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如何利用Vivado HLS处理许多位准确或任意精度数据类型

发布时间:2019-06-07 04:38 来源:未知 编辑:admin

  我们在设计硬件时,它往往是要求更精确的位宽。例如,一个filter的输入是12位和一个累加器的结果只需要一个最大范围为27位。然而对于硬件设计来说,使用标准的C数据类型会造成硬件成本的浪费。这就会造成我们要使用更多的LUT和寄存器,延迟甚至可能超过时钟周期和需要更多的周期来计算结果。这往往不是我们需要的结果。因此下面我将介绍如何利用Vivado HLS处理许多位准确或任意精度数据类型,以及允许使用任何(任意)宽度的模型变量。

  我们从硬件的角度来看数据类型,采用C/C++的数据类型都是以8bit为边界,即:

  从上面发现,C的数据位宽是比较死板的,然而描述RTL里面的位宽是任意的。

  例如,采用C语言去描述一个18*18 bits的乘法器,那么就需要将输入数据都声明为32 bits(int),结果声明为64 bits(long long),这将会在FPGA中消耗4个DSP48E1,显然这是很浪费资源的。

  因此,使用任意精度数据类型能以更少的资源,获得相同的精度,同时可以运行在更高的时钟频率下。

  注意:在声明任意数据类型的时候,我们往往在头文件里面声明,这会使得我们在做debug的时候会非常有用。

  在这里,我们可以看到,本设计所有数据类型的操作都是标准C/C++的浮点型。

  这是浮点型乘法器(fmul),图中可以看出,第一个状态是读取内存操作(两个周期),然后是fmul操作(五个周期),最后的操作状态是一个写内存操作(一个周期)

  这里的数据类型的操作是ap_fixed点类型,它类似于float和double(因为它们支持整数和分数位表示的类型),window_fn_top.h是唯一不同于上一个project的头文件。这些数据类型是在头文件中定义的ap_fixed。

  注意:你可以通过修改C代码,将任意精度类型代替标准C类型,在这里必须做的更改是减少数据类型的大小。在这例子中,我们使用8位,24位,和18位,而不是32位浮点类型。通过较少的操作,减少面积,和更少的时钟周期就可以完成project。我们也可以改变更常见的C类型(如int,short,和char),例如,更改数据类型(18位int(32位))可以确保只要一个dsp48就可以执行任何乘法,但是你必须确认设计仍然执行正确的操作和它这样做所需的精度。由VIvado Hls提供的任意精度类型的好处是,可以仿真更新的C代码来确认其功能和准确性。

  控制台面板显示了C仿真的结果。随着数据类型的更新,结果不再跟预期结果相同,然而他们是在误差范围内。

  注意:通过使用任意精度类型,已经减少了延迟和面积(50%和80%),并简化了RTL硬件的操作。由于memory中的总位小于1024 bit,所以现在是自动执行LUTs和FFS而不是模块RAM。

  本文介绍任意精度数据类型的处理方法。通过Vivado HLs中两个project的比较,得到结论,跟C-base 数据类型相比,使用任意精度数据类型能以更少的资源,获得相同的精度,同时可以运行在更高的时钟频率下。

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