Vivado HLS中for循环的并行性优化

"《for循环的并行性-实用模拟电路设计+marc+t.thompson+张乐锋译+人民邮电出版社》是一本关于FPGA设计的书籍，重点讨论了在Vivado HLS中如何优化for循环以实现并行性，从而提高硬件设计的性能。书中通过实例展示了在默认情况下，两个无关联的for循环如何按顺序执行，并提出了通过函数封装和参数化调用来实现空间资源的节省，但这种方法并不能减少执行时间，因为函数是分时复用的。" 在Vivado HLS中，for循环的并行性是一个关键的性能优化策略。通常，当for循环内的计算彼此独立时，它们有潜力并行执行。然而，如果不进行特殊处理，Vivado HLS可能会按照顺序执行这些循环，这可能限制了硬件资源的利用效率。书中指出，当循环边界是变量或者即使为常量但不相等时，不能简单地使用合并（merge）优化。在这种情况下，作者建议将for循环封装成单独的函数，并用不同的数据作为参数来调用这些函数。这样做的好处是减少了代码的冗余，但在硬件实现上仍然是顺序执行的，因为函数会在不同的时刻被调用。 Vivado HLS工具提供了多种手段来优化for循环，包括pipeline和unroll。Pipeline技术是将for循环分解为多个阶段，使得每个阶段可以在不同时间启动，从而实现一定程度的并行执行。Unroll技术则是复制循环体，减少循环控制的开销，如果循环次数是固定的，unroll可以显著提高执行速度。 此外，书中还涉及到了其他的循环优化方法，如循环合并（loop fusion）和数据流优化，这些都是为了提高并行性和资源利用率。循环合并是将两个或更多个相邻的循环合并为一个，以减少控制逻辑，而数据流优化则关注于减少数据依赖，让计算更自由地并行执行。 嵌套的for循环优化也是一个重要的主题，分为Perfect loop nest（完全嵌套循环）和Imperfect loop nest（非完全嵌套循环）。在Perfect loop nest中，所有外层循环完全包含内层循环，这种情况下可以更容易地实现并行。而在Imperfect loop nest中，由于存在交叉依赖，优化更为复杂。 这本书深入探讨了在Vivado HLS中如何利用for循环的并行性来提升FPGA设计的性能，涉及到的优化技术包括函数封装、pipeline、unroll、循环合并以及数据流优化等，对于理解和实践FPGA设计的优化有着重要的指导意义。