Vivado HLS中for循环的并行性优化
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更新于2024-08-07
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"《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。
2023-07-28 上传
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幽灵机师
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