HLS实践 - 02 - 简单优化FIR设计

HLS实践 - 02 - 简单优化FIR设计

写在前面

本文对UG871提供的FIR滤波器进行简单的优化设计。

该工程的设计目标是： 创建具有最高吞吐量的此设计，最终设计应该能够处理输入有效信号提供的数据，产生伴随输出有效信号的输出数据。滤波器系数将存储在 FIR 设计外部的单端口 RAM 中。

创建工程并添加相关文件

​​FIR滤波器工程​​ ，添加introduction 的 Lab3中相关的C和H文件添加到工程。如图所示：

分析综合报告

当前版本综合后的接口信息如下：

通过系统自动分析的y综合成了目标接口，而x没有综合成目标接口，并且没有实现预期的输出C对应的是单端口的RAM接口。实现的目标总结来说为：端口 C 必须具有单端口 RAM 访问权限。端口X 必须有输入数据有效信号。端口 Y 必须有输出数据有效信号。

IO优化

双击 fir.c 在信息窗格中打开文件。激活Auxiliary面板中的Directive选项卡。

在指令编辑器中对x和y添加接口优化，优化为带有效信号的接口信号，也即优化为ap_vld类型。插入指令建议指令添加到优化的脚本文件中，方便对设计进行进一步优化处理对比。

对c进行优化为BRAM类型。

添加完成并执行进行c综合，分析综合报告。

此时接口已经实现目标要求的接口方式

查看设计

在综合完成后可以进行对整个代码的处理的过程进行查看，分析透视图以交互方式提供了更多详细信息，从而方便进行进一步的优化和处理。

从上图可以分析出代码的运行流程，设计从第一个状态开始，在端口 x 上进行读操作。在下一个状态，它开始执行由 for 循环 Shift_Accum_Loop 创建的逻辑。

在循环的第一个状态下，检查循环迭代计数器：加法、比较和潜在的循环退出。对由数组数据合成的块RAM 进行了两个周期的存储器读操作（一个周期生成地址，一个周期读取数据）。在 c 端口上有一个内存读取。乘法运算需要 1 个周期才能完成。 在该设计中for 循环执行了 11 次。

在最后一次迭代结束时，循环以状态 c1 退出，并发生对端口 y 的写操作。

还可以使用 Analysis 透视图来分析设计中使用的资源，单击 Resource 视图，查看每个部分的资源使用。

在端口 x 上有一个读操作，在 y 端口上有一个写操作。 端口 c 在内存部分报告，因为这也是内存访问（内存在设计之外）。设计中使用了一个流水线乘法器。并且有一个加法器正在被共享：一行中有两个加法器实例（图中的grp_fu_138）。

优化最高吞吐量（最低间隔）

在此设计中限制吞吐量的两个问题是：

for 循环 ：默认情况下循环保持滚动：循环体的一个副本被合成并在每次迭代中重新使用。 这确保循环的每次迭代都是按顺序执行的。 您可以展开 for 循环以允许所有操作并行发生。用于 shift_reg 的块 RAM： 由于变量 shift_reg 在 C 源代码中是一个数组，因此默认情况下它是作为块 RAM 实现的。 然而，这阻止了它作为移位寄存器的实现。 因此，您应该将此块 RAM 划分为单独的寄存器。

首先实现对for循环的优化，最简单的优化方式对for循环进行完全展开。

在优化指令中对loop添加unroll。将指令窗口中的其他选项保留为未选中和空白，以确保循环完全展开。

然后添加对shift_reg的约束。使用指令将数组划分为单个元素。在指令选项卡中，选择数组 shift_reg，右键单击并选择插入指令。 从指令下拉菜单中选择 Array_Partition。指定类型为complete。

优化完成后进行C综合，并查看综合后的分析报告。

对比报告信息

对比报告如下：

从对比报告中可以看出三种solution的资源延迟和时钟等情况信息。

Reference

UG871

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