Intel®高层次综合编译器专业版: 最佳实践指南

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ID 683152
日期 12/04/2023
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1. Intel® HLS Compiler Pro版最佳实践指南 2. 编码和编译组件的最佳实践 3. FPGA概念 4. 接口最佳实现 5. 循环的最佳实践 6. fMAX瓶颈最佳实践 7. 存储器架构最佳实践 8. 任务系统最佳实践 9. 数据类型最佳实践 10. 高级故障排查 A. Intel® HLS Compiler Pro版最佳实践指南存档 B. Intel® HLS Compiler Pro版最佳实践指南文档修订历史
1. Intel® HLS Compiler Pro版最佳实践指南 x
1.1. Intel® HLS Compiler待弃用
3. FPGA概念 x
3.1. FPGA架构概述 3.2. FPGA硬件设计概念 3.3. 硬件设计方法
3.1. FPGA架构概述 x
3.1.1. 自适应逻辑模块(ALM) 3.1.2. 数字信号处理(DSP)模块 3.1.3. 随机存取存储器 (RAM) 块
3.1.1. 自适应逻辑模块(ALM) x
3.1.1.1. 查找表（LUT） 3.1.1.2. 寄存器
3.2. FPGA硬件设计概念 x
3.2.1. 最大频率(fMAX) 3.2.2. 延时 3.2.3. 流水线 3.2.4. 吞吐量 3.2.5. 数据通路 3.2.6. 控制通路 3.2.7. 占用
3.3. 硬件设计方法 x
3.3.1. 源代码如何成为自定义硬件数据通路 3.3.2. 调度(Scheduling) 3.3.3. 将并行模型映射到FPGA硬件 3.3.4. Memory Types（存储器类型）
3.3.1. 源代码如何成为自定义硬件数据通路 x
3.3.1.1. 将源代码指令映射到硬件 3.3.1.2. 映射数组及其对硬件的访问
3.3.2. 调度(Scheduling) x
3.3.2.1. 动态调度 3.3.2.2. 数据通路集群 3.3.2.3. 集群之间握手
3.3.3. 将并行模型映射到FPGA硬件 x
3.3.3.1. 数据并行性 3.3.3.2. 任务并行性
3.3.3.1. 数据并行性 x
3.3.3.1.1. 同时执行独立操作 3.3.3.1.2. 流水线
3.3.3.1.2. 流水线 x
3.3.3.1.2.1. 组件内的流水线循环 3.3.3.1.2.2. 流水线跨组件调用
3.3.4. Memory Types（存储器类型） x
3.3.4.1. 组件存储器 3.3.4.2. 外部存储器
4. 接口最佳实现 x
4.1. 为组件选择适合的接口 4.2. 可变延时MM主接口的LSU控制 4.3. 避免指针混淆
4.1. 为组件选择适合的接口 x
4.1.1. 指针接口 4.1.2. Avalon® 存储器映射主接口（Host Interface） 4.1.3. Avalon® 存储器映射从存储器（Agent Memories ） 4.1.4. Avalon® 存储器映射从存储器（Agent Register ） 4.1.5. Avalon® Streaming（流）接口 4.1.6. Pass-by-Value接口
5. 循环的最佳实践 x
5.1. 在循环中调用硬件以重复使用 5.2. 并行化循环 5.3. 构建Well-Formed（结构良好）的循环 5.4. 最小化循环携带的依赖性 5.5. 避免复杂循环退出条件 5.6. 将嵌套循环转换为单个循环 5.7. 将if-Statements放置在循环嵌套中尽可能最低的范围 5.8. 在尽可能深的范围内声明变量 5.9. 提升Loop II以提高fMAX 5.10. 控制循环交叉存取
5.2. 并行化循环 x
5.2.1. 流水线循环 5.2.2. 展开循环（Unroll Loop） 5.2.3. 实例：循环流水线和展开
6. fMAX瓶颈最佳实践 x
6.1. 平衡目标fMAX和目标II
7. 存储器架构最佳实践 x
7.1. 实例：覆盖组合式存储器架构 7.2. 实例：覆盖Banked存储器架构 7.3. 合并存储器减少面积 7.4. 实例：指定局部存储器地址的Bank选择位
7.3. 合并存储器减少面积 x
7.3.1. 实例：从深度方向合并存储器 7.3.2. 实例：从宽度方向合并存储器
8. 任务系统最佳实践 x
8.1. 并行执行多个循环 8.2. 共享昂贵计算块 8.3. 实现层次设计 8.4. 平衡任务系统中的容量
8.4. 平衡任务系统中的容量 x
8.4.1. 启用 Intel® HLS Compiler来推断数据通路缓冲区容量要求 8.4.2. 必要时对设计明确添加缓冲容量
9. 数据类型最佳实践 x
9.1. 避免隐式数据类型转换 9.2. 使用ac_int数据类型时避免负位移
10. 高级故障排查 x
10.1. 仅在仿真中出现的组件失败 10.2. 组件的结果质量较差
1. Intel® HLS Compiler Pro版最佳实践指南
2. 编码和编译组件的最佳实践
3. FPGA概念
4. 接口最佳实现
5. 循环的最佳实践
6. fMAX瓶颈最佳实践
7. 存储器架构最佳实践
8. 任务系统最佳实践
9. 数据类型最佳实践
10. 高级故障排查
A. Intel® HLS Compiler Pro版最佳实践指南存档
B. Intel® HLS Compiler Pro版最佳实践指南文档修订历史

7.3.1. 实例：从深度方向合并存储器

使用hls_merge("<mem_name>","depth") 属性强制 Intel® HLS Compiler Pro Edition在同一存储系统中实现变量，从深度合并存储器。

将hls_merge属性中设置了同一<mem_name>标签的所有变量进行合并。

请参考如下组件代码：

component int depth_manual(bool use_a, int raddr, int waddr, int wdata) {
  int a[128];
  int b[128];

  int rdata;

  // mutually exclusive write
  if (use_a) {
    a[waddr] = wdata;
  } else {
    b[waddr] = wdata;
  }

  // mutually exclusive read
  if (use_a) {
    rdata = a[raddr];
  } else {
    rdata = b[raddr];
  }

  return rdata;
}

代码指示 Intel® HLS Compiler Pro Edition将局部存储器a和b 实现为两个片上存储块，每个块都有自己的加载和存储指令。

图 36. 实现组件depth_manual的局部存储器

由于本地存储器a和b的加载和存储指令互斥，因而可以合并访问，如以下实例代码所示。合并存储器访问可将加载和存储指令的数量，和片上存储器块的数量减少一半。 

component int depth_manual(bool use_a, int raddr, int waddr, int wdata) {
  int a[128] hls_merge("mem","depth");
  int b[128] hls_merge("mem","depth");

  int rdata;

  // mutually exclusive write
  if (use_a) {
    a[waddr] = wdata;
  } else {
    b[waddr] = wdata;
  }

  // mutually exclusive read
  if (use_a) {
    rdata = a[raddr];
  } else {
    rdata = b[raddr];
  }

  return rdata;
}
图 37. 从深度方向合并组件depth_manual的局部存储器

某些情况下，就深度合并局部存储器可能会降低存储器访问效率。在决定是否就深度合并局部存储器之前，请参阅HLD报告（ <result>.prj/reports/report.html）确保生成具有预期数量加载和存储指令的预期存储配置。以下实例中， Intel® HLS Compiler Pro Edition不应将访问合并为局部存储器a和b，因为每个存储器的加载和存储指令并不互斥。 

component int depth_manual(bool use_a, int raddr, int waddr, int wdata) {
  int a[128] hls_merge("mem","depth");
  int b[128] hls_merge("mem","depth");

  int rdata;

  // NOT mutually exclusive write

  a[waddr] = wdata;
  b[waddr] = wdata;
  
  // NOT mutually exclusive read

  rdata = a[raddr];
  rdata += b[raddr];
  
  return rdata;
}

该情况下， Intel® HLS Compiler Pro Edition可能会double pump存储系统为所有访问提供足够端口。否则，访问必须共享端口，从而阻止无停机访问。

图 38. 用于组件depth_manual的非互斥访问的局部存储器
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