな
り ます。
•
loop_1 は展開 さ れません。
•
loop_1 の内側にあ る すべてのループ (loop_2 お よ び loop_3) が展開 さ れます。
-skip_exit_check
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425
set_directive_unroll
係数が指定 さ れてい る 場合 (部分展開) にのみ、 こ のオプシ ョ ンは有効です。
•
固定境界
反復回数が係数の倍数であ る 場合は、 終了条件がチ ェ ッ ク さ れません。
反復カ ウ ン ト が係数の整数倍数でない場合は、 次の よ う にな り ます。
•
°
展開は さ れません。
°
処理を続行す る には終了チ ェ ッ ク を実行す る 必要があ る こ と を示す警告 メ ッ セージが表示 さ れます。
可変境界
終了条件チ ェ ッ ク が削除 さ れます。 次を確認 し て く だ さ い。
°
可変境界が係数の整数倍数であ る
°
終了チ ェ ッ ク が不要であ る
プ ラ グマ
C ソ ース コ ー ド の必要な ロ ケーシ ョ ンの境界内に pragma を挿入す る 必要があ り ます。
#pragma HLS unroll \
skip_exit_check \
factor=<int> \
region
例
例1
関数 foo のループ L1 を展開 し ます。 pragma は L1 の本体に記述 し ます。
set_directive_unroll foo/L1
#pragma HLS unroll
例2
関数 foo のループ L2 の展開係数を 4 に指定 し ます。 最終チ ェ ッ ク を削除 し ます。
pragma は L2 本体に記述 し ます。
set_directive_unroll -skip_exit_check -factor 4 foo/L2
#pragma HLS unroll skip_exit_check factor=4
例3
関数 foo のループ L3 内のループがすべて展開 さ れますが、 ループ L3 自体は展開 さ れません。
-region オプシ ョ ンでは、ループ ラ ベルではな く 、ループを囲む領域 と し て考慮 さ れ る ロ ケーシ ョ ン を指定 し ます。
set_directive_unroll -region foo/L3
#pragma HLS unroll region
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426
set_part
set_part
説明
現在の ソ リ ュ ーシ ョ ンの タ ーゲ ッ ト デバ イ ス を設定 し ます。
こ の コ マ ン ド はア ク テ ィ ブ ソ リ ュ ーシ ョ ンの コ ン テ ン ツ でのみ実行 さ れます。
構文
set_part <device_specification>
説明 :
•
< device_specification> は Vivado HLS での合成お よ び イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンの タ ーゲ ッ ト デバ イ ス を設定す る
デバ イ ス仕様です。
•
<device_family> はフ ァ ミ リ 内のデフ ォ ル ト デバ イ ス を使用す る デバ イ ス フ ァ ミ リ 名です。
•
<device><package><speed_grade> デバ イ ス、 パ ッ ケージ、 ス ピー ド グ レー ド 情報を含む タ ーゲ ッ ト デバ イ ス名で
す。
オプ シ ョ ン
-tool (auto|ise|vivado)
タ ーゲ ッ ト RTL 合成ツールを指定 し ます。
•
•
•
vivado を選択す る と 、 Vivadl HLS では次が実行 さ れます。
°
最新の Vivado Design Suite リ リ ース でサポー ト さ れ る IP コ アすべてが使用 さ れます。
°
RTL 合成は Vivado ツールを使用 し て実行 さ れます。
ise を選択す る と 、 Vivadl HLS では次が実行 さ れます。
°
最新の ISE リ リ ース でサポー ト さ れ る IP コ アすべてが使用 さ れます。
°
RTL 合成に ISE を使用で き ます。
auto (デフ ォ ル ト ) を選択す る と 、 次が実行 さ れます。
°
Zynq お よ び 7 シ リ ーズ FPGA デバ イ ス (お よ び こ れ以降) には Vivado ツールが使用 さ れます。
°
その他すべてのデ (Virtex-6 シ リ ーズお よ びそれ以前のデバ イ ス) には ISE が使用 さ れます。
重要 : こ の オ プ シ ョ ン は、 IP パ ッ ケ ー ジ に 影響 し ま す。 Vivado を タ ー ゲ ッ ト に し た デ ザ イ ン は、 Pcore ま た は
Sysgen-ISE の IP と し てはエ ク ス ポー ト で き ません。
pragma
同等の pragma はあ り ません。
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427
set_part
例
例1
Vivado HLS に含まれ る FPGA ラ イ ブ ラ リ は、次の例に示す よ う に、デバ イ ス フ ァ ミ リ 名を指定す る と 現在の ソ リ ュ ー
シ ョ ンに追加で き ます。 こ の場合、 こ のデバ イ ス フ ァ ミ リ に対 し て Vivado HLS の FPGA ラ イ ブ ラ リ で指定 さ れた
デフ ォ ル ト のデバ イ ス、 パ ッ ケージお よ びス ピー ド グ レー ド が使用 さ れます。
set_part virtex6
例2
Vivado HLS に含まれ る FPGA ラ イ ブ ラ リ は、 特定のデバ イ ス をパ ッ ケージお よ びス ピー ド グ レー ド 情報を使用 し て
指定す る こ と も で き ます。
set_part xc6vlx240tff1156-1
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428
set_top
set_top
説明
合成 さ れ る 最上位関数を定義 し ます。
こ の関数で呼び出 さ れ る 関数 も すべてデザ イ ンの一部にな り ます。
構文
set_top <top>
説明 :
•
<variable> は合成 さ れ る 関数です。
プ ラ グマ
同等の pragma はあ り ません。
例
例1
最上位関数を foo_top と し て設定 し ます。
set_top foo_top
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429
‐tool
‐tool
説明
RTL 出力を合成す る のに使用す る RTL 合成ツールを指定で き ます。
ザ イ リ ン ク ス浮動小数点 LogiCORE な ど のザ イ リ ン ク ス IP の正 し いバージ ョ ンが RTL を作成す る ために使用 さ れ る
よ う にな り ます。 Vivado HLS で使用 さ れ る IP のバージ ョ ンは RTL 合成ツールでサポー ト さ れ る バージ ョ ン と 同 じ で
あ る 必要があ り ます。
注記 : こ のオプシ ョ ンは、 export_design コ マ ン ド に影響 し ます。 た と えば、 合成に ISE を使用 し たデザ イ ンは Vivado
IP カ タ ロ グにはエ ク ス ポー ト で き ません。
構文
-tool (auto | ise | vivado)
•
•
auto (デフ ォ ル ト )
°
7 シ リ ーズ以降のデバ イ ス の場合は Vivado Design Suite が使用 さ れます。
°
その他のデバ イ ス の場合はザ イ リ ン ク ス ISE が使用 さ れます。
ise
°
•
RTL の合成には ISE が使用 さ れます。
vivado
°
RTL の合成には Vivado Design Suite が使用 さ れます。
リ フ ァ レンス コマン ド
イ ン タ ー フ ェ イ ス合成 リ フ ァ レ ン ス
ap_ctrl_none、 ap_ctrl_hs、 ap_ctrl_chain
イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プ ap_ctrl_none、 ap_ctrl_hs お よ び ap_ctrl_chain は、 RTL をブ ロ ッ ク レベル ハン ド シ ェ イ ク 信
号 と 共に イ ンプ リ メ ン ト す る か ど う か を指定 し ます。 ブ ロ ッ ク レベルのハン ド シ ェ イ ク 信号は、 デザ イ ン で標準の操
作を開始で き る 状態にな っ た こ と と 、 操作が終了 し た こ と を示 し ます。 こ れ ら の イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プは、 関数ま
たは関数 リ タ ーンに指定 し ます。
図 4-3 に、 ap_ctrl_hs を関数に指定 し た場合に生成 さ れ る RTL ポー ト と 動作を示 し ます。 こ れがデフ ォ ル ト です。 こ
の例では、 関数で return 文を使用 し て値が返 さ れ る ので、 RTL デザ イ ン に出力ポー ト ap_return が作成 さ れ ます。 関
数に return 文がなければ、 こ のポー ト は作成 さ れません。
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430
イ ン タ ー フ ェ イ ス合成 リ フ ァ レ ン ス
X-Ref Target - Figure 4-3
図 4‐3 : ap_ctrl_hs イ ン タ ー フ ェ イ スの例
ap_ctrl_chain イ ン タ ーフ ェ イ ス モー ド は、 ap_ctrl_hs と 類似 し てい ますが、 補足のために入力信号 ap_continue が追加
さ れてい る 点が異な り ます。 Vivado HLS ブ ロ ッ ク 同士を接続する 際は、こ の イ ン タ ーフ ェ イ ス モー ド の使用をお勧め
し ます。 ap_ctrl_hs お よ び ap_ctrl_chain のプ ロ ト コ ルについては、 次に説明 し ます。
ap_ctrl_none を指定す る と 、 図 4-3 に示すハン ド シ ェ イ ク 信号ポー ト (ap_start、 ap_idle、 お よ び ap_done) は作成 さ れ
ず、 ブ ロ ッ ク を cosim_design 機能で検証す る こ と はで き ません。
図 4-4 に、 イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プ ap_ctrl_hs で作成 さ れたブ ロ ッ ク レベルのハン ド シ ェ イ ク 信号の動作を示 し 、 そ
の後にそれ ら の動作を解説 し ます。
X-Ref Target - Figure 4-4
図 4‐4 : ap_ctrl_hs イ ン タ ー フ ェ イ スのビヘ イ ビ ア
リ セ ッ ト 後、 動作は次の よ う にな り ます。
•
ap_start が High にな る と ブ ロ ッ ク が操作を開始 し ます。
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イ ン タ ー フ ェ イ ス合成 リ フ ァ レ ン ス
•
ap_start 信号は、 ap_ready 信号に よ り デザ イ ンが新 し い入力 ap_start を受信可能な状態にな っ た こ と が示 さ れ る ま
で High の ま ま であ る 必要があ り ます。 Low にな る か、 High の ま ま であ る と 、 別の ト ラ ンザ ク シ ョ ンが開始 さ れ
ます。
•
ap_start 出力が High にな る と 、 ap_idle が Low にな り ます。
•
こ れで、 入力ポー ト か ら デー タ を読み出せ る よ う にな り ます。
°
•
•
ブ ロ ッ ク ですべての操作が完了す る と 、 戻 り 値が ap_return ポー ト に書 き 込まれます。
°
関数 リ タ ーンがない場合は、 RTL ブ ロ ッ ク に no ap_return ポー ト はあ り ません。
°
その他の出力は、 ブ ロ ッ ク が完了す る ま で任意に書 き 出 さ れ、 こ の I/O プ ロ ト コ ルか ら は独立 し てい ます。
ブ ロ ッ ク の操作が完了す る と 、 ap_done 出力が High にな り ます。
°
•
最初の入力デー タ は、 ap_idle が Low にな っ た後の最初の ク ロ ッ ク エ ッ ジでサンプ リ ン グ さ れます。
デザ イ ンが新 し い入力を受信可能な状態にな る と 、 ap_ready 信号が High にな り ます。 パ イ プ ラ イ ン処理の
ないデザ イ ンの場合、 こ の信号は ap_done と 同時にアサー ト さ れます。 こ の段階で、 ap_start が Low にな る
か、 High の ま ま であ る と 、 新 し い ト ラ ンザ ク シ ョ ンが開始 さ れます。
°
ap_return ポー ト があ る 場合、 こ のポー ト の値は ap_done が High な っ た と き に有効にな り ます。
°
ap_done 信号は、 関数の戻 り 値 (ap_return ポー ト の出力) が有効であ る こ と を示すために使用で き ます。
ap_idle 信号は、 ap_done が High にな っ た 1 サ イ ク ル後に High にな り 、 次に ap_start が High にな り 、 ブ ロ ッ ク が
操作を開始す る こ と が示 さ れ る ま で、 High の ま ま にな り ます。
ap_done が High にな っ た と き に ap_start 信号が High の場合は、 次の よ う にな り ます。
•
ap_idle 信号は Low の ま ま にな り ます。
•
ブ ロ ッ ク は次の実行 (次の ト ラ ンザ ク シ ョ ン) を即座に開始 し ます。
•
次の入力は、 次の ク ロ ッ ク エ ッ ジで読み出 さ れます。
Vivado HLS ではパ イ プ ラ イ ン処理がサポー ト さ れてお り 、 現在の ト ラ ン ザ ク シ ョ ン が終了す る 前に次の ト ラ ン ザ ク
シ ョ ン を 開始で き ま す。 こ の場合、 ブ ロ ッ ク で最初の ト ラ ン ザ ク シ ョ ン が完了す る 前に新 し い入力 を 受信で き 、
ap_done は High にな り ます。
関数がパ イ プ ラ イ ン処理 さ れてい る 場合、 ま たは最上位ループが -rewind オプシ ョ ンでパ イ プ ラ イ ン処理 さ れてい る
場合、 ap_ready 信号は ap_done よ り も 前に High にな り 、 次の ト ラ ンザ ク シ ョ ン を開始す る か ど う かは、 現在の ト ラ
ン ザ ク シ ョ ン が完了す る 前に決定で き ま す。 こ の段階で、 パ イ プ ラ イ ン に既に存在す る デー タ を 取得す る には、
-enable_flush オプシ ョ ンにパ イ プ ラ イ ン指示子を付けて実行 し ます。
ap_ctrl_chain イ ン タ ーフ ェ イ ス プ ロ ト コ ルは ap_ctrl_hs と 類似 し てい ますが、 ap_continue ポー ト が追加 さ れてい る 点
が異な り ます。 ap_continue 信号が Low にな る と 、 デー タ を消費す る ダ ウ ン ス ト リ ーム ブ ロ ッ ク が新 し いデー タ を受
信で き る 状態ではない こ と を意味 し ます。
ap_continue が Low にな る と 、現在の ト ラ ンザ ク シ ョ ンの最終ス テー ト に到達 し た と き にデザ イ ンは停止 し ます。 出力
デー タ は イ ン タ ーフ ェ イ ス に出力 さ れ、 ap_done 信号が High にな り 、 デザ イ ンは ap_continue が High にな る ま で こ の
ス テー ト の ま ま にな り ます。 こ れは、 図 4-5 に示 し ます。
注記 : パ イ プ ラ イ ン処理 さ れたデザ イ ンの場合は、 現在の ト ラ ンザ ク シ ョ ン の終わ り が ap_continue が Low にな っ た
すぐ後の次の ク ロ ッ ク サ イ ク ルで発生する こ と に注意 し て く だ さ い (デザ イ ンが 1 の スループ ッ ト でパ イ プ ラ イ ン さ
れ る 場合)。
こ の信号に よ り 、 ダ ウ ン ス ト リ ーム ブ ロ ッ ク でデー タ が こ れ以上生成 さ れない よ う にで き ます。
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イ ン タ ー フ ェ イ ス合成 リ フ ァ レ ン ス
X-Ref Target - Figure 4-5
図 4‐5 : ap_ctrl_chain イ ン タ ー フ ェ イ スのビ ヘ イ ビ アー
注記 : ap_done が High にな っ た と き に確実に有効なデー タ は、ap_return ポー ト の値です。 こ のポー ト は、関数で return
文を使用 し て値を戻す場合にのみ存在 し ます。
ト ラ ンザ ク シ ョ ン が終了 し て ap_done が High にな っ た と き に、 デザ イ ン のその他の出力 も 有効であ る 可能性があ り
ますが、必ず し も 有効であ る と は限 り ません。出力ポー ト に対応す る Valid 信号が必要な場合は、 こ の後説明す る ポー
ト レベルの I/O プ ロ ト コ ルで指定す る 必要があ り ます。
ap_none
ap_none イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プは最 も 単純な イ ン タ ーフ ェ イ ス で、 ほかの信号はあ り ません。 入力信号に も 出力信
号に も 、 デー タ の読み出 し ま たは書 き 込みがいつ実行 さ れてい る か を示す制御ポー ト はあ り ません。 RTL デザ イ ンに
含まれ る ポー ト は、 ソ ース コ ー ド で指定 さ れてい る も のだけです。
ap_none イ ン タ ーフ ェ イ ス では追加のハー ド ウ ェ ア オーバーヘ ッ ド はあ り ませんが、 送信ブ ロ ッ ク で適切な時間に入
力ポー ト にデー タ を供給 し 、 ト ラ ンザ ク シ ョ ン中 (デザ イ ンが完了する ま で) 保持す る 必要があ り 、 受信ブ ロ ッ ク で適
切な時間に出力ポー ト を読み出す必要があ り ます。 そのため、 イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プ ap_none が出力に指定 さ れた
デザ イ ンは、 cosim_design 機能を使用 し て自動的に検証する こ と はで き ません。
ap_none イ ン タ ーフ ェ イ ス は、 図 1-36 に示す よ う に、 ア レ イ 引数では使用で き ません。
ap_stable
ap_stable イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プは、ap_none と 同様に、デザ イ ンに イ ン タ ーフ ェ イ ス制御ポー ト は追加 さ れません。
ap_stable タ イ プは、 ポー ト が通常の操作中は安定 し てい る が、 最適化 さ れ る 可能性のあ る 低数値ではな く 、 ポー ト に
レ ジ ス タ を付け る 必要がない こ と を指定 し ます。
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イ ン タ ー フ ェ イ ス合成 リ フ ァ レ ン ス
ap_stable タ イ プは、通常 コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン デー タ を供給す る ポー ト に使用 さ れます。 コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン
デー タ は変化す る 必要があ り ますが、 通常の操作では変化 し ません。 コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン デー タ は、 通常 リ セ ッ
ト 中ま たは リ セ ッ ト 前にのみ変化 し ます。
ap_stable タ イ プは、 入力ポー ト のみに適用で き ます。 入出力ポー ト に適用す る と 、 ポー ト の入力部分のみが安定 し て
い る と 想定 さ れます。
ap_hs (ap_ack、 ap_vld、 および ap_ovld)
ap_hs イ ン タ ーフ ェ イ ス では、 デー タ が使用 さ れた こ と を示す ACK 信号 と デー タ が読み出 さ れた こ と を示す Valid 信
号が使用 さ れます。 こ の イ ン タ ーフ ェ イ ス は、 ap_ack、 ap_vld、 お よ び ap_ovld の スーパーセ ッ ト です。
•
イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プ ap_ack では、 ACK 信号のみが提供 さ れます。
•
イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プ ap_vld では、 Valid 信号のみが提供 さ れます。
•
イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プ ap_ovld では Valid 信号のみが提供 さ れ、 出力ポー ト ま たは入出力ポー ト の出力部分の
みに適用 さ れます。
図 4-6 に、 入力ポー ト と 出力ポー ト で ap_hs イ ン タ ーフ ェ イ ス が ど の よ う に動作す る か を示 し ます。 こ の例では、 入
力ポー ト 名は in、 出力ポー ト 名は out です。
注記 : 制御信号には、 元のポー ト 名に基づいて自動的に名前が付け ら れます。 た と えば、 入力ポー ト in の Valid ポー
ト は in_vld です。
X-Ref Target - Figure 4-6
図 4‐6 : ap_hs イ ン タ ー フ ェ イ スの動作
入力は、 次の よ う にな り ます。
•
リ セ ッ ト 後 ap_start が High にな る と 、 ブ ロ ッ ク が通常の操作を開始 し ます。
•
入力ポー ト が読み出 さ れ る と き に in_vld 入力が Low の場合、 デザ イ ンは停止 し 、 in_vld 入力が High にな っ て新
し い入力値が有効であ る こ と が示 さ れ る ま で待機 し ます。
•
in_vld 入力が High にな る と す ぐ に、 in_ack 出力が High にな り 、 デー タ が読み出 さ れた こ と が示 さ れます。
出力は、 次の よ う にな り ます。
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イ ン タ ー フ ェ イ ス合成 リ フ ァ レ ン ス
•
リ セ ッ ト 後 ap_start が High にな る と 、 ブ ロ ッ ク が通常の操作を開始 し ます。
•
出力ポー ト への書 き 込みが実行 さ れ る と 、 同時に out_vld 出力信号が High にな り 、 ポー ト に有効なデー タ が存在
す る こ と が示 さ れます。
•
out_ack 入力が Low の場合、 デザ イ ンが停止 し 、 out_ack 入力が High にな る ま で待機 し ます。
•
out_ack 入力が High にな る と 、 次の ク ロ ッ ク エ ッ ジで out_vld 出力が Low にな り ます。
ap_hs イ ン タ ーフ ェ イ ス を使用す る デザ イ ンは cosim_design で検証で き る ので、 柔軟な開発プ ロ セ ス が可能 と な り 、
ボ ト ム ア ッ プお よ び ト ッ プダ ウ ンの設計フ ロ ーの両方が使用で き ます。 ブ ロ ッ ク 間の通信は双方向のハン ド シ ェ イ ク
に よ り 安全に実行で き 、 正 し い操作のために手動の操作や前提は必要あ り ません。
ap_hs イ ン タ ーフ ェ イ ス は安全な イ ン タ ーフ ェ イ ス プ ロ ト コ ルですが、 2 つのポー ト と 関連の制御 ロ ジ ッ ク が必要 と
な り ます。
ap_ack イ ン タ ーフ ェ イ ス では、 ACK ポー ト のみが合成 さ れます。
•
入力引数に指定す る と 、 出力 ACK ポー ト が生成 さ れ、 入力が読み出 さ れ る サ イ ク ルで High にな り ます。
•
出力引数に指定す る と 、 入力 ACK ポー ト と な り ます。
°
°
書 き 込み操作後、 デザ イ ンは停止 し 、 ACK 入力 が High にな っ て出力が受信ブ ロ ッ ク に よ り 読み出 さ れた こ
と が示 さ れ る ま で待機 し ます。
ただ し 、 デー タ が使用可能であ る こ と を示す出力ポー ト はあ り ません。
出力ポー ト で ap_ack イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プ を指定する 場合は、 注意が必要です。 出力ポー ト に ap_ack を使用す る
デザ イ ンは、 cosim_design で検証で き ません。
イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プ ap_vld を指定す る と 、 RTL デザ イ ンに関連の Valid ポー ト が追加 さ れます。
•
出力引数に指定す る と 、 出力 Valid ポー ト が生成 さ れ、 出力 ポー ト のデー タ が有効にな っ た こ と を示 し ます。
注記 : 入力引数に指定 し た場合、 こ の Valid ポー ト は ap_hs で イ ンプ リ メ ン ト さ れ る Valid ポー ト と は動作が異な
り ます。
•
ap_vld を入力ポー ト に使用す る と (出力 ACK 信号はな し )、 Valid がア ク テ ィ ブにな る と 同時に入力ポー ト が読み
出 さ れます。 こ れはデザ イ ンでポー ト を読み出す準備がで き ていない場合 も 同様で、 その場合はデー タ ポー ト が
サンプ リ ン グ さ れ、 必要にな る ま で内部で保持 さ れます。
•
Valid 入力がア ク テ ィ ブな各サ イ ク ルで、 入力デー タ が読み出 さ れます。
ap_ovld イ ン タ ーフ ェ イ ス タ イ プは ap_vld と 同 じ ですが、 出力ポー ト のみに指定で き ます。 こ れは、 読み出 し と 書 き
込みの両方が実行 さ れ る ポ イ ン タ ー を、 Valid 出力ポー ト のみ を 付け て イ ン プ リ メ ン ト し 、 入力側はデ フ ォ ル ト の
ap_none で イ ンプ リ メ ン ト す る 場合に有益です。
ap_memory
ア レ イ 引数は、 通常 ap_memory イ ン タ ーフ ェ イ ス を使用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ ます。 こ のポー ト イ ン タ ーフ ェ イ
ス は、 イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンで メ モ リ のア ド レ ス ロ ケーシ ョ ンに ラ ン ダ ム ア ク セ ス が必要な場合に、 メ モ リ エ レ
メ ン ト (RAM、 ROM) と 通信す る ために使用 さ れ ます。 ア レ イ 引数は、 ラ ン ダ ム ア ク セ ス メ モ リ イ ン タ ーフ ェ イ ス
をサポー ト す る 唯一の引数です。
メ モ リ エ レ メ ン ト へのシーケ ン シ ャ ル ア ク セ ス のみが必要な場合は、 次に説明する ap_fifo イ ン タ ーフ ェ イ ス を使用
し て、 ハー ド ウ ェ アのオーバーヘ ッ ド を削減で き ます。 ap_fifo イ ン タ ーフ ェ イ ス では、 ア ド レ ス生成は実行 さ れませ
ん。
ap_memory イ ン タ ー フ ェ イ ス を 使用す る 場合、 「 メ モ リ リ ソ ー ス の選択」 に示す よ う に、 ア レ イ タ ーゲ ッ ト を
set_directive_resource コ マ ン ド を使用 し て指定す る 必要が あ り ま す。 ア レ イ に タ ーゲ ッ ト が指定 さ れてい ない場合、
Vivado HLS に よ り 自動的にシ ン グル ポー ト ま たはデ ュ アル ポー ト RAM イ ン タ ーフ ェ イ ス を使用す る かが判断 さ れ
ます。
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イ ン タ ー フ ェ イ ス合成 リ フ ァ レ ン ス
ヒ ン ト : 合成の前に、 RESOURCE 指示子を使用 し て、 ア レ イ 引数の タ ーゲ ッ ト と し て正 し い メ モ リ タ イ プ を指定 し
て く だ さ い。 新 し い正 し い メ モ リ で再合成す る と 、 ス ケ ジ ュ ー リ ン グお よ び RTL が異な る も のにな る 可能性があ り
ます。
図 4-7 に、d と い う ア レ イ タ ーゲ ッ ト がシ ン グル ポー ト ブ ロ ッ ク RAM と し て指定 さ れた リ ソ ース であ る 例を示 し ま
す。
X-Ref Target - Figure 4-7
図 4‐7 : ap_memory イ ン タ ー フ ェ イ スの動作
リ セ ッ ト 後、 動作は次の よ う にな り ます。
•
リ セ ッ ト 後 ap_start が High にな る と 、 ブ ロ ッ ク が通常の操作を開始 し ます。
•
読み出 し は、 出力ア ド レ ス ポー ト にア ド レ ス を供給 し 、 出力信号 d_ce を アサー ト する と 実行 さ れます。
°
•
こ のブ ロ ッ ク RAM タ ーゲ ッ ト では、入力デー タ が次の ク ロ ッ ク サ イ ク ルで有効にな る と デザ イ ン で判断 さ
れます。
書 き 込み操作は、 出力ポー ト d_ce と d_we を アサー ト し 、 同時にア ド レ ス と デー タ を供給する と 実行 さ れます。
メ モ リ イ ン タ ー フ ェ イ ス は外部信号に よ っ て 停止で き ず、 出力デー タ が有効で あ る か ど う か が示 さ れ る の で、
cosim_design を使用 し て検証で き ます。
ap_fifo
メ モ リ エ レ メ ン ト に ア ク セ ス す る 必要が あ り 、 ア ク セ ス が シーケ ン シ ャ ルで ラ ン ダ ム ア ク セ ス が不要な場合は、
ap_fifo イ ン タ ーフ ェ イ ス を使用す る のがハー ド ウ ェ アの点では最 も 効率的です。ap_fifo イ ン タ ーフ ェ イ ス では、 ポー
ト を FIFO に接続で き 、 完全な双方向の Empty/Full の通信がサポー ト さ れ、 ア レ イ 、 ポ イ ン タ ー、 お よ び参照渡 し 引
数で指定で き ます。
ap_fifo イ ン タ ーフ ェ イ ス を使用可能な関数では、 ポ イ ン タ ーが よ く 使用 さ れ、 同 じ 変数に複数回ア ク セ スす る 可能性
があ り ます。 こ の場合、 「マルチア ク セ ス ポ イ ン タ ー イ ン タ ーフ ェ イ ス」 を参照 し て volatile 修飾子の重要性を理解
し て く だ さ い。
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イ ン タ ー フ ェ イ ス合成 リ フ ァ レ ン ス
注記 : ap_fifo イ ン タ ーフ ェ イ ス では、 すべての読み出 し お よ び書 き 込みがシーケ ン シ ャ ルであ る と 想定 さ れます。
Vivado HLS でそ う ではない と 判断 さ れた場合、 エ ラ ー メ ッ セージが表示 さ れて処理が停止 し ます。
Vivado HLS でア ク セ ス が常にシーケ ン シ ャ ルか ど う か を判断で き ない場合は、警告 メ ッ セージが表示 さ れ、処理が継
続 さ れます。
次の例では、 in1 は現在のア ド レ ス にア ク セ ス し 、 その後現在のア ド レ ス の上 2 つのア ド レ ス にア ク セ ス し て、 最後
に 1 つ下のア ド レ ス にア ク セ スす る ポ イ ン タ ーです。
void foo(int* in1, ...){
int data1, data2, data3;
...
data1= *in1;
data2= *(in1+2);
data3= *(in1-1);
...
}
in1 を ap_fifo イ ン タ ーフ ェ イ ス と し て指定する と 、 Vivado HLS でア ク セ ス がチ ェ ッ ク さ れ、 ア ク セ ス がシーケ ン シ ャ
ルでない場合はエ ラ ー メ ッ セージが表示 さ れ、 停止 し ます。 シーケ ン シ ャ ルでないア ド レ ス ロ ケーシ ョ ン か ら 読み
出すには、 ap_memory イ ン タ ーフ ェ イ ス を ラ ン ダ ム ア ク セ ス と し て使用す る か、 ap_bus イ ン タ ーフ ェ イ ス を使用 し
ます。
ap_fifo イ ン タ ーフ ェ イ ス は、 読み出 し お よ び書 き 込みの両方に使用 さ れ る 引数 (入出力ポー ト ) には指定で き ません。
入力引数ま たは出力引数のみで指定で き ます。 入力引数 in、 出力引数 out を ap_fifo イ ン タ ーフ ェ イ ス と し て指定 し た
イ ン タ ーフ ェ イ ス は、 次の よ う に動作 し ます。
X-Ref Target - Figure 4-8
図 4‐8 : ap_fifo イ ン タ ー フ ェ イ スの動作
リ セ ッ ト 後 ap_start が High にな る と 、 ブ ロ ッ ク が通常の操作を開始 し ます。
読み出 し では、 次の よ う にな り ます。
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イ ン タ ー フ ェ イ ス合成 リ フ ァ レ ン ス
•
入力ポー ト で読み出 し が実行 さ れ る と き に FIFO が空の場合 (in_empty_n 入力ポー ト が Low)、デザ イ ンは停止 し 、
デー タ を読み出せ る よ う にな る ま で待機 し ます。
•
in_empty_n 入力が High にな っ て FIFO にデー タ があ る こ と が示 さ れ る と すぐ に、ACK 信号であ る in_read 出力が
High にな り 、 こ のサ イ ク ルでデー タ が読み出 さ れた こ と が示 さ れます。
•
ポー ト で読み出 し が必要な と き に FIFO にデー タ があ る と 、 出力 ACK 信号が High にな り 、 こ のサ イ ク ルでデー
タ が読み出 さ れた こ と が示 さ れます。
出力は、 次の よ う にな り ます。
•
出力ポー ト で書 き 込みが実行 さ れ る と き に FIFO が フルの場合 (out_full_n が Low)、デー タ は出力ポー ト に配置 さ
れますが、 デザ イ ンは停止 し 、 FIFO に書 き 込むスペース がで き る ま で待機 し ます。
•
FIFO に書 き 込むスペース がで き る と (out_full_n 入力が High)、 out_write 出力が High にな り 、 出力デー タ が有効
であ る こ と が示 さ れます。
•
出力を書 き 込む必要があ る と き に FIFO に スペース があ る と 、出力 Valid 信号が High にな り 、こ のサ イ ク ルでデー
タ が有効であ る こ と が示 さ れます。
ap_fifo イ ン タ ーフ ェ イ ス では、 出力デー タ ポー ト に関連の書き 込み信号ポー ト があ る ので、 cosim_design を使用 し て
検証で き ます。
最上位関数がパ イ プ ラ イ ン処理 さ れ る 場合、 ま たは最上位ループが -rewind オプシ ョ ン でパ イ プ ラ イ ン処理 さ れ る 場
合、 _lwr が接尾語に付いた追加の出力ポー ト が作成 さ れ ます。 こ のポー ト は、 FIFO イ ン タ ーフ ェ イ スへ最後の書 き
込みが実行 さ れ る と ア ク テ ィ ブ High にな り ます。
ap_bus
ap_bus イ ン タ ーフ ェ イ ス を使用す る と 、 バ ス ブ リ ッ ジ と 通信で き ま す。 こ の イ ン タ ーフ ェ イ ス は特定のバ ス規格に
は従っ てい ませんが、 汎用であ る ためバ ス ブ リ ッ ジ と 共に使用で き 、 バ ス ブ リ ッ ジでシ ス テ ム バ ス を アービ ト レー
シ ョ ンで き ます。 バ ス ブ リ ッ ジでは、 バース ト 書き 込みを キ ャ ッ シ ュ で き る よ う にな っ てい る 必要があ り ます。
ap_bus イ ン タ ーフ ェ イ ス を使用可能な関数ではポ イ ン タ ーが使用 さ れ、同 じ 変数に複数回ア ク セ スす る こ と があ り ま
す。 こ の場合、 「マルチア ク セ ス ポ イ ン タ ー イ ン タ ーフ ェ イ ス」 を参照 し て volatile 修飾子の重要性を理解 し て く だ
さ い。
ap_bus イ ン タ ーフ ェ イ スは、 次の 2 つの方法で使用で き ます。
•
標準モー ド :読み出 し お よ び書 き 込みを、 それぞれにア ド レ ス を指定 し て個別に実行 し ます。
•
バース ト モー ド :C ソ ース コ ー ド で C 関数 memcpy を使用する と 、 デー タ 転送にバース ト モー ド が使用 さ れま
す。 バース ト モー ド では、 イ ン タ ーフ ェ イ ス に よ り 転送のベース ア ド レ ス と サ イ ズが示 さ れ、 デー タ サンプル
が連続す る サ イ ク ルで高速に転送 さ れます。
•
memcpy 関数でア ク セ ス さ れ る ア レ イ は、 レ ジ ス タ にはパーテ ィ シ ョ ンで き ません。
図 4-9 お よ び図 4-10 に、 標準モー ド での読み出 し と 書 き 込みの動作の例を示 し ます。 こ の例では、 ap_bus イ ン タ ー
フ ェ イ ス が引数 d に適用 さ れてい ます。
void foo (int *d) {
static int acc = 0;
int i;
for (i=0;i<4;i++) {
acc += d[i+1];
d[i] = acc;
}
}
図 4-11 お よ び図 4-12 に、 C 関数 memcpy と バース ト モー ド を使用する 例を示 し ます。 こ の例の コ ー ド は、 次の と お
り です。
void bus (int *d) {
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イ ン タ ー フ ェ イ ス合成 リ フ ァ レ ン ス
int buf1[4], buf2[4];
int i;
memcpy(buf1,d,4*sizeof(int));
for (i=0;i<4;i++) {
buf2[i] = buf1[3-i];
}
memcpy(d,buf2,4*sizeof(int));
}
X-Ref Target - Figure 4-9
図 4‐9 : ap_bus イ ン タ ー フ ェ イ スの動作標準読み出 し
リ セ ッ ト 後、 動作は次の よ う にな り ます。
•
リ セ ッ ト 後 ap_start が High にな る と 、 ブ ロ ッ ク が通常の操作を開始 し ます。
•
読み出 し を実行す る と き にバ ス ブ リ ッ ジ FIFO にデー タ がない場合は (d_rsp_empty_n が Low)、 次の よ う にな り
ます。
°
出力ポー ト d_req_write がアサー ト さ れ、 d_req_din ポー ト がデ ィ アサー ト さ れて、 読み出 し 操作が示 さ れま
す。
°
ア ド レ ス が出力です。
°
デザ イ ンが停止 し 、 デー タ が読み出せ る よ う にな る ま で待機 し ます。
•
デー タ が読み出せ る よ う にな る と 、 出力信号 d_rsp_read がアサー ト さ れ、 次の ク ロ ッ ク エ ッ ジでデー タ が読み出
さ れます。
•
読み出 し を実行す る と き にバ ス ブ リ ッ ジ FIFO にデー タ があ る 場合は (d_rsp_empty_n が High)、 次の よ う にな り
ます。
°
出力ポー ト d_req_write がアサー ト さ れ、 d_req_din ポー ト がデ ィ アサー ト さ れて、 読み出 し 操作が示 さ れま
す。
°
ア ド レ ス が出力です。
°
次の ク ロ ッ ク サ イ ク ルで d_rsp_read がアサー ト さ れ、 次の ク ロ ッ ク エ ッ ジでデー タ が読み出 さ れます。
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439
イ ン タ ー フ ェ イ ス合成 リ フ ァ レ ン ス
X-Ref Target - Figure 4-10
図 4‐10 : ap_bus イ ン タ ー フ ェ イ スの動作標準書き込み
リ セ ッ ト 後、 動作は次の よ う にな り ます。
•
リ セ ッ ト 後 ap_start が High にな る と 、 ブ ロ ッ ク が通常の操作を開始 し ます。
•
書 き 込みを実行す る と き にバ ス ブ リ ッ ジ FIFO に スペース がない場合は (d_req_full_n が Low)、 次の よ う にな り
ます。
•
•
°
ア ド レ スお よ びデー タ が出力です。
°
デザ イ ンが停止 し 、 スペース が使用可能にな る ま で待機 し ます。
書 き 込むスペース がで き る と 、 次の よ う にな り ます。
°
出力ポー ト d_req_write と d_req_din がアサー ト さ れて、 書 き 込み操作が示 さ れます。
°
出力信号 d_req_din がアサー ト さ れ、 次の ク ロ ッ ク エ ッ ジでデー タ が有効であ る こ と が示 さ れます。
書 き 込みを実行す る と き にバ ス ブ リ ッ ジ FIFO に スペース があ る 場合は (d_req_full_n が High)、 次の よ う にな り
ます。
°
出力ポー ト d_req_write と d_req_din がアサー ト さ れて、 書 き 込み操作が示 さ れます。
°
ア ド レ スお よ びデー タ が出力です。
°
d_req_din がアサー ト さ れ、 次の ク ロ ッ ク エ ッ ジでデー タ が有効であ る こ と が示 さ れます。
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440
イ ン タ ー フ ェ イ ス合成 リ フ ァ レ ン ス
X-Ref Target - Figure 4-11
図 4‐11 : ap_bus イ ン タ ー フ ェ イ スの動作バース ト 読み出 し
リ セ ッ ト 後、 動作は次の よ う にな り ます。
•
リ セ ッ ト 後 ap_start が High にな る と 、 ブ ロ ッ ク が通常の操作を開始 し ます。
•
読み出 し を実行す る と き にバ ス ブ リ ッ ジ FIFO にデー タ がない場合は (d_rsp_empty_n が Low)、 次の よ う にな り
ます。
°
出力ポー ト d_req_write がアサー ト さ れ、 d_req_din ポー ト がデ ィ アサー ト さ れて、 読み出 し が示 さ れます。
°
転送のベース ア ド レ ス と サ イ ズが出力 さ れます。
°
デザ イ ンが停止 し 、 デー タ が読み出せ る よ う にな る ま で待機 し ます。
•
デー タ が読み出せ る よ う にな る と 、 出力信号 d_rsp_read がアサー ト さ れ、 次の N ク ロ ッ ク エ ッ ジ (N は d_size 出
力ポー ト の値) でデー タ が読み出 さ れます。
•
バ ス ブ リ ッ ジ FIFO が途中で空にな る と 、 デー タ 転送は即座に停止 し 、 デー タ が読み出 さ れ る よ う にな る ま で待
機 し て、 停止 し た地点か ら 再開 し ます。
•
読み出 し を実行す る と き にバ ス ブ リ ッ ジ FIFO にデー タ があ る 場合は、 次の よ う にな り ます。
°
転送は上記の よ う に開始 し 、 FIFO が途中で空にな る と 、 デザ イ ンが停止 し てデー タ が再び読み出せ る よ う
にな る ま で待機 し ます。
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441
イ ン タ ー フ ェ イ ス合成 リ フ ァ レ ン ス
X-Ref Target - Figure 4-12
図 4‐12 : ap_bus イ ン タ ー フ ェ イ スの動作バース ト 書き込み
リ セ ッ ト 後、 動作は次の よ う にな り ます。
•
リ セ ッ ト 後 ap_start が High にな る と 、 ブ ロ ッ ク が通常の操作を開始 し ます。
•
書 き 込みを実行す る と き にバ ス ブ リ ッ ジ FIFO に スペース がない場合は (d_req_full_n が Low)、 次の よ う にな り
ます。
•
•
°
ベース ア ド レ ス、 転送サ イ ズ、 お よ びデー タ が出力です。
°
デザ イ ンが停止 し 、 スペース が使用可能にな る ま で待機 し ます。
書 き 込むスペース がで き る と 、 次の よ う にな り ます。
°
出力ポー ト d_req_write と d_req_din がアサー ト さ れて、 書 き 込み操作が示 さ れます。
°
出力信号 d_req_din がアサー ト さ れ、 次の ク ロ ッ ク エ ッ ジでデー タ が有効であ る こ と が示 さ れます。
°
FIFO が フルにな る と 即座に d_req_din 出力信号がデ ィ アサー ト さ れ、 スペース がで き る と 再びアサー ト さ れ
ます。
°
N 個のデー タ 値が転送 さ れ る と 転送が停止 し ます (N は d_size の値)。
書 き 込みを実行す る と き にバ ス ブ リ ッ ジ FIFO に スペース があ る 場合は (d_req_full_n が High)、 次の よ う にな り
ます。
°
転送は上記の よ う に開始 し 、 FIFO が途中で空にな る と 、 デザ イ ンが停止 し てデー タ が再び読み出せ る よ う
にな る ま で待機 し ます。
cosim_design イ ン タ ーフ ェ イ ス は、 autosim 機能で検証で き ます。
AXI4 Stream
AXI Stream I/O プ ロ ト コ ルは、 I/O プ ロ ト コ ル と し て指定で き ます。 タ イ ミ ン グお よ びポー ト な ど を含む AXI Stream
イ ン タ ーフ ェ イ ス の説明については、 『AXI リ フ ァ レ ン ス ガ イ ド 』 (UG761) を参照 し て く だ さ い。
こ の I/O プ ロ ト コ ルのすべての機能については、 「バス イ ン タ ーフ ェ イ ス の指定」 セ ク シ ョ ン を参照 し て く だ さ い。
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442
C ド ラ イバー リ フ ァ レ ン ス
AXI4 Slave Lite
AXI Slave Lite I/O プ ロ ト コ ルは I/O プ ロ ト コ ルの 1 つ と し て指定で き ます。 タ イ ミ ン グお よ びポー ト な ど を含む AXI
Slave Lite イ ン タ ーフ ェ イ ス の説明については、 『AXI リ フ ァ レ ン ス ガ イ ド 』 (UG761) を参照 し て く だ さ い。
AXI4 Slave Lite イ ン タ ーフ ェ イ ス の指定方法は、 ほかの I/O プ ロ ト コ ル と は少 し 違い ます。 こ の イ ン タ ーフ ェ イ ス は
既存 イ ン タ ーフ ェ イ ス に追加 し て使用で き ます。 た と えば、 イ ン タ ーフ ェ イ ス を ap_hs と し て指定す る 場合、 それ
に AXI4 Slave Lite リ ソ ース を適用す る と 、 AXI4 Slave Lite ポー ト が作成で き ます。
こ の よ う に、ほかの イ ン タ ーフ ェ イ ス と は動作が違 う ので、AXI Slave Lite イ ン タ ーフ ェ イ スは [Export RTL] 後の HDL
出力で し か使用可能にな ら ず、 Verilog HDL .に し かな り ません。
こ の I/O プ ロ ト コ ルのすべての機能については、 「バス イ ン タ ーフ ェ イ ス の指定」 セ ク シ ョ ン を参照 し て く だ さ い。
AXI4 Master
AXI4 Master I/O プ ロ ト コ ルは I/O プ ロ ト コ ルの 1 つ と し て指定で き ます。 タ イ ミ ン グお よ びポー ト な ど を含む AXI4
Master イ ン タ ーフ ェ イ ス の説明については、 『AXI リ フ ァ レ ン ス ガ イ ド 』 (UG761) を参照 し て く だ さ い。
AXI4 Master イ ン タ ーフ ェ イ ス の指定方法は、 ほかの I/O プ ロ ト コ ル と は少 し 違い ます。 こ の イ ン タ ーフ ェ イ ス は既
存 イ ン タ ーフ ェ イ ス に追加 し て使用で き ます。 た と えば、 イ ン タ ーフ ェ イ ス を ap_hs と し て指定す る 場合、 それに
AXI4 Master リ ソ ース を適用す る と 、 AXI4 Slave Lite ポー ト が作成で き ます。
こ の よ う に、 ほかの イ ン タ ーフ ェ イ ス と は動作が違 う ので、 AXI4 Master イ ン タ ーフ ェ イ スは [Export RTL] 後の HDL
出力で し か使用可能にな ら ず、 Verilog HDL .に し かな り ません。
こ の I/O プ ロ ト コ ルのすべての機能については、 「バス イ ン タ ーフ ェ イ ス の指定」 セ ク シ ョ ン を参照 し て く だ さ い。
C ド ラ イバー リ フ ァ レ ン ス
C ド ラ イバー フ ァ イル
AXI4 Lite イ ン タ ーフ ェ イ ス がデザ イ ン に追加 さ れ る と 、 C ド ラ イ バー フ ァ イ ルのセ ッ ト が自動的に作成 さ れ ま す。
こ れ ら の C ド ラ イ バー フ ァ イ ルには、 CPU で実行 さ れ る ど の ソ フ ト ウ ェ アに も 統合で き る API が含まれ、 AXI4 Lite
イ ン タ ーフ ェ イ ス を介 し てデバ イ ス と の通信に使用 さ れます。
C ド ラ イ バー フ ァ イ ルは、 デザ イ ンが IP カ タ ロ グか Pcore フ ォーマ ッ ト で IP と し てパ ッ ケージ さ れ る と 作成 さ れま
す。 IP のパ ッ ケージに関す る 詳細は、 「RTL デザ イ ンのエ ク ス ポー ト 」 セ ク シ ョ ン を参照 し て く だ さ い。
ド ラ イ バー フ ァ イ ルは、 Standalone モー ド と Linux モー ド 用に作成 さ れます。 Standalone モー ド の場合、 ド ラ イ バー
がその他のザ イ リ ン ク ス ス タ ン ド ア ロ ン ド ラ イ バー と 同 じ よ う に使用 さ れ ま す。 .Linux モー ド の場合、 すべての C
フ ァ イ ル (.c) と ヘ ッ ダー フ ァ イ ル (.h) が ソ フ ト ウ ェ ア プ ロ ジ ェ ク ト に コ ピー さ れます。
次の ド ラ イ バー フ ァ イ ルは、 solution デ ィ レ ク ト リ 内の impl デ ィ レ ク ト リ で作成 さ れます。
注記 : 実際の イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンでは、 こ のセ ク シ ョ ンで使用 さ れてい る 「DUT」 と い う 用語が最上位デザ イ ン
名に置 き 換わ り ます。
表 4‐2 : フ ァ イル パス
フ ァ イル パス
使用モー ド
説明
data/DUT_top_v2_1_0.mdd
Standalone
ド ラ イ バー定義フ ァ イ ル
data/DUT_top_v2_1_0.tcl
Standalone
ソ フ ト ウ ェ ア を プ ロ ジ ェ ク ト に統合す る た めに SDK
で使用
src/xDUT_hw.h
両方
すべての内部レ ジ ス タ のア ド レ ス オ フ セ ッ ト を定義
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443
C ド ラ イバー リ フ ァ レ ン ス
表 4‐2 : フ ァ イル パス
フ ァ イル パス
使用モー ド
説明
src/xDUT.h
両方
API 定義
src/xDUT.c
両方
Standard API イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン
src/xDUT_sinit.c
Standalone
初期化 API イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン
src/xDUT_linux.c
Linux
初期化 API イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン
src/Makefile
Standalone
Makefile
xDUT.h フ ァ イ ルでは 2 つの struct が定義 さ れ る
•
XDut_Config : こ れは、IP イ ン ス タ ン ス の コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン情報 (各 AXI4 Lite Slave のベース ア ド レ ス) を
維持す る ために使用 さ れます。
•
XDut : こ れは IP イ ン ス タ ン ス を維持する ために使用 さ れます。 ほ と ん ど の API では こ の イ ン タ ーフ ェ イ ス ポ イ
ン タ ーを最初の引数 と し て認識 し ます。
標準 API は xDUT.c フ ァ イ ルに含まれてお り 、 次の関数が提供 さ れてい ます。
•
デバ イ ス を初期化
•
デバ イ ス を制御 し 、 その ス テー タ ス を ク エ リ ー
•
内部レ ジ ス タ を読み出 し /書 き 込み
•
割 り 込みを設定
次の関数は、 デバ イ ス を初期化す る ために使用 さ れます。
int XDut_Initialize(XDut *InstancePtr, u16 DeviceId);
デバ イ ス を初期化 し ます。 こ の API は InstancePtr に適切な値を書 き 込みます。 こ の後、 ほかの API で使用で き ます。
こ の API を呼び出 し てデバ イ ス を初期化す る こ と をお勧め し ます。 ただ し 、 MMU がシ ス テ ムで使用 さ れてい る と き
は、 XDut_CfgInitialize を使用 し て く だ さ い。
•
InstancePtr : デバ イ ス イ ン ス タ ン スへのポ イ ン タ ー
•
DeviceId : xparameters.h で定義 さ れたデバ イ ス ID
•
Return : XST_SUCCESS は問題がなかっ た こ と を示 し ます。 それ以外の場合は、 問題があ っ た こ と を示 し ます。
XDut_Config* XDut_LookupConfig(u16 DeviceId);
こ の関数は、 ID を指定 し てデバ イ ス の コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン情報を取得 し ます。
•
DeviceId :xparameters.h で定義 さ れたデバ イ ス ID
•
Return :デバ イ ス ID が DeviceId のデバ イ ス の コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン情報を保持す る XDut_LookupConfig 変数
へのポ イ ン タ ーです。 一致す る Deviceid が見つか ら なか っ た場合は NULL にな り ます。
int XDut_CfgInitialize(XDut *InstancePtr, XDut_Config *ConfigPtr);
シ ス テ ム に MMU が 使 用 さ れ る と デ バ イ ス を 初期化 し ま す。 こ の 場合、 AXI4Lite Slave の 有効 な ア ド レ ス が
xparameters.h で定義 さ れた も の と 異な り 、 デバ イ ス を初期化す る のに API が必要にな り ます。
•
InstancePtr : デバ イ ス イ ン ス タ ン スへのポ イ ン タ ー
•
DeviceId : XDut_Config へのポ イ ン タ ー
•
Return : XST_SUCCESS は問題がなかっ た こ と を示 し ます。 それ以外の場合は、 問題があ っ た こ と を示 し ます。
デバ イ ス のデー タ ポー ト は、 次の関数を使用する と AXI4 Lite イ ン タ ーフ ェ イ ス を介 し て ア ク セ ス で き ます。
void XDut_Start(XDut *InstancePtr);
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444
C ド ラ イバー リ フ ァ レ ン ス
デバ イ ス を起動 し ます。 こ の関数は、 デバ イ ス の ap_start ポー ト を アサー ト し ます。 デバ イ ス に ap_start ポー ト があ
る 場合にのみ使用で き ます。
•
InstancePtr : デバ イ ス イ ン ス タ ン スへのポ イ ン タ ー
void XDut_IsDone(XDut *InstancePtr);
デバ イ ス が前の実行を終了 し たか ど う か をチ ェ ッ ク し ます。 こ の関数では、 デバ イ ス の ap_done ポー ト の値が戻 さ れ
ます。 デバ イ ス に ap_done ポー ト があ る 場合にのみ使用で き ます。
•
InstancePtr : デバ イ ス イ ン ス タ ン スへのポ イ ン タ ー
void XDut_IsIdle(XDut *InstancePtr);
デバ イ ス がア イ ド ル ス テー ト か ど う か をチ ェ ッ ク し ます。 こ の関数では、 デバ イ ス の ap_idle ポー ト の値が戻 さ れま
す。 デバ イ ス に ap_idle ポー ト があ る 場合にのみ使用で き ます。
•
InstancePtr :デバ イ ス イ ン ス タ ン スへのポ イ ン タ ー
void XDut_EnableAutoRestart(XDut *InstancePtr);
デバ イ ス での自動再開を イ ネーブルに し ます。 イ ネーブルの場合は、 次が実行 さ れます。
•
ap_done がデバ イ ス に よ り アサー ト さ れ る と 、 す ぐ に ap_start ポー ト を アサー ト し ます。 デバ イ スは、 次の ト ラ ン
ザ ク シ ョ ン を自動的に開始 し ます。
•
ま たは、 ブ ロ ッ ク レベルの I/O プ ロ ト コ ル ap_ctrl_chain がデバ イ ス に イ ンプ リ メ ン ト さ れてい る 場合、 ap_ready
が デ バ イ ス に よ り ア サ ー ト さ れ る と ap_start を ア サ ー ト し 、 ap_done が デバ イ ス に よ り ア サ ー ト さ れ る と
ap_continue を アサー ト し て、 次の ト ラ ンザ ク シ ョ ン を自動的に再開 し ます。
デバ イ ス に ap_start ポー ト があ る 場合にのみ使用で き ます。
•
InstancePtr : デバ イ ス イ ン ス タ ン スへのポ イ ン タ ー
void XDut_DisableAutoRestart(XDut *InstancePtr);
自動再開をデ ィ ス エーブルに し ます。 デバ イ ス に ap_start ポー ト があ る 場合にのみ使用で き ます。
•
InstancePtr : デバ イ ス イ ン ス タ ン スへのポ イ ン タ ー
void XDut_SetArg(XDut *InstancePtr, u32 Data);
Arg ポー ト に値 (top 関数の ス カ ラ ー引数) を書き 込みます。 Arg が入力ポー ト の場合にのみ使用で き ます。
•
InstancePtr : デバ イ ス イ ン ス タ ン スへのポ イ ン タ ー
•
Data : 書 き 込む値です。
u32 XDut_GetArg(XDut *InstancePtr);
Arg か ら 値を読み出 し ます。 .Arg ポー ト がデバ イ ス の出力ポー ト の場合にのみ使用で き ます。
•
InstancePtr : デバ イ ス イ ン ス タ ン スへのポ イ ン タ ー
Return : Arg の値です。 .
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
C ラ イブ ラ リ リ フ ァ レンス
Vivado HLS の video 関数
こ のセ ク シ ョ ンでは、 Vivado HLS の video 関数について説明 し ます。
•
OpenCV イ ン タ ーフ ェ イ ス関数
標準 OpenCV デー タ 型にデー タ を変換 し た り 、標準 OpenCV デー タ 型か ら AXI4 ス ト リ ー ミ ン グ プ ロ ト コ ルに変
換 し た り し ます。
•
AXI4 Stream I/O 関数
AXI4 ス ト リ ー ミ ン グ プ ロ ト コ ルを ビデオ プ ロ セ ッ シ ン グ関数で使用 さ れ る hsl::Mat デー タ 型に変換で き ま
す。
•
ビデオ プ ロ セ ッ シ ン グ関数
ビデオ イ メ ージ を操作す る ための標準 OpenCV 関数 と 互換性があ り ます。
既存 OpenCV の コ ン テ キ ス ト で ビ デオ関数の詳細お よ び手法につい ては、 ア プ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト 『Accelerating
OpenCV Applications with Zynq using Vivado HLS Video Libraries』 (XAPP1167) を参照 し て く だ さ い。
OpenCV イ ン タ ー フ ェ イ ス関数
OpenCV 関数を使用 し た典型的な ビデオ シ ス テ ムの場合、 ほ と ん ど のアルゴ リ ズ ムが CPU に残っ た ま ま、OpenCV 関
数 を 使用 し 続け ま す。 FPGA フ ァ ブ リ ッ ク での ア ク セ ラ レ ーシ ョ ン が必要な アル ゴ リ ズ ム だ けが合成 さ れ る ので、
Vivado HLS の video 関数を使用す る よ う にア ッ プデー ト さ れます。
AXI4 ス ト リ ー ミ ン グ プ ロ ト コ ルは CPU に残っ た ま ま の コ ー ド と 合成 さ れ る 関数間の イ ン タ ーフ ェ イ ス と し て よ く
使用 さ れ る ので、 CPU で実行 さ れ る OpenCV コ ー ド と FPGA フ ァ ブ リ ッ ク で実行 さ れ る 合成済みハー ド ウ ェ ア関数
間のデー タ 転送を可能にす る ために、 OpenCV 関数が提供 さ れてい ます。
デー タ を合成 さ れ る 関数に渡す前に変換す る ために イ ン タ ーフ ェ イ ス関数を使用す る と 、 ハ イ パフ ォーマ ン ス シ ス
テ ム にで き ま す。 こ の関数、 た と えば hls::Mat には、 デー タ の転送だけでな く 、 Vivado HLS の video ラ イ ブ ラ リ
デー タ 型 と OpenCV デー タ 形式間を変換する 機能が含まれます。
OpenCV 関数を使用す る には、 ヘ ッ ダー フ ァ イ ル hls_opencv.h を含め る 必要があ り ます。 こ れ ら の関数は、 CPU
に残っ た コ ー ド で使用 さ れます。
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IplImage2AXIvideo
コー ド例
template<int W> void IplImage2AXIvideo (
IplImage* img,
hls::stream<ap_axiu<W,1,1,1> >& AXI_video_strm);
パラ メ ー タ ー
表 4‐3 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
img
OpenCV IplImage 形式の入力 イ メ ージ ヘ ッ ダー
AXI_video_strm
hls::stream 形式 (AXI4-Stream プ ロ ト コ ル と 互換性
あ り ) の出力 AXI ビデオ ス ト リ ーム
説明
•
OpenCV の IplImage 形式か ら のデー タ を AXI ビデオ ス ト リ ーム (hls::stream) 形式に変換 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は img に格納す る 必要があ り ます。
•
AXI_video_strm は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
img の ピ ク セルのデー タ 幅 (ビ ッ ト ) は W (AXI4-Stream プ ロ ト コ ルの TDATA のデー タ 幅) 未満にす る 必要があ り
ます。
AXIvideo2IplImage
コー ド例
template<int W> void AXIvideo2IplImage (
hls::stream<ap_axiu<W,1,1,1> >& AXI_video_strm,
IplImage* img);
パラ メ ー タ ー
表 4‐4 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
AXI_video_strm
hls::stream 形式 (AXI4-Stream プ ロ ト コ ル と 互換性
あ り ) の入力 AXI ビデオ ス ト リ ーム
img
OpenCV IplImage 形式の出力 イ メ ージ ヘ ッ ダー
説明
•
AXI ビデオ ス ト リ ーム (hls::stream) 形式か ら デー タ を OpenCV の IplImage 形式に変換 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は AXI_video_strm に格納する 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 AXI_video_strm のデー タ が消費 さ れます。
•
img の ピ ク セルのデー タ 幅は W (AXI4-Stream プ ロ ト コ ルの TDATA のデー タ 幅) 未満にする 必要があ り ます。
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
cvMat2AXIvideo
コー ド例
template<int W> void cvMat2AXIvideo (
cv::Mat& cv_mat,
hls::stream<ap_axiu<W,1,1,1> >& AXI_video_strm);
パラ メ ー タ ー
表 4‐5 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
cv_mat
OpenCV cv::Mat 形式の入力 イ メ ージ
AXI_video_strm
hls::stream 形式 (AXI4-Stream プ ロ ト コ ル と 互換性
あ り ) の出力 AXI ビデオ ス ト リ ーム
説明
•
OpenCV の cv::Mat 形式か ら のデー タ を AXI ビデオ ス ト リ ーム (hls::stream) 形式に変換 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は cv_mat に格納する 必要があ り ます。
•
AXI_video_strm は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
cv_mat の ピ ク セルのデー タ 幅 (ビ ッ ト ) は W (AXI4-Stream プ ロ ト コ ルの TDATA のデー タ 幅) 未満にす る 必要が
あ り ます。
AXIvideo2cvMat
コー ド例
template<int W> void AXIvideo2cvMat (
hls::stream<ap_axiu<W,1,1,1> >& AXI_video_strm,
cv::Mat& cv_mat);
パラ メ ー タ ー
•
AXI ビデオ ス ト リ ーム (hls::stream) 形式か ら デー タ を OpenCV の cv::Mat 形式に変換 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は AXI_video_strm に格納する 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 AXI_video_strm のデー タ が消費 さ れます。
•
cv_mat の ピ ク セルのデー タ 幅は W (AXI4-Stream プ ロ ト コ ルの TDATA のデー タ 幅) 未満にす る 必要があ り ま
す。
説明
•
OpenCV の cv::Mat 形式か ら のデー タ を AXI ビデオ ス ト リ ーム (hls::stream) 形式に変換 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は cv_mat に格納する 必要があ り ます。
•
AXI_video_strm は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
cv_mat の ピ ク セルのデー タ 幅 (ビ ッ ト ) は W (AXI4-Stream プ ロ ト コ ルの TDATA のデー タ 幅) 未満にす る 必要が
あ り ます。
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448
C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
CvMat2AXIvideo
コー ド例
template<int W> void CvMat2AXIvideo (
CvMat* cvmat,
hls::stream<ap_axiu<W,1,1,1> >& AXI_video_strm);
パラ メ ー タ ー
表 4‐6 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
cvmat
OpenCV の CvMat 形式への入力 イ メ ージ ポ イ ン タ ー
AXI_video_strm
hls::stream 形式 (AXI4-Stream プ ロ ト コ ル と 互換性
あ り ) の出力 AXI ビデオ ス ト リ ーム
説明
•
OpenCV の CvMat 形式か ら のデー タ を AXI ビデオ ス ト リ ーム (hls::stream) 形式に変換 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は cvmat に格納す る 必要があ り ます。
•
AXI_video_strm は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
cvmat の ピ ク セルのデー タ 幅 (ビ ッ ト ) は W (AXI4-Stream プ ロ ト コ ルの TDATA のデー タ 幅) 未満にす る 必要が
あ り ます。
AXIvideo2CvMat
コー ド例
template<int W> void AXIvideo2CvMat (
hls::stream<ap_axiu<W,1,1,1> >& AXI_video_strm,
CvMat* cvmat);
パラ メ ー タ ー
表 4‐7 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
AXI_video_strm
hls::stream 形式 (AXI4-Stream プ ロ ト コ ル と 互換性
あ り ) の入力 AXI ビデオ ス ト リ ーム
cvmat
OpenCV の CvMat 形式への出力 イ メ ージ ポ イ ン タ ー
説明
•
AXI ビデオ ス ト リ ーム (hls::stream) 形式か ら デー タ を OpenCV の CvMat 形式に変換 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は AXI_video_strm に格納する 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 AXI_video_strm のデー タ が消費 さ れます。
•
cvmat の ピ ク セルのデー タ 幅は W (AXI4-Stream プ ロ ト コ ルの TDATA のデー タ 幅) 未満にする 必要があ り ます。
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
IplImage2hlsMat
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int T> void IplImage2hlsMat (
IplImage* img,
hls::Mat<ROWS, COLS, T>& mat);
パラ メ ー タ ー
表 4‐8 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
img
OpenCV の IplImage 形式の入力 イ メ ージ ヘ ッ ダー
mat
hls::Mat 形式の出力 イ メ ージ
説明
•
OpenCV の IplImage 形式か ら のデー タ を hls::Mat 形式に変換 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は img に格納す る 必要があ り ます。
•
mat は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
引数 img お よ び mat は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
hlsMat2IplImage
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int T> void hlsMat2IplImage (
hls::Mat<ROWS, COLS, T>& mat,
IplImage* img);
パラ メ ー タ ー
表 4‐9 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
mat
hls::Mat 形式の入力 イ メ ージ
img
OpenCV の IplImage 形式の出力 イ メ ージ ヘ ッ ダー
説明
•
hls::Mat 形式か ら のデー タ を OpenCV の IplImage 形式に変換 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は mat に格納す る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 mat のデー タ が消費 さ れます。
•
引数 mat お よ び img は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
cvMat2hlsMat
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int T> void cvMat2hlsMat (
cv::Mat* cv_mat,
hls::Mat<ROWS, COLS, T>& mat);
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
パラ メ ー タ ー
表 4‐10 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
cv_mat
OpenCV cv::Mat 形式の入力 イ メ ージ
mat
hls::Mat 形式の出力 イ メ ージ
説明
•
OpenCV の cv::Mat 形式か ら のデー タ を hls::Mat 形式に変換 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は cv_mat に格納する 必要があ り ます。
•
mat は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
引数 cv_mat お よ び mat は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
hlsMat2cvMat
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int T> void hlsMat2cvMat (
hls::Mat<ROWS, COLS, T>& mat,
cv::Mat& cv_mat);
パラ メ ー タ ー
表 4‐11 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
mat
hls::Mat 形式の入力 イ メ ージ
cv_mat
OpenCV cv::Mat 形式の出力 イ メ ージ
説明
•
hls::Mat 形式か ら のデー タ を OpenCV の cv::Mat 形式に変換 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は mat に格納す る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 mat のデー タ が消費 さ れます。
•
引数 mat お よ び cv_mat は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
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CvMat2hlsMat
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int T> void CvMat2hlsMat (
CvMat* cvmat,
hls::Mat<ROWS, COLS, T>& mat);
パラ メ ー タ ー
表 4‐12 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
cvmat
OpenCV の CvMat 形式への入力 イ メ ージ ポ イ ン タ ー
mat
hls::Mat 形式の出力 イ メ ージ
説明
•
OpenCV の CvMat 形式か ら のデー タ を hls::Mat 形式に変換 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は cvmat に格納す る 必要があ り ます。
•
mat は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
引数 cvmat お よ び mat は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
hlsMat2CvMat
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int T> void hlsMat2CvMat (
hls::Mat<ROWS, COLS, T>& mat,
CvMat* cvmat);
パラ メ ー タ ー
表 4‐13 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
mat
hls::Mat 形式の入力 イ メ ージ
cvmat
OpenCV cv::Mat 形式の出力 イ メ ージ ポ イ ン タ ー
説明
•
hls::Mat 形式か ら のデー タ を OpenCV の CvMat 形式に変換 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は mat に格納す る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 mat のデー タ が消費 さ れます。
•
引数 mat お よ び cvmat は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
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CvMat2hlsWindow
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, typename T> void CvMat2hlsWindow (
CvMat* cvmat,
hls::Window<ROWS, COLS, T>& window);
パラ メ ー タ ー
表 4‐14 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
cvmat
OpenCV の CvMat 形式への入力 2D ウ ィ ン ド ウ
window
hls::Window 形式の出力 2D ウ ィ ン ド ウ
説明
•
OpenCV の CvMat 形式か ら のデー タ を hls::Window 形式に変換 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は cvmat に格納す る 必要があ り ます。
•
window は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
引数 cvmat お よ び window はシ ン グルチ ャ ネルで、同 じ サ イ ズであ る 必要があ り ます。 こ の関数は、主に イ メ ー
ジ プ ロ セ ッ シ ン グ カーネルを変換す る ために使用 し ます。
hlsWindow2CvMat
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, typename T> void hlsWindow2hlsCvMat (
hls::Window<ROWS, COLS, T>& window,
CvMat* cvmat);
パラ メ ー タ ー
表 4‐15 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
window
hls::Window 形式の入力 2D ウ ィ ン ド ウ
cvmat
OpenCV の CvMat 形式への出力 2D ウ ィ ン ド ウ ポ イ ン
ター
説明
•
hls::Window 形式か ら のデー タ を OpenCV の CvMat 形式に変換 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は window に格納する 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 window のデー タ が消費 さ れます。
•
引数 mat お よ び window はシ ン グルチ ャ ネルで、 同 じ サ イ ズであ る 必要があ り ます。 こ の関数は、 主に イ メ ー
ジ プ ロ セ ッ シ ン グ カーネルを変換す る ために使用 し ます。
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AXI4‐Stream I/O 関数
OpenCV イ ン タ ーフ ェ イ ス関数は、 合成 さ れ る 関数のデー タ を転送する ために使用 さ れます。 合成 さ れ る ほ と ん ど の
ビデオ関数が イ メ ージに hls::Mat デー タ 型を使用 し ます。
次に説明す る AXI4-Stream I/O 関数を使用す る と 、 hls::Mat デー タ 型 と OpenCV イ ン タ ーフ ェ イ ス関数で使用 さ れ
る AXI4-Stream デー タ 型 (hls::stream) を変換で き ます。
hls::AXIvideo2Mat
コー ド例
template<int W, int ROWS, int COLS, int T> int hls::AXIvideo2Mat (
hls::stream<ap_axiu<W,1,1,1> >& AXI_video_strm,
hls::Mat<ROWS, COLS, T>& mat);
パラ メ ー タ ー
表 4‐16 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
AXI_video_strm
hls::stream 形式 (AXI4-Stream プ ロ ト コ ル と 互換性
あ り ) の入力 AXI ビデオ ス ト リ ーム
mat
hls::Mat 形式の出力 イ メ ージ
説明
•
hls::Mat 形式 と し て格納 さ れた イ メ ージ デー タ を AXI4 ビデオ ス ト リ ーム形式 (hls::stream) に変換 し ま
す。
•
イ メ ージ デー タ は AXI_video_strm に格納する 必要があ り ます。
•
mat のデー タ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 AXI_video_strm のデー タ が消費 さ れ、 mat の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
mat の ピ ク セルのデー タ 幅は W (AXI4-Stream プ ロ ト コ ルの TDATA のデー タ 幅) 未満にする 必要があ り ます。
•
こ の関数を使用す る と 、 TUSER ビ ッ ト が検出 さ れて入力フ レームの左上の ピ ク セルがマー ク さ れ、 入力ビデオ
ス ト リ ーム の フ レーム同期が実行で き る よ う にな り ます。 TLAST 入力を検出す る こ と で、 予測 さ れない ラ イ ン
長を示す ERROR_IO_EOL_EARLY ま たは ERROR_IO_EOL_LATE と いっ た ビ ッ ト エ ラ ーが戻 さ れます。
hls::Mat2AXIvideo
コー ド例
template<int W, int ROWS, int COLS, int T> int hls::AXIvideo2Mat (
hls::Mat<ROWS, COLS, T>& mat,
hls::stream<ap_axiu<W,1,1,1> >& AXI_video_strm);
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パラ メ ー タ ー
表 4‐17 : パ ラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
mat
hls::Mat 形式の入力 イ メ ージ
AXI_video_strm
hls::stream 形式 (AXI4-Stream プ ロ ト コ ル と 互換性
あ り ) の出力 AXI ビデオ ス ト リ ーム
説明
•
AXI4 ビデオ ス ト リ ーム (hls::stream) 形式で格納 さ れた イ メ ージ デー タ を hls::Mat 形式の イ メ ージに変
換 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は mat に格納す る 必要があ り ます。
•
AXI_video_strm のデー タ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 mat のデー タ が消費 さ れ、 AXI_video_strm の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
mat の ピ ク セルのデー タ 幅は W (AXI4-Stream プ ロ ト コ ルの TDATA のデー タ 幅) 未満にする 必要があ り ます。
•
こ の関数では、 AXI ビデオ ス ト リ ームに イ メ ージ デー タ を満たすために、 左上の ピ ク セルを示すス ト リ ーム エ
レ メ ン ト の TUSER ビ ッ ト を設定 し た り 、行末を示す各行の最後の ピ ク セルに TLAST ビ ッ ト を設定 し た り も さ れ
ます。
ビデオ プ ロ セ ッ シ ング関数
Vivado HLS ビデオ ラ イ ブ ラ リ に含まれ る ビデオ プ ロ セ ッ シ ン グ関数は、ビデオ イ メ ージ を操作す る ための も のです。
こ れ ら のほ と ん ど の関数が同 じ よ う な使用方法の該当す る OpenCV 関数を促進する よ う に設計 さ れてい ます。
hls::AbsDiff
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int SRC1_T, int SRC2_T, int DST_T>
void hls::AbsDiff (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC1_T>& src1,
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC2_T>& src2,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst);
パラ メ ー タ ー
表 4‐18 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src1
1 つ目の入力 イ メ ージ
src2
2 つ目の入力 イ メ ージ
dst
出力 イ メ ージ
説明
•
2 つの入力 イ メ ージ、 src1 お よ び src2 間の絶対的な違いを計算 し て、 結果を dst に保存 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は src1 お よ び src2 に格納する 必要があ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src1 お よ び src2 のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
•
src1 お よ び src2 は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
•
dst は、 入力 と 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvAbsDiff
•
cv::absdiff
hls::AddS
コー ド例
mask な し
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, typename _T, int DST_T>
void hls::AddS (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Scalar<HLS_MAT_CN(SRC_T), _T>& scl,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst);
mask あ り
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, typename _T, int DST_T>
void hls::AddS (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Scalar<HLS_MAT_CN(SRC_T), _T>& scl,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst,
hls::Mat<ROWS, COLS, HLS_8UC1>& mask,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst_ref);
パラ メ ー タ ー
表 4‐19 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
scl
入力ス カ ラ ー
dst
出力 イ メ ージ
mask
演算 mask は計測 さ れ る dst イ メ ージのエ レ メ ン ト を指
定する 8 ビ ッ ト チ ャ ネルの イ メ ージ
dst_ref
mask(I) = 0 の場合の出力 イ メ ージのエ レ メ ン ト を格
納する リ フ ァ レ ン ス イ メ ージ
説明
•
エ レ メ ン ト ご と の イ メ ージ src お よ びス カ ラ ー scl の合計を計算 し ます。
•
その結果を dst に保存 し ます。
•
mask あ り で計算 し た場合 :
•
イ メ ージ デー タ は src に格納 し (mask を使用 し て計算 し た場合、mask と dst_ref にはデー タ が格納 さ れてい
る 必要あ り )、 dst の イ メ ージ デー タ は起動前に空にする 必要があ り ます。
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
•
こ の関数を開始す る と 、 src のデー タ が消費 さ れ (mask を使用 し て計算 し た場合、 mask と dst_ref のデー タ
も 消費 さ れ る )、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
src お よ び s ｃ l のチ ャ ネル数は同 じ であ る 必要があ り ます。 dst_ref のサ イ ズお よ びチ ャ ネル数は src と 同 じ
であ る 必要があ り ます。 mask は src と 同 じ サ イ ズであ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvAddS
•
cv::add
hls::AddWeighted
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int SRC1_T, int SRC2_T, int DST_T, typename P_T>
void hls::AddWeighted (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC1_T>& src1,
P_T alpha,
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC2_T>& src2,
P_T beta,
P_T gamma,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst);
パラ メ ー タ ー
表 4‐20 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src1
1 つ目の入力 イ メ ージ
alpha
1 つ目の イ メ ージエ レ メ ン ト の重み
src2
2 つ目の入力 イ メ ージ
beta
2 つ目の イ メ ージエ レ メ ン ト の重み
gamma
各合計に追加 さ れ る ス カ ラ ー
dst
出力 イ メ ージ
説明
•
2 つの イ メ ージ src1 と src2 の重み付 き のエ レ メ ン ト ご と に合計を計算 し ます。
•
その結果を dst に保存 し ます。
•
重み付 き の合計は、 次の よ う に計算 さ れます。
•
イ メ ージ デー タ は src1 お よ び src2 に格納する 必要があ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src1 お よ び src2 のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
3 つのパ ラ メ ー タ ー、 alpha、 beta、 gamma のデー タ 型は同 じ であ る 必要があ り ます。
•
src1 お よ び src2 は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
•
dst は、 入力 と 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvAddWeighted
•
cv::addWeighted
hls::And
コー ド例
mask な し
template<int ROWS, int COLS, int SRC1_T, int SRC2_T, int DST_T>
void hls::And (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC1_T>& src1,
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC2_T>& src2,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst);
mask あ り
template<int ROWS, int COLS, int SRC1_T, int SRC2_T, int DST_T>
void hls::And (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC1_T>& src1,
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC2_T>& src2,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst,
hls::Mat<ROWS, COLS, HLS_8UC1>& mask,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst_ref);
パラ メ ー タ ー
表 4‐21 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src1
1 つ目の入力 イ メ ージ
src2
2 つ目の入力ス カ ラ ー
dst
出力 イ メ ージ
mask
演算 mask は計測 さ れ る dst イ メ ージのエ レ メ ン ト を指定す る
8 ビ ッ ト チ ャ ネルの イ メ ージ
dst_ref
mask(I) = 0 の場合の出力 イ メ ージ の エ レ メ ン ト を 格納す る リ
フ ァ レ ン ス イ メ ージ
説明
•
2 つの イ メ ージ、 src1 お よ び src2 のビ ッ ト の論理積を エ レ メ ン ト ご と に計算 し ます。
•
結果を イ メ ージ dst と し て戻 し ます。
•
mask あ り で計算 し た場合 :
•
イ メ ージ デー タ は src1 お よ び src2 に格納する 必要があ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
mask を使用 し て計算 し た場合、 mask と dst_ref にはデー タ が格納 さ れてい る 必要あ り ます。
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こ の関数を開始す る と 、 次の よ う にな り ます。
•
°
src1 お よ び src2 のデー タ が消費 さ れます。
注記 : mask を使用 し て計算 さ れた場合は、 mask お よ び dst_ref のデー タ も 消費 さ れます。
°
dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
src1 お よ び src2 は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
•
dst お よ び dst_ref は、 入力 と 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
•
mask は入力 と 同 じ サ イ ズであ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvAnd,
•
cv::bitwise_and
hls::Avg
コー ド例
mask な し
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, int DST_T>
hls::Scalar<HLS_MAT_CN(DST_T), DST_T> hls::Avg(
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src);
mask あ り
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, int DST_T>
hls::Scalar<HLS_MAT_CN(DST_T), DST_T> hls::Avg(
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Mat<ROWS, COLS, HLS_8UC1>& mask);
パラ メ ー タ ー
表 4‐22 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
mask
演算 mask は計測 さ れ る src イ メ ージのエ レ メ ン ト を指定す る
8 ビ ッ ト チ ャ ネルの イ メ ージ
説明
•
イ メ ージ src のエ レ メ ン ト の平均を計算 し ます。
•
結果を hls::Scalar 形式で戻 し ます。
•
mask あ り で計算 し た場合 :
•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます。
•
mask を使用 し て計算す る 場合、 mask にデー タ が格納 さ れてい る 必要あ り ます。
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•
こ の関数を起動す る と 、 src のデー タ が消費 さ れます。
•
mask を使用 し て計算す る 場合、 mask のデー タ も 消費 さ れます。
•
src お よ び mask は同 じ サ イ ズであ る 必要があ り ます。
•
mask には 0 以外のエ レ メ ン ト が含まれ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvAvg
•
cv::mean
hls::AvgSdv
コー ド例
mask な し
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, typename _T>
void hls::AvgSdv(
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Scalar<HLS_MAT_CN(SRC_T), _T>& avg,
hls::Scalar<HLS_MAT_CN(SRC_T), _T>& sdv);
mask あ り
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, typename _T>
void hls::AvgSdv(
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Scalar<HLS_MAT_CN(SRC_T), _T>& avg,
hls::Scalar<HLS_MAT_CN(SRC_T), _T>& sdv,
hls::Mat<ROWS, COLS, HLS_8UC1>& mask);
パラ メ ー タ ー
表 4‐23 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
avg
計算 し た中間値の出力ス カ ラ ー
sdv
計算 し た標準的な偏差値の出力ス カ ラ ー
mask
演算 mask は計測 さ れ る src イ メ ージのエ レ メ ン ト を指定す る
8 ビ ッ ト チ ャ ネルの イ メ ージ
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説明
•
イ メ ージ src のエ レ メ ン ト の平均を計算 し ます。
•
結果を hls::Scalar 形式で戻 し ます。
•
mask あ り で計算 し た場合 :
X-Ref Target - Figure 4-13
図 4‐13 : Ehls::AvgSdv 演算
•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます。
•
mask を使用 し て計算す る 場合、 mask にデー タ が格納 さ れてい る 必要あ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src のデー タ が消費 さ れます。
•
mask を使用 し て計算す る 場合、 mask のデー タ も 消費 さ れます。
•
引数 src お よ び mask は同 じ サ イ ズであ る 必要があ り ます。
•
mask には 0 以外のエ レ メ ン ト が含まれ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvAvgSdv
•
cv::meanStdDev
hls::Cmp
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int SRC1_T, int SRC2_T, int DST_T>
void hls::Cmp (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC1_T>& src1,
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC2_T>& src2,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst,
int cmp_op);
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パラ メ ー タ ー
表 4‐24 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src1
1 つ目の入力 イ メ ージ
src2
2 つ目の入力 イ メ ージ
dst
8 ビ ッ ト 出力のシ ン グルチ ャ ネル イ メ ージ
cmp_op
チ ェ ッ ク さ れ る エ レ メ ン ト 間の関係を指定する フ ラ グ
HLS_CMP_EQ
等号 (=)
HLS_CMP_GT
大な り (>)
HLS_CMP_GE
大な り イ コ ール (≧)
HLS_CMP_LT
小な り (<)
HLS_CMP_LE
小な り イ コ ール (≦)
HLS_CMP_NE
不等号
説明
•
2 つの入力 イ メ ージ、 src1 と src2 のエ レ メ ン ト ご と の比較を実行 し ます。
•
その結果を dst に保存 し ます。
•
比較結果が true であれば、 dst の該当エ レ メ ン ト が 255 に、 それ以外の場合は 0 に設定 さ れます。
•
イ メ ージ デー タ は src1 お よ び src2 に格納する 必要があ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src1 お よ び src2 のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
src1 お よ び src2 は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
•
dst は、 入力 と 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvCmp
•
cv::compare
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
hls::CmpS
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, typename P_T, int DST_T>
void hls::CmpS (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC1_T>& src,
P_T 値
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst,
int cmp_op);
パラ メ ー タ ー
表 4‐25 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
value
入力ス カ ラ ー値
dst
出力 8 ビ ッ ト のシ ン グルチ ャ ネル イ メ ージ
cmp_op
チ ェ ッ ク さ れ る エ レ メ ン ト 間の関係を指定する フ ラ グ
HLS_CMP_EQ
等号
HLS_CMP_GT
大な り
HLS_CMP_GE
大な り イ コ ール
HLS_CMP_LT
小な り
HLS_CMP_LE
小な り イ コ ール (≦)
HLS_CMP_NE
不等号
説明
•
入力 イ メ ージ src のエ レ メ ン ト と 入力値の比較を実行 し 、 結果を dst に保存 し ます。
•
比較結果が true であれば、 dst の該当エ レ メ ン ト が 255 に、 それ以外の場合は 0 に設定 さ れます。
•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
src お よ び dst は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvCmpS
•
cv::compare
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
hls::CornerHarris
コー ド例
template<int blockSize,int Ksize,typename KT,int SRC_T,int DST_T,int ROWS,int COLS>
void CornerHarris(
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>
&_src,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>
&_dst,
KT k);
パラ メ ー タ ー
表 4‐26 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
dst
検出 さ れた コ ーナーの出力マ ス ク
k
Harris 検出器パ ラ メ ー タ ー
borderType
ボーダーの処理方法
説明
•
こ の関数は、 Harris
エ ッ ジ/ コ ーナー検出器を イ ンプ リ メ ン ト し ます。 水平方向お よ び垂直方向の導関数が
Ksize*Ksize Sobel フ ィ ル タ ーを使用 し て概算 さ れ ます。 導関数の ロ ーカルの共分散行列 M は、 各ピ ク セル (x,y)
の blockSize*blockSize 近傍に収め ら れます。 こ の関数は、 関数を出力 し ます。
•
Ksize=3 のみがサポー ト さ れます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvCornerHarris
•
cv::cornerHarris
hls::CvtColor
コー ド例
template<int code, int ROWS, int COLS, int SRC_T, int DST_T>
void hls::CvtColor (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst);
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パラ メ ー タ ー
表 4‐27 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
dst
出力 イ メ ージ
code
色変換の タ イ プのテ ンプ レー ト パ ラ メ ー タ ー
説明
•
カ ラ ー イ メ ージ と グ レース ケール イ メ ージ を変換 し ます。 変換の タ イ プは、 コ ー ド の次の値で定義 さ れます。
°
HLS_RGB2GRAY : RGB カ ラ ー イ メ ージ を グ レース ケール イ メ ージに変換
°
HLS_BGR2GRAY : BGR カ ラ ー イ メ ージ を グ レース ケール イ メ ージに変換
°
HLS_GRAY2RGB : グ レース ケール イ メ ージ を RGB イ メ ージに変換
•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
src お よ び dst は、 同 じ サ イ ズで、 必要なチ ャ ネル数を含んでい る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvCvtColor
•
cv::cvtColor
hls::Dilate
コー ド例
デ フ ォル ト
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, int DST_T>
void hls::Dilate (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst);
カスタム
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, int DST_T, int K_ROWS, int K_COLS, typename
K_T, int Shape_type, int ITERATIONS>
void hls::Dilate (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>&
src,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>&
dst,
hls::Window<K_ROWS, K_COLS, K_T> & kernel);
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パラ メ ー タ ー
表 4‐28 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
dst
出力 イ メ ージ
kernel
hls::Window ク ラ ス で定義 さ れた拡張に使用 さ れ る 構造
エ レ メ ン ト の長方形。 エ レ メ ン ト 内の ア ン カ ー位置は
(K_ROWS/2, K_COLS/2) で、 3x3 長方形の構造エ レ メ ン
ト がデフ ォ ル ト で使用 さ れます。
Shape_type
構造エ レ メ ン ト の形
HLS_SHAPE_RECT
長方形の構造エ レ メ ン ト
HLS_SHAPE_CROSS
十字架型の構造エ レ メ ン ト 。 ア ン カーで交差
HLS_SHAPE_ELLIPSE
楕円形の構造エ レ メ ン ト 。 塗 り つぶ さ れた楕円は長方形
エ レ メ ン ト に含まれ る 。
ITERATIONS
拡張が適用 さ れ る 回数
説明
•
カーネル内で構築 さ れた指定 さ れた構造エ レ メ ン ト を使用 し て イ メ ージ src を拡張 し ます。
•
その結果を dst に保存 し ます。
•
拡張に よ り 、 その最大値に基づいて ピ ク セル近傍の形が決定 さ れます。
•
イ メ ージ src の各チ ャ ネルが個別に処理 さ れます。
•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
src お よ び dst は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvDilate
•
cv::dilate
hls::Duplicate
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, int DST_T>
void hls::Duplicate (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst1,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst2);
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パラ メ ー タ ー
表 4‐29 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
dst1
1 つ目の出力 イ メ ージ
dst2
2 つ目の出力 イ メ ージ
説明
•
入力 イ メ ージ src を 2 つの出力 イ メ ージ dst1 と dst2 に コ ピー し 、 2 つのデー タ パ ス の分岐点 と し ます。
•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます。
•
dst1 お よ び dst2 の イ メ ージ デー タ は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src のデー タ が消費 さ れ、 dst1 と dst2 の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
src、 dst1 お よ び dst2 は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
該当な し
hls::EqualizeHist
コー ド例
template<int SRC_T, int DST_T,int ROW, int COL>
void EqualizeHist(
Mat<ROW, COL, SRC_T>&_src,
Mat<ROW, COL, DST_T>&_dst);
パラ メ ー タ ー
表 4‐30 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
dst
出力 イ メ ージ
説明
•
各フ レームの ヒ ス ト グ ラ ム を計算 し 、 次の フ レームの範囲を正規化す る ために使用 し ます。
•
遅延があ る と 、 イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンの フ レーム バ ッ フ ァ ーは使用 さ れな く な り ます。
•
ヒ ス ト グ ラ ムは こ の関数内部の ス タ テ ィ ッ ク デー タ と し て格納 さ れ る ので、 EqualizeHist への呼び出 し は 1
回 し かで き ません。
•
入力は、 HLS_8UC1 型にな る はずです。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvEqualizeHist
•
cv::EqualizeHist
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hls::Erode
コー ド例
デフ ォ ル ト :
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, int DST_T>
void hls::Erode (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst);
カスタム :
template<int Shape_type,int ITERATIONS,int SRC_T, int DST_T,
typename KN_T,int IMG_HEIGHT,int IMG_WIDTH,int K_HEIGHT,int K_WIDTH>
void Erode(
hls::Mat<IMG_HEIGHT, IMG_WIDTH, SRC_T>&_src,
hls::Mat<IMG_HEIGHT, IMG_WIDTH, DST_T>&_dst,
hls::Window<K_HEIGHT,K_WIDTH,KN_T>&_kernel)
{
パラ メ ー タ ー
表 4‐31 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
dst
出力 イ メ ージ
kernel
hls::Window ク ラ ス で定義 さ れた拡張に使用 さ れ る 構造
エ レ メ ン ト の長方形。 エ レ メ ン ト 内の ア ン カ ー位置は
(K_ROWS/2, K_COLS/2) で、 3x3 長方形の構造エ レ メ ン
ト がデフ ォ ル ト で使用 さ れます。
Shape_type
構造エ レ メ ン ト の形
HLS_SHAPE_RECT
長方形の構造エ レ メ ン ト
HLS_SHAPE_CROSS
十字架型の構造エ レ メ ン ト 。 交差 し てい る と こ ろがア ン
カー。
HLS_SHAPE_ELLIPSE
楕円形の構造エ レ メ ン ト 。 塗 り つぶ さ れた楕円は長方形
エ レ メ ン ト に含まれ る 。
ITERATIONS
削減が適用 さ れ る 回数
説明
•
カーネル内で構築 さ れた指定 さ れた構造エ レ メ ン ト を使用 し て イ メ ージ src を削減 し ます。
•
その結果を dst に保存 し ます。
•
削減に よ り 、 その最大値に基づいて ピ ク セル近傍の形が決定 さ れ、 イ メ ージ src の各チ ャ ネルが個別に処理 さ
れます。
•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
src お よ び dst は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
•
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvErode
•
cv::erode
hls::FASTX
コー ド例
template<int SRC_T,int ROWS,int COLS>
void FASTX(
hls::Mat<ROWS,COLS,SRC_T>
&_src,
hls::Mat<ROWS,COLS,HLS_8UC1> &_mask,
int
_threshold,
bool
_nomax_supression);
template<typename T, int N, int SRC_T,int ROWS,int COLS>
void FASTX(
hls::Mat<ROWS,COLS,SRC_T>
&_src,
Point_<T> (&_keypoints)[N],
int
_threshold,
bool
_nomax_supression);
パラ メ ー タ ー
表 4‐32 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
mask
コ ーナーが検出 さ れた値 255 の出力 イ メ ージ
keypoints
検出 さ れた コ ーナーの座標のア レ イ
threshold
FAST 検出器の し き い値。ピ ク セルが window の真ん中の
ピ ク セル と こ の し き い値以上異な る 場合、 light ま た は
dark ピ ク セルのいずれかにな り ます。
nomax_supression
true の場合、 最大エ ッ ジ以外のエ ッ ジ抑制を イ ネーブル
に し ます。
説明
•
FAST コ ーナー検出器を イ ンプ リ メ ン ト し 、 コ ーナーの mask ま たは座標のア レ イ を生成 し ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvFAST
•
cv::FASTX
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
hls::Filter2D
コー ド例
template<typename BORDERMODE, int SRC_T, int DST_T, typename KN_T, typename POINT_T,
int IMG_HEIGHT,int IMG_WIDTH,int K_HEIGHT,int K_WIDTH>
void Filter2D(
Mat<IMG_HEIGHT, IMG_WIDTH, SRC_T>&_src,
Mat<IMG_HEIGHT, IMG_WIDTH, DST_T> &_dst,
Window<K_HEIGHT,K_WIDTH,KN_T>&_kernel,
Point_<POINT_T>anchor)
template<int SRC_T, int DST_T, typename KN_T, typename POINT_T,
int IMG_HEIGHT,int IMG_WIDTH,int K_HEIGHT,int K_WIDTH>
void Filter2D(
Mat<IMG_HEIGHT, IMG_WIDTH, SRC_T>&_src,
Mat<IMG_HEIGHT, IMG_WIDTH, DST_T> &_dst,
Window<K_HEIGHT,K_WIDTH,KN_T>&_kernel,
Point_<POINT_T>anchor)
anchor);
パラ メ ー タ ー
表 4‐33 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
dst
出力 イ メ ージ
kernel
hls::Window ク ラ ス で定義 さ れた 2D フ ィ ル タ ーの カー
ネル
anchor
カ ーネル内で フ ィ ル タ ー さ れた地点の相対的な位置 を
示すカーネルのア ン カー
説明
•
指定 し た カーネルを使用 し て任意線形フ ィ ル タ ーを イ メ ージ src に適用 し ます。
•
結果を イ メ ージ dst に保存 し ます。
•
こ の関数では、 カーネルを使用 し て相互関係が計算 さ れ、 イ メ ージが フ ィ ル タ ー さ れます。
•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
src お よ び dst は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
こ の関数は border モー ド の有無に関係な く 使用で き ます。
使用方法 :
hls::GaussianBlur<3,3,BORDER_CONSTANT>(src,dst)
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
hls::GaussianBlur<3,3>(src,dst)
border モー ド が選択 さ れていない場合は、 デフ ォ ル ト の BORDER_DEFAULT モー ド が使用 さ れます。
border モー ド の選択肢は、 次の と お り です。
BORDER_CONSTANT : 0 で拡張 さ れた入力
BORDER_REPLICATE .: バ ウ ン ダ リ 値: abcdeeee を使用 し てバ ウ ン ダ リ で拡張 さ れた入力
BORDER_REFLECT : 重複 し たエ ッ ジ ピ ク セル abcdeedc を使用 し てバ ウ ン ダ リ で拡張 さ れた入力
BORDER_REFLECT_101 : 重複 し ないエ ッ ジ ピ ク セル abcdedcb を使用 し てバ ウ ン ダ リ で拡張 さ れた入力
BORDER_DEFAULT : BORDER_REFLECT_101 と 同 じ
•
cvFilter2D
•
cv::filter2D
hls::GaussianBlur
コー ド例
template<int KH,int KW,int SRC_T,int DST_T,int ROWS,int COLS>
void GaussianBlur(
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>
&_src,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>
&_dst);
パラ メ ー タ ー
表 4‐34 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
dst
出力 イ メ ージ
説明
•
正規化 さ れた 2D Gaussian Blur フ ィ ル タ ーを入力に適用 し ます。
•
フ ィ ル タ ー係数は、 KH お よ び KW パ ラ メ ー タ ー (3 ま たは 5 のいずれか) で決定 さ れます。
•
3x3 フ ィ ル タ ー タ ッ プ :
[1,2,1
2,4,2
1,2,1] * 1/16
•
5x5 フ ィ ル タ ー タ ッ プ :
[1, 2, 3, 2, 1,
2, 5, 6, 5, 2,
3, 6, 8, 6, 3,
2, 5, 6, 5, 2,
1, 2, 3, 2, 1]* 1/84
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cv::GaussianBlur
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
hls::Harris
コー ド例
template<int blockSize,int Ksize,typename KT,int SRC_T,int DST_T,int ROWS,int COLS>
void Harris(
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>
&_src,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>
&_dst,
KT k,
int threshold);
パラ メ ー タ ー
表 4‐35 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
dst
検出 さ れた コ ーナーの出力 mask
k
Harris 検出器パ ラ メ ー タ ー
threshold
最大検出結果の し き い値
説明
•
こ の関数は、 Harris エ ッ ジ ま たは コ ーナー検出器を イ ンプ リ メ ン ト し ます。
•
水平方向お よ び垂直方向の導関数が Ksize*Ksize Sobel フ ィ ル タ ーを使用 し て概算 さ れます。
•
導関数の ロ ーカルの共分散行列 M は、 各ピ ク セル (x,y) の blockSize*blockSize 近傍に収め ら れます。
•
関数が最大にな る 箇所お よ び
し き い値を超え る 箇所を示 し 、 出力 イ メ ージに コ ーナー /エ ッ ジ と し てマー ク し ます。
•
Ksize=3 のみがサポー ト さ れます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvCornerHarris
•
cv::cornerHarris
hls::HoughLines2
コー ド例
template<typename AT,typename RT>
struct Polar_
AT angle;
RT
rho;
};
template<unsigned int theta,unsigned int rho,typename AT,typename RT,int SRC_T,int
ROW,int COL,unsigned int linesMax>
void HoughLines2(
hls::Mat<ROW,COL,SRC_T> &_src,
Polar_<AT,RT> (&_lines)[linesMax],
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
unsigned int threshold
);
パラ メ ー タ ー
表 4‐36 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
lines
パ ラ メ ー タ ー化 さ れた ラ イ ンのア レ イ で、 極座標で表示
threshold
戻 さ れ る 前に ラ イ ン上にの る 必要のあ る ピ ク セル数
説明
ハフ ラ イ ンの変換を イ ンプ リ メ ン ト し ます。
•
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvHoughLines2
•
cv::HoughLines
hls::Integral
コー ド例
template<int SRC_T, int DST_T, int ROWS,int COLS>
void Integral(
Mat<ROWS, COLS, SRC_T>&_src,
Mat<ROWS+1, COLS+1, DST_T>&_sum);
template<int SRC_T, int DST_T,int DSTSQ_T, ROWS,int COLS>
void Integral(
Mat<ROWS, COLS, SRC_T>&_src,
Mat<ROWS+1, COLS+1, DST_T>&_sum,
Mat<ROWS+1, COLS+1, DSTSQ_T>&_sqsum);
パラ メ ー タ ー
表 4‐37 : パ ラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
sum
ピ ク セルの上お よ び左の入力 イ メ ージの ピ ク セル合計
sqsum
ピ ク セルの上お よ び左の入力 イ メ ージ の ピ ク セルの二
乗の合計
説明
•
積分 イ メ ージの計算を イ ンプ リ メ ン ト し ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvIntegral
•
cv::integral
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
hls::InitUndistortRectifyMap
コー ド例
template< typename CMT, typename RT, typename DT, int ROW, int COL, int MAP1_T, int MAP2_T,
int N>
void InitUndistortRectifyMap(
Window<3,3, CMT> cameraMatrix,
DT (&distCoeffs)[N],
Window<3,3, RT> R,
Window<3,3, CMT> newcameraMatrix,
Mat<ROW, COL, MAP1_T> &map1,
Mat<ROW, COL, MAP2_T> &map2);
template< typename CMT, typename RT, typename DT, int ROW, int COL, int MAP1_T, int MAP2_T,
int N>
void InitUndistortRectifyMapInverse(
Window<3,3, CMT> cameraMatrix,
DT (&distCoeffs)[N],
Window<3,3, ICMT> ir
Mat<ROW, COL, MAP1_T> &map1,
Mat<ROW, COL, MAP2_T> &map2);
パラ メ ー タ ー
表 4‐38 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
cameraMatrix
古い座標シ ス テ ムでカ メ ラ を表す入力マ ト リ ッ ク ス
DT
入力変形係数 (通常、 4、 5、 ま たは 8 の変形係数が提供
さ れます)
R
入力回転マ ト リ ッ ク ス
newCameraMatrix
新 し い座標シ ス テ ムでカ メ ラ を表す入力マ ト リ ッ ク ス
ir
Invert(newcameraMatrix*R) と 同 じ 入力変換マ ト リ ッ ク ス
map1、 map2
リ マ ッ プ を表す イ メ ージ
説明
•
こ れ ら の関数は、 パ ラ メ ー タ ーのセ ッ ト に基づいて map1 お よ び map2 を生成 し ます。 map1 お よ び map2 は
hls::Remap() に最適な入力です。 FIXME は OpenCV 資料か ら 式を取得 し ます。
•
通常は、 ir
を計算す る ための フ レーム ご と のプ ロ セ ス が合成 ロ ジ ッ ク の外部で実行 さ れ る ので、 合成には
InitUndistortRectifyMapInverse() の方が推奨 さ れます。 さ ま ざ ま なパ ラ メ ー タ ーが浮動小数点ま たは固定小数点で
あ る 可能性があ り ます。 固定小数点の入力が使用 さ れ る と 、 少な く と も ICMT で提供 さ れ る 精度が使用 さ れて内
部座標変換が実行 さ れます。
•
こ の関数に イ ンプ リ メ ン ト さ れ る 座標変換はハー ド ウ ェ ア リ ソ ース集中型なので、入力パ ラ メ ー タ ーが固定小数
点で、 使用可能な外部 メ モ リ のバン ド 幅が十分あ る 場合は、 こ の関数の結果を オ フ ラ イ ンで計算 し て、 外部 メ モ
リ の map1 お よ び map2 に保存す る 方が推奨 さ れ る こ と も あ り ます。
制限
map1 お よ び map2 は HLS_16SC2 と し てのみサポー ト さ れ ます。 cameraMatrix、 newCameraMatrix は、 次の形式を使
用 し て正規化 さ れます。
[f_x,0,c_x,
高位合成
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
0,f_y,c_y,
0,0,1]
R お よ び ir も 次の形式を使用 し て正規化 さ れます。
[a,b,c,
d,e,f,
0,0,1]
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cv::initUndistortRectifyMap
hls::Max
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int SRC1_T, int SRC2_T, int DST_T>
void hls::Max (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC1_T>& src1,
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC2_T>& src2,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst);
パラ メ ー タ ー
表 4‐39 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src1
1 つ目の入力 イ メ ージ
src2
2 つ目の入力 イ メ ージ
dst
出力 イ メ ージ
説明
•
2 つの入力 イ メ ージ、 src1 お よ び src2 のエ レ メ ン ト ご と の最大を計算 し て、 結果を dst に保存 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は src1 お よ び src2 に格納する 必要があ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src1 お よ び src2 のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
src1 お よ び src2 は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。 dst は、 入力 と 同 じ サ イ ズお よ び
チ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvMax
•
cv::max
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
hls::MaxS
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, typename P_T, int DST_T>
void hls::MaxS (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
P_T 値
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst);
パラ メ ー タ ー
表 4‐40 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
value
入力ス カ ラ ー値
dst
出力 イ メ ージ
説明
•
入力 イ メ ージ src のエ レ メ ン ト と 入力値の最大を計算 し 、 結果を dst に保存 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
src お よ び dst は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvMaxS
•
cv::max
hls::Mean
コー ド例
mask な し
template<typename DST_T, int ROWS, int COLS, int SRC_T>
DST_T hls::Mean(
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src);
mask あ り
template<typename DST_T, int ROWS, int COLS, int SRC_T>
DST_T hls::Mean(
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Mat<ROWS, COLS, HLS_8UC1>& mask);
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
パラ メ ー タ ー
表 4‐41 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
mask
演算 mask は計測 さ れ る src イ メ ージ のエ レ メ ン ト を
指定する 8 ビ ッ ト チ ャ ネルの イ メ ージ
説明
•
イ メ ージ src のエ レ メ ン ト の平均を計算 し 、 結果の ス カ ラ ーの最初のチ ャ ネル値を返 し ます。
•
mask あ り で計算 し た場合 :
•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます (mask を使用 し て計算 さ れ る 場合、 mask にはデー タ が格納 さ
れてい る 必要あ り )。
•
こ の関数を開始す る と 、 src のデー タ が消費 さ れ (mask を使用 し て計算 し た場合、 mask のデー タ も 消費 さ れま
す)。
•
src お よ び mask は同 じ サ イ ズであ る 必要があ り ます。 mask には 0 以外のエ レ メ ン ト が含まれ る 必要があ り ま
す。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvMean
•
cv::mean
hls::Merge
コー ド例
2 つのシ ン グルチ ャ ネル イ メ ージの入力 :
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, int DST_T>
void hls::Merge (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src0,
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src1,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst);
3 つのシ ン グルチ ャ ネル イ メ ージの入力 :
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, int DST_T>
void hls::Merge (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src0,
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src1,
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src2,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst);
4 つのシ ン グルチ ャ ネル イ メ ージの入力 :
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, int DST_T>
void hls::Merge (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src0,
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
hls::Mat<ROWS,
hls::Mat<ROWS,
hls::Mat<ROWS,
hls::Mat<ROWS,
COLS,
COLS,
COLS,
COLS,
SRC_T>&
SRC_T>&
SRC_T>&
DST_T>&
src1,
src2,
src3,
dst);
パラ メ ー タ ー
表 4‐42 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src0
１ つ目のシ ン グルチ ャ ネル入力 イ メ ージ
src1
2 つ目のシ ン グルチ ャ ネル入力 イ メ ージ
src2
3 つ目のシ ン グルチ ャ ネル入力 イ メ ージ
src3
4 つ目のシ ン グルチ ャ ネル入力 イ メ ージ
dst
出力マルチチ ャ ネル イ メ ージ
説明
•
複数のシ ン グルチ ャ ネル イ メ ージか ら マルチチ ャ ネル イ メ ージ dst を作成 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は入力 イ メ ージに格納する 必要があ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 入力のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
入力 イ メ ージは、 同 じ サ イ ズで、 シ ン グルチ ャ ネルであ る 必要があ り ます。 dst は入力 と 同 じ サ イ ズで、 dst の
チ ャ ネル数は入力 イ メ ージの数 と 同 じ であ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvMerge
•
cv::merge
hls::Min
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int SRC1_T, int SRC2_T, int DST_T>
void hls::Min (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC1_T>& src1,
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC2_T>& src2,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst);
パラ メ ー タ ー
表 4‐43 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src1
1 つ目の入力 イ メ ージ
src2
2 つ目の入力 イ メ ージ
dst
出力 イ メ ージ
説明
•
2 つの入力 イ メ ージ、 src1 お よ び src2 のエ レ メ ン ト ご と の最小を計算 し て、 結果を dst に保存 し ます。
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
•
イ メ ージ デー タ は src1 お よ び src2 に格納する 必要があ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src1 お よ び src2 のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
src1 お よ び src2 は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
•
dst は、 入力 と 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvMin
•
cv::min
hls::MinMaxLoc
コー ド例
mask な し
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, typename P_T>
void hls::MinMaxLoc (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
P_T* min_val,
P_T* max_val,
hls::Point& min_loc,
hls::Point& max_loc);
mask あ り
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, typename P_T>
void hls::MinMaxLoc (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
P_T* min_val,
P_T* max_val,
hls::Point& min_loc,
hls::Point& max_loc,
hls::Mat<ROWS, COLS, HLS_8UC1>& mask);
パラ メ ー タ ー
表 4‐44 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
min_val
出力最小値へのポ イ ン タ ー
max_val
出力最大値へのポ イ ン タ ー
min_loc
入力 イ メ ージの最小位置の出力ポ イ ン ト
max_loc
入力 イ メ ージの最大位置の出力ポ イ ン ト
mask
演算 mask は検出 さ れ る src イ メ ージ のエ レ メ ン ト を
指定する 8 ビ ッ ト チ ャ ネルの イ メ ージ
説明
•
グ ロ ーバル最小値お よ び最大値 と 、 入力 イ メ ージ src でのそれ ら の位置を検出 し ます。
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•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます (mask を使用 し て計算 さ れ る 場合、 mask にはデー タ が格納
さ れてい る 必要あ り )。
•
こ の関数を開始す る と 、 src のデー タ が消費 さ れます (mask を使用 し て計算 し た場合)。mask のデー タ も 消費 さ
れます)。
•
min_val お よ び max_val には、 同 じ デー タ 型が必要で、 src お よ び mask は同 じ サ イ ズであ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvMinMaxLoc
•
cv::minMaxLoc
hls::MinS
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, typename P_T, int DST_T>
void hls::MinS (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
P_T 値
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst);
パラ メ ー タ ー
表 4‐45 : パ ラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
value
入力ス カ ラ ー値
dst
出力 イ メ ージ
説明
•
入力 イ メ ージ src のエ レ メ ン ト と 入力値の最小を計算 し 、 結果を dst に保存 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
src お よ び dst は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvMinS
•
cv::min
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480
C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
hls::Mul
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int SRC1_T, int SRC2_T, int DST_T, typename P_T>
void hls::Mul (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC1_T>& src1,
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC2_T>& src2,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst,
P_T scale=1);
パラ メ ー タ ー
表 4‐46 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src1
1 つ目の入力 イ メ ージ
src2
2 つ目の入力 イ メ ージ
dst
出力 イ メ ージ
scale
オプシ ョ ンの ス ケール係数
説明
•
2 つの入力 イ メ ージ、 src1 と src2 のエ レ メ ン ト ご と の積を計算 し ます。
•
結果を イ メ ージ dst に保存 し ます。 オプシ ョ ンの倍率 scale を使用で き ます。
•
イ メ ージ デー タ は src1 お よ び src2 に格納する 必要があ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src1 お よ び src2 のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
src1 お よ び src2 は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
•
dst は、 入力 と 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvMul
•
cv::multiply
hls::Not
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, int DST_T>
void hls::Not (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst);
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
パラ メ ー タ ー
表 4‐47 : パ ラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
dst
出力 イ メ ージ
説明
•
イ メ ージ src のエ レ メ ン ト ご と のビ ッ ト 反転を実行 し ます。
•
結果を イ メ ージ dst と し て出力 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
src お よ び dst は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvNot
•
cv::bitwise_not
hls::PaintMask
コー ド例
template<int SRC_T,int MASK_T,int ROWS,int COLS>
void PaintMask(
hls::Mat<ROWS,COLS,SRC_T>
&_src,
hls::Mat<ROWS,COLS,MASK_T>
&_mask,
hls::Mat<ROWS,COLS,SRC_T>
&_dst,
hls::Scalar<HLS_MAT_CN(SRC_T),HLS_TNAME(SRC_T)> _color);
パラ メ ー タ ー
表 4‐48 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
mask
入力マ ス ク
dst
出力 イ メ ージ
color
マー ク に使用する 色
説明
•
デス テ ィ ネーシ ョ ン イ メ ージの各ピ ク セルが color (mask が 0 でない場合) ま たは入力 イ メ ージか ら の該当ピ ク
セルのいずれかに設定 さ れます。
•
src、 mask、 お よ び dst はすべて同 じ サ イ ズにす る 必要があ り ます。
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482
C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
hls::Range
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, int DST_T, typename P_T>
void hls::Range (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst,
P_T start,
P_T end);
パラ メ ー タ ー
表 4‐49 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力シ ン グルチ ャ ネル イ メ ージ
dst
出力シ ン グルチ ャ ネル イ メ ージ
start
範囲の左側のバ ウ ン ダ リ 値
end
範囲の右側のバ ウ ン ダ リ 値
説明
•
次の規則を使用 し て イ メ ージ src のすべての値を設定 し て、 結果を イ メ ージ dst と し て戻 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
src お よ び dst は、 同 じ サ イ ズで、 シ ン グルチ ャ ネル イ メ ージであ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvRange
hls::Remap
コー ド例
template <int WIN_ROW, int ROW, int COL, int SRC_T, int DST_T, int MAP1_T, int
MAP2_T>
void Remap(
hls::Mat<ROW, COL, SRC_T>
&src,
hls::Mat<ROW, COL, DST_T>
&dst,
hls::Mat<ROW, COL, MAP1_T>
&map1,
hls::Mat<ROW, COL, MAP2_T>
&map2);
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
パラ メ ー タ ー
表 4‐50 : パ ラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
dst
出力 イ メ ージ
• map1
• map2
リ マップ
説明
•
指定 し た リ マ ッ プに従っ て ソ ース イ メ ージ src をデス テ ィ ネーシ ョ ン イ メ ージ dst に リ マ ッ プ し ます。出力 イ
メ ージの各ピ ク セルには、 入力ピ ク セルの座標が map1 お よ び map2 で指定 さ れます。
•
こ の 関数 は、 垂直視差 の 小 さ い カ メ ラ の ス ト リ ー ミ ン グ 処理 の た め に 作成 さ れ て お り 、 入力 イ メ ー ジ の
WIN_ROW 行を含む リ マ ッ プを イ ネーブルにする ための内部 ラ イ ン バ ッ フ ァ ーが含まれます。行 r_o の出力ピ ク
セルに該当す る 入力ピ ク セルの row r_i が [r_o-(WIN_ROW/2-1], r_o+(WIN_ROW/2-1) の範囲にない場合は、 出力
が黒にな り ます。
•
ま た、 ラ イ ン バ ッ フ ァ ーのアーキ テ ク チ ャ のため、 WIN_ROW お よ び COL が 2 のべ き 乗であ る 場合は、 関数で
使用 さ れ る リ ソ ース が少な く な り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvRemap
hls::Reduce
コー ド例
template<typename INTER_SUM_T, int ROWS, int COLS, int SRC_T, int DST_ROWS, int
DST_COLS, int DST_T>
void hls::Reduce (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Mat<DST_ROWS, DST_COLS, DST_T>& dst,
int dim,
int reduce_op=HLS_REDUCE_SUM);
パラ メ ー タ ー
表 4‐51 : パ ラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力マ ト リ ッ ク ス
dst
出力ベ ク タ ー
dim
行列が削減 さ れ る と き の次元指数。 0 は行列
が 1 行に削減 さ れた こ と を、 1 は行列が 1 列
に削減 さ れた こ と を意味 し ます。
reduce_op
削減演算
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
表 4‐51 : パ ラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
HLS_REDUCE_SUM
出力は、 マ ト リ ッ ク ス の行 と 列すべ
ての合計にな り ます。
HLS_REDUCE_AVG
マ ト リ ッ ク ス の行 と 列すべての平均
にな り ます。
HLS_REDUCE_MAX
出力は、 マ ト リ ッ ク ス の行 と 列の最
大値にな り ます。
HLS_REDUCE_MIN
出力は、 マ ト リ ッ ク ス の行 と 列の最
小値にな り ます。
説明
•
2D イ メ ージ src を dim (次元) と 共にベ ク タ ー dst ま で削減 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます。
•
dst のデー タ は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvReduce,
•
cv::reduce
hls::Resize
コー ド例
template<int SRC_T, int ROWS,int COLS,int DROWS,int DCOLS>
void Resize (
Mat<ROWS, COLS, SRC_T>
&_src,
Mat<DROWS, DCOLS, SRC_T>&_dst);
パラ メ ー タ ー
表 4‐52 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
dst
出力 イ メ ージ
説明
•
入力 イ メ ージ を双線補間を使用 し て出力 イ メ ージのサ イ ズに変更 し ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvResize
•
cv::resize
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485
C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
hls::Set
コー ド例
src イ メ ージの設定 :
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, typename _T, int DST_T>
void hls::Set (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Scalar<HLS_MAT_CN(DST_T), _T> scl,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst);
dst イ メ ージの生成 :
template<int ROWS, int COLS, typename _T, int DST_T>
void hls::Set (
hls::Scalar<HLS_MAT_CN(DST_T), _T> scl,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst);
パラ メ ー タ ー
表 4‐53 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
scl
設定する ス カ ラ ー値
dst
出力 イ メ ージ
説明
•
イ メ ージ src のエ レ メ ン ト を任意の ス カ ラ ー値 scl に設定 し ます。
•
結果を イ メ ージ dst と し て保存 し ます。
•
入力 イ メ ージがない場合は、 ス カ ラ ー値 scl を含むすべてのエ レ メ ン ト と 一緒に dst イ メ ージ を生成 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
src お よ び scl は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
•
dst は、 src と 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvSet
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
hls::Scale
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, int DST_T, typename P_T>
void hls::Scale (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst,
P_T scale=1.0,
P_T shift=0.0);
パラ メ ー タ ー
表 4‐54 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
dst
出力 イ メ ージ
scale
ス ケール係数の値
shift
ス ケール さ れたエ レ メ ン ト へ追加 さ れた値
説明
•
入力 イ メ ージ src をオプシ ョ ンの線形変換を使用 し て変換 し ます。
•
結果を イ メ ージ dst と し て保存 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
src お よ び dst のサ イ ズお よ びチ ャ ネル数は同 じ であ る 必要があ り 、 scale お よ び shift のデー タ 型は同 じ であ る
必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvScale
•
cvConvertScale
高位合成
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487
C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
hls::Sobel
コー ド例
template<int XORDER, int YORDER, int SIZE, typename BORDERMODE, int SRC_T, int DST_T,
int ROWS,int COLS,int DROWS,int DCOLS>
void Sobel (
Mat<ROWS, COLS, SRC_T>&_src,
Mat<DROWS, DCOLS, DST_T>&_dst)
template<int XORDER, int YORDER, int SIZE, int SRC_T, int DST_T, int ROWS,int
COLS,int DROWS,int DCOLS>
void Sobel (
Mat<ROWS, COLS, SRC_T>&_src,
Mat<DROWS, DCOLS, DST_T>&_dst)
パラ メ ー タ ー
表 4‐55 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
dst
出力 イ メ ージ
説明
•
水平ま たは垂直方向の Sobel フ ィ ル タ ーを計測 し 、 水平ま たは垂直方向の導関数を返 し ます。 次の よ う な フ ィ ル
タ ーを使用 し ます。
[-1,0,1
-2,0,2,
-1,0,1]
•
サポー ト さ れ る のは SIZE=3 のみで、
•
XORDER=1 お よ び YORDER=0 (水平方向の導関数の場合) ま たは XORDER=0 お よ び YORDER=1 (垂直方向の導
関数の場合) のみがサポー ト さ れます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
こ の関数は border モー ド の有無に関係な く 使用で き ます。
使用方法 :
hls::Sobel<1,0,3,BORDER_CONSTANT>(src,dst)
hls::Sobel<1,0,3>(src,dst)
border モー ド が選択 さ れていない場合は、 デフ ォ ル ト の BORDER_DEFAULT モー ド が使用 さ れます。
border モー ド の選択肢は、 次の と お り です。
BORDER_CONSTANT : 0 で拡張 さ れた入力
BORDER_REPLICATE .: バ ウ ン ダ リ 値: abcdeeee を使用 し てバ ウ ン ダ リ で拡張 さ れた入力
BORDER_REFLECT : 重複 し たエ ッ ジ ピ ク セル abcdeedc を使用 し てバ ウ ン ダ リ で拡張 さ れた入力
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BORDER_REFLECT_101 : 重複 し ないエ ッ ジ ピ ク セル abcdedcb を使用 し てバ ウ ン ダ リ で拡張 さ れた入力
BORDER_DEFAULT : BORDER_REFLECT_101 と 同 じ
•
cvSobel
hls::Split
コー ド例
入力 イ メ ージが 2 チ ャ ネルの場合 :
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, int DST_T>
void hls::Split (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst0,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst1);
入力 イ メ ージが 3 チ ャ ネルの場合 :
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, int DST_T>
void hls::Split (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst0,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst1,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst2);
入力 イ メ ージが 4 チ ャ ネルの場合 :
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, int DST_T>
void hls::Split (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst0,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst1,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst2,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst3);
パラ メ ー タ ー
表 4‐56 : パ ラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力マルチチ ャ ネル イ メ ージ
dst0
1 つ目のシ ン グルチ ャ ネル出力 イ メ ージ
dst1
2 つ目のシ ン グルチ ャ ネル出力 イ メ ージ
dst2
3 つ目のシ ン グルチ ャ ネル出力 イ メ ージ
dst3
4 つ目のシ ン グルチ ャ ネル出力 イ メ ージ
説明
•
複数のシ ン グルチ ャ ネル イ メ ージか ら のマルチチ ャ ネル イ メ ージ src をパーテ ィ シ ョ ン し ます。
•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます。
•
出力の イ メ ージ デー タ は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src のデー タ が消費 さ れ、 出力の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
出力 イ メ ージは、 同 じ サ イ ズで、 シ ン グルチ ャ ネルであ る 必要があ り ます。
•
src は出力 と 同 じ サ イ ズであ る 必要があ り ます。
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src のチ ャ ネル数は出力 イ メ ージの数 と 同 じ であ る 必要があ り ます。
•
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvSplit
•
cv::split
hls::SubRS
コー ド例
mask な し
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, typename _T, int DST_T>
void hls::SubRS (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Scalar<HLS_MAT_CN(SRC_T), _T>& scl,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst);
mask あ り
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, typename _T, int DST_T>
void hls::SubRS (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Scalar<HLS_MAT_CN(SRC_T), _T>& scl,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst,
hls::Mat<ROWS, COLS, HLS_8UC1>& mask,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst_ref);
パラ メ ー タ ー
表 4‐57 : パ ラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
scl
入力ス カ ラ ー
dst
出力 イ メ ージ
mask
演算 mask は計測 さ れ る dst イ メ ージのエ レ メ ン ト を指
定する 8 ビ ッ ト チ ャ ネルの イ メ ージ
dst_ref
mask(I) = 0 の場合の出力 イ メ ージ のエ レ メ ン ト を格納
する リ フ ァ レ ン ス イ メ ージ
説明
•
ス カ ラ ー値 scl と イ メ ージ src 間の違いを計算 し ます。
•
その結果を dst に保存 し ます。
•
mask あ り で計算 し た場合 :
•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます。
•
mask を使用 し て計算 し た場合、 mask と dst_ref にはデー タ が格納 さ れてい る 必要あ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
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•
こ の関数を起動す る と 、 src のデー タ が消費 さ れます。
•
mask を使用 し て計算 し た場合、mask と dst_ref のデー タ も 消費 さ れ、dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
src お よ び scl は、 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。 dst お よ び dst_ref は、 src と 同 じ サ イ
ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。 mask は src と 同 じ サ イ ズであ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvSubRS
•
cv::subtract
hls::SubS
コー ド例
mask な し
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, typename _T, int DST_T>
void hls::SubRS (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Scalar<HLS_MAT_CN(SRC_T), _T>& scl,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst);
mask あ り
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, typename _T, int DST_T>
void hls::SubRS (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Scalar<HLS_MAT_CN(SRC_T), _T>& scl,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst,
hls::Mat<ROWS, COLS, HLS_8UC1>& mask,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst_ref);
パラ メ ー タ ー
表 4‐58 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
scl
入力ス カ ラ ー
dst
出力 イ メ ージ
mask
演算 mask は計測 さ れ る dst イ メ ージのエ レ メ ン ト を指
定する 8 ビ ッ ト チ ャ ネルの イ メ ージ
dst_ref
mask(I) = 0 の場合の出力 イ メ ージ のエ レ メ ン ト を格納
する リ フ ァ レ ン ス イ メ ージ
説明
•
イ メ ージ src と ス カ ラ ー値 scl のエ レ メ ン ト 間の違いを計算 し ます。
•
その結果を dst に保存 し ます。
mask あ り で計算 し た場合 :
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C ラ イブラ リ リ フ ァ レンス
•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます。
•
mask を使用 し て計算 し た場合、 mask と dst_ref にはデー タ が格納 さ れてい る 必要あ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
mask を使用 し て計算 さ れた場合は、 mask お よ び dst_ref のデー タ も 消費 さ れます。
•
dst お よ び dst_ref は、 src と 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
•
•
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvSub
•
cv::subtract
hls::Sum
コー ド例
template<typename DST_T, int ROWS, int COLS, int SRC_T>
hls::Scalar<HLS_MAT_CN(SRC_T), DST_T> hls::Sum(
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src);
パラ メ ー タ ー
表 4‐59 : パ ラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
入力 イ メ ージ
src
説明
•
•
結果は ス カ ラ ー値 と し て戻 さ れます。
•
•
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvSum
•
cv::sum
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hls::Threshold
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, int DST_T, typename P_T>
void hls::Threshold (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst,
P_T thresh,
P_T maxval,
int thresh_type);
パラ メ ー タ ー
表 4‐60 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力シ ン グルチ ャ ネル イ メ ージ
dst
出力シ ン グルチ ャ ネル イ メ ージ
thresh
し き い値
maxval
一部の し き い値型 と 一緒に使用する ための最大値
thresh_type
し き い値型詳細は説明を参照
説明
シ ン グルチ ャ ネル イ メ ージの各エ レ メ ン ト に固定レベルの し き い値を実行 し て、 シ ン グルチ ャ ネル イ メ ージ dst と
し て結果を戻 し ます。 こ の関数でサポー ト さ れ る し き い値 タ イ プは、 次の thresh_type で決ま り ます。
HLS_THRESH_BINARY
HLS_THRESH_BINARY_INV
HLS_THRESH_TRUNC
HLS_THRESH_TOZERO
HLS_THRESH_TOZERO_INV
•
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
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OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvThreshold
•
cv::threshold
hls::Zero
コー ド例
template<int ROWS, int COLS, int SRC_T, int DST_T>
void hls::Zero (
hls::Mat<ROWS, COLS, SRC_T>& src,
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst);
dst イ メ ージの生成 :
template<int ROWS, int COLS, int DST_T>
void hls::Zero (
hls::Mat<ROWS, COLS, DST_T>& dst);
パラ メ ー タ ー
表 4‐61 : パラ メ ー タ ー
パラ メ ー タ ー
説明
src
入力 イ メ ージ
dst
出力 イ メ ージ
説明
•
イ メ ージ src のエ レ メ ン ト を 0 に設定 し ます。
•
結果を イ メ ージ dst と し て保存 し ます。
•
入力 イ メ ージがない場合は、 すべてのエ レ メ ン ト を 0 で イ メ ージ dst を生成 し ます。
•
イ メ ージ デー タ は src に格納す る 必要があ り ます。
•
dst の イ メ ージ フ ィ ール ド は起動前に空にな っ てい る 必要があ り ます。
•
こ の関数を起動す る と 、 src のデー タ が消費 さ れ、 dst の イ メ ージ デー タ が満た さ れます。
•
dst は、 src と 同 じ サ イ ズお よ びチ ャ ネル数であ る 必要があ り ます。
OpenCV リ フ ァ レ ン ス
•
cvSetZero
•
cvZero
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付録 5
その他の リ ソ ース
ザイ リ ン ク ス リ ソ ース
ア ンサー、 資料、 ダ ウ ン ロ ー ド 、 フ ォー ラ ム な ど のサポー ト リ ソ ース は、 次のザ イ リ ン ク ス サ
ポー ト サ イ ト を参照 し て く だ さ い。 http://japan.xilinx.com/support
ザ イ リ ン ク ス 資 料 で 使 用 さ れ る 用 語 集 に つ い て は、 次 を 参 照 し て く だ さ い。
http://japan.xilinx.com/company/terms.htm.
ソ リ ュ ーシ ョ ン セ ン タ ー
デバ イ ス、 ツール、 IP のサポー ト については、 ザ イ リ ン ク ス ソ リ ュ ーシ ョ ン セ ン タ ーを参照 し
て く だ さ い。 ト ピ ッ ク には、 デザ イ ン ア シ ス タ ン ト 、 ア ド バ イ ザ リ 、 ト ラ ブルシ ュ ー ト ヒ ン ト
な ど が含まれます。
ト レーニ ング ビデオ
•
http://japan.xilinx.com/training/vivado/index.htm
参照資料
1. Vivado Design Suite ユーザー ガ イ ド リ リ ース ノ ー ト 、 イ ン ス ト ールお よ び ラ イ セ ン ス』
(UG973)
2. 『Vivado Design Suite ユーザー ガ イ ド : 高位合成』 (UG902)
3. 『Vivado Design Suite チ ュ ー ト リ アル : 高位合成』 (UG871)
4. Vivado Design Suite ビデオ チ ュ ー ト リ アル (http://japan.xilinx.com/training/vivado/index.htm)
5. Vivado Design Suite 資料ページ
(http://japan.xilinx.com/support/documentation/dt_vivado2013-4.htm)
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Color Analyzer

エフエム世田谷のインターネットサイマルラジオ

建物の特徴、洋間（PDF 48KB）

モーションマルチアングル（ MMA） マルチキャスト／ HLS 配信システム

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E ラーニングシステムと OSS を用いたストリーミング動画配信 サーバの

色特徴を用いた追い抜き車両の特定 - 有木研究室

リアルタイム動画クリップ制作のワークフローをクラウド環境に

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