Vitis HLS相關(guān)問(wèn)答詳解

在 8 月 3 日舉行的針對(duì)如何利用 AMD Vitis HLS 提高任務(wù)級(jí)并行性的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)中，我們深入探討了任務(wù)級(jí)并行性的相關(guān)優(yōu)勢(shì)和使用方法。本次研討會(huì)中我們收到了來(lái)自廣大用戶和網(wǎng)友的熱情提問(wèn)，針對(duì)代表性較強(qiáng)的問(wèn)題，專家在線進(jìn)行了集中答疑，研討會(huì)后我們另精選出部分高頻問(wèn)題在本文中做出進(jìn)一步解答。

1. 所謂多任務(wù)，在 C/C++ 代碼編寫方面是否有新的規(guī)則或要求？或是會(huì)自動(dòng)進(jìn)行多任務(wù)的切分？

需要手工在 C++ 代碼里明確指定可并行執(zhí)行的任務(wù)（用 task，添加頭文件 hls_task.h)，同時(shí)可并行執(zhí)行的 task 接口（對(duì)應(yīng) C++ 函數(shù)的形參）必須是 stream 或 stream_of_blocks。

2. 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型設(shè)計(jì)要求反饋指的是什么呢？可以舉個(gè)例子嗎？

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型支持反饋不是要求反饋，例如：funcA 輸出給 funcB, funcB 輸出給 funcC，funcC 的有一個(gè)輸出給到 funcA 構(gòu)成反饋支路。簡(jiǎn)單地說(shuō)，數(shù)據(jù)流向不是單一向前的。

3. 具體代碼應(yīng)用中怎么快速識(shí)別出那兩種并行任務(wù)的區(qū)別在哪里？

要從數(shù)據(jù)流的角度考慮，例如，數(shù)據(jù)流單一流動(dòng)且后續(xù)用到的數(shù)據(jù)依賴于之前函數(shù)的輸出，這種情況下是控制驅(qū)動(dòng)型。funcA -> funcB -> funcC -> funD

如果數(shù)據(jù)流形成分支，但仍有依賴關(guān)系，比如 funcA -> funcB1，同時(shí) funcA -> funcB2，那么 funcB1 和 funcB2 就是并行執(zhí)行的兩個(gè)任務(wù)，這就是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型。

4. 我們?cè)谑褂?C/C++ 描述算法時(shí)，只需關(guān)注算法本身就可以了，但是 FPGA 好像不是這樣，比如 C/C++ 沒(méi)有時(shí)序的概念， HLS 如何解決這個(gè)問(wèn)題？

HLS 工作原理主要有兩大內(nèi)容：Schedule，這個(gè)過(guò)程是提取狀態(tài)控制的過(guò)程，判斷什么時(shí)候執(zhí)行什么操作；Binding，這個(gè)過(guò)程是指定這些操作用 FPGA 內(nèi)的什么資源來(lái)實(shí)現(xiàn)。前者管理時(shí)序，后者管理資源。

5. 請(qǐng)問(wèn)在直播講解的示例中，Data_TLP 為什么能帶來(lái)這么大的性能提升？示例中任務(wù)不是多么復(fù)雜，為什么 DATAFLOW 的延遲和 II 會(huì)那么高？

因?yàn)?DATA_TLP 是多個(gè)任務(wù)并行執(zhí)行，而 DATAFLOW 盡管相比于原始已經(jīng)有了并行性，但是一種流水的方式，所以延遲和II 都會(huì)比純粹的并行多任務(wù)要大。

6. Stream 如果是 fifo，可以通過(guò) pragma 指定深度嗎？

可以不用 pragma 指定，在定義 stream 時(shí)就可以指定，例如：hls_stream，當(dāng)然也可以通過(guò) pragma STREAM 指定。

7. HLS 是否對(duì)硬件有特殊要求？

使用 Vitis HLS，只要芯片型號(hào)是 AMD Xilinx 7 系列 FPGA 到 Versal Adaptive SoC 芯片就可以。

8. Task 這個(gè)語(yǔ)法，在 2023 之前的版本里支持嗎？

從 Vitis HLS 2022.2 版本開始支持。

9. HLS 能編寫成一個(gè) IP，用于流片嗎？

這個(gè)需要先了解 HLS 的本質(zhì)：它是把高層次語(yǔ)言比如 C++/C 描述的算法轉(zhuǎn)換成傳統(tǒng)的硬件語(yǔ)言，最終在 FPGA 上實(shí)現(xiàn)。采用 AMD Vitis HLS 時(shí)，選擇的目標(biāo)芯片只能是 AMD 的 FPGA。但從廣義上來(lái)講，如果生成的 RTL 代碼不受具體 FPGA 芯片型號(hào)的限制，可以封裝成 IP 使用，但到流片還有很大一段距離。

10. 請(qǐng)問(wèn) HLS 在做協(xié)議組幀方面，與 Verilog 相比是否更有優(yōu)勢(shì)？

HLS 在復(fù)雜算法方面的實(shí)現(xiàn)上更有優(yōu)勢(shì)，像這種協(xié)議組幀更適合用 HDL 比如 Verilog 或 VHDL 描述。

11. HLS 設(shè)計(jì)的驗(yàn)證如何保證充分性？

這個(gè)要從 C++ 測(cè)試平臺(tái)的代碼覆蓋率角度考慮，要專門的工具來(lái)測(cè)試代碼覆蓋率，所以要保證驗(yàn)證的重復(fù)性就要保證代碼覆蓋率為 100%。

12. 要用好 HLS 有沒(méi)有學(xué)習(xí) Verilog 的必要？

如果你是軟件工程師，沒(méi)有 FPGA 背景知識(shí)，那么學(xué)習(xí) HLS 需要先了解一下 FPGA 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作機(jī)制，沒(méi)有多大必要專門學(xué)習(xí) Verilog。

13. 如何對(duì) HLS 工程進(jìn)行時(shí)鐘頻率的提升優(yōu)化？

首先，要從算法本身考慮，結(jié)合數(shù)據(jù)流進(jìn)行算法分割。此外還有兩個(gè)方面要考慮：一是代碼風(fēng)格，盡可能保證 C++ 代碼風(fēng)格遵循 HLS 的規(guī)范，二是如何使用 pragma，通過(guò) pragma 來(lái)改善性能。

14. HLS 的線性代數(shù)庫(kù)被移除后，還有什么庫(kù)函數(shù)可以方便地實(shí)現(xiàn)矩陣乘法嗎？

HLS 線性代數(shù)庫(kù)并沒(méi)有被移除，而是統(tǒng)一放到了 Vitis Library 里了。

這里既有矩陣乘也有矩陣分解。

15. HLS 封裝的 IP 能像 Verilog 那樣做參數(shù)化選擇嗎？

所謂 HLS 封裝 IP 是指 Vitis HLS 把最終生成的 RTL 代碼封裝為 IP 供 Vivado 使用，這時(shí)已經(jīng)完成了 C/C++ 到 RTL 代碼的轉(zhuǎn)換，所以封裝的 IP 是無(wú)法參數(shù)化的。

16. 本來(lái)模塊單獨(dú)沒(méi)有時(shí)序問(wèn)題，加上 DATAFLOW 后時(shí)序問(wèn)題就出現(xiàn)了，而且定位不到問(wèn)題點(diǎn)，DATAFLOW 是否會(huì)影響時(shí)序？

DATAFLOW 會(huì)增加 Memory 的開銷，也就增加了資源利用率，間接影響時(shí)序。但你要先具體看一下時(shí)序問(wèn)題出現(xiàn)在哪里。

審核編輯：湯梓紅