Vitis HLS 学习笔记--Schedule Viewer 调度查看器

目录

1. 简介

2. Schedule Viewer详解

2.1 视图说明

2.1.1 Operation\Control Step

2.1.2 周期关系图

2.1.3 Schedule Viewer 菜单栏

2.1.4 属性视图

2.2 内容说明

2.2.1 实参（b）解释

2.2.2 实参（a）解释

2.2.3 变量（i）解释

2.2.4 数组操作解释

2.2.5 a*xin[i] 解释

3. 总结

1. 简介

Schedule Viewer 是一个非常有用的工具，它用于展示高级合成过程中算法的执行时间表（即调度）。它有助于您识别阻碍并行化的任意循环依赖关系、时序违例以及数据依赖关系。

大体上，schedule viewer 的用途包括：

可视化展示：Schedule viewer以图形化的方式展示了算法的执行顺序和并行执行的操作，可以看到各个操作是如何在时间线上被安排和执行的。

性能分析：分析设计中的性能瓶颈，设计者可以了解到哪些操作是并行执行的，哪些操作是顺序执行的。

资源利用：Schedule viewer还展示了各个操作使用的资源（如加法器、乘法器等），这有助于优化设计，以减少资源消耗，提高资源利用效率。

调试与优化：当设计未能达到预期性能或存在问题时，schedule viewer可用来识别问题（如数据依赖导致的延迟），并对设计进行相应的调整和优化。

2. Schedule Viewer详解

2.1 视图说明

2.1.1 Operation\Control Step

• 在视图左侧，显示的是将在 RTL 层级中作为逻辑来实现的操作和循环的名称。
• 括号里的名称表示操作名称。
• 操作按拓扑顺序执行。

2.1.2 周期关系图

• 竖轴虚线，由时钟不确定性而保留的时钟周期部分。
• 每项操作在表中均显示为灰框。
• 多周期操作的灰框，中间有一条水平线贯穿。
• 灰框长度，由操作延迟占总时钟周期百分比来设置。
• 运算符数据依赖关系显示为蓝色实线，选中时可见。

2.1.3 Schedule Viewer 菜单栏

• 在报告视图右上角，可提供许多便捷功能。
• 焦点控制
• 筛选

按类型筛选可根据操作的功能来限制显示的操作。例如，仅将加法器、乘法器和函数调用可视化会移除“和”与“或”之类的所有小操作。

按集群筛选的作用是充分利用调度程序的功能对基本操作进行分组，然后将其作为单个组件来调度。可启用集群筛选设置来为集群上色，甚至可在查看器内将集群折叠为单一大型操作。这样即可提供更简洁的调度视图。

2.1.4 属性视图

可查看“Schedule Viewer”中选中的特定函数、循环或操作的详细信息。

对于函数或循环，属性视图会显示： 

• Initiation Interval (II)（启动时间间隔）。
• Loop Iteration Latency（循环迭代时延）：表示完成循环的单次迭代所需的时钟周期数。
• Latency（时延）：表示函数计算所有输出值或者循环完成所有迭代所需的时钟周期数。
• Pipelined（流水打拍）：表示在 RTL 设计中对函数或循环进行流水打拍。
• Slack（裕量）：表示函数或循环的时序裕量。
• Tripcount（循环次数）：表示循环完成的迭代数。
• Resource Utilization（资源利用）：显示用于实现函数或循环的 BRAM、DSP、LUT 或 FF 的数量。

对于运算和存储映射，属性视图会显示：

• Name（名称）：对应包含代码的位置。
• Op Code（运算码）：表示调度的运算，例如，add、sub 和 mult。
• Op Latency（运算时延）：显示运算或存储的绑定的默认时延或指定时延。
• Bitwidth（位宽）：对应运算的位宽。
• Impl（实现）：定义用于指定运算或存储的实现。

2.2 内容说明

以下示例HLS加速代码，实现了一个简单的线性函数y = ax + b，对输入数组xin中的每个元素应用这个函数，然后将结果存储在输出数组yo中。

#include <ap_int.h>

void func(ap_int<8>  xin[3],
          ap_int<8>  a,
          ap_int<8>  b,
          ap_int<17> yo[3])
{
    int i = 0;
loop:
    for(i = 0; i < 3; i++)
    {
        yo[i] = a * xin[i] + b;
    }
}

完成C Synthesis后，单击Schedule Viewer可启动视图。

2.2.1 实参（b）解释

实参（b）共包含三个操作：

• 读取操作，8bit
• 带符号的位宽扩展（sign extension），16bit
• 加法操作，Impl=dsp48，Op Latency=1

注：名称sext_In10，命名包含了此代码的位置信息，虽然此信息可能不准^_^。。。

2.2.2 实参（a）解释

实参（a）同样包含三个操作： 

• 读取操作，8bit
• 带符号的位宽扩展，16bit
• 乘法操作，Impl=dsp48，Op Latency=2

lhs(left-hand side)，左值是指赋值语句中被赋值的变量。lhs(sext)结合起来表示，将符号扩展后的值赋值给一个变量或表达式。

2.2.3 变量（i）解释

变量（i）共包含五个操作：

• load操作，2bit
• 整数比较icmp，输出1bit，Impl=auto，用于决定执行分支（br）
• 加法操作，2bit，Impl=fabric，变量i的自增
• 强制类型转换（zero extension），输出64bit，用于寻址xin数组
• 回写操作

注：零扩展（zero extension）是一种常见的操作，用于将无符号数的低位扩展到更高的位数上，以便进行算术或逻辑运算。

关于分支（br, branch）的分析：

• for(i = 0; i < 3; i++)，i是循环变量
• i最大值3（i=2时有效），所以占2bit
• i被扩展为64bit，只是在HLS工具中生效，并不代表硬件实现

2.2.4 数组操作解释

从C综合报告来看，xin和yo均被映射为存储器。与FIFO的直接读取不通，操作存储器牵涉到寻址操作。

* SW-to-HW Mapping
+----------+--------------+---------+----------+
| Argument | HW Interface | HW Type | HW Usage |
+----------+--------------+---------+----------+
| xin      | xin_address0 | port    | offset   |
| xin      | xin_ce0      | port    |          |
| xin      | xin_q0       | port    |          |
| a        | a            | port    |          |
| b        | b            | port    |          |
| yo       | yo_address0  | port    | offset   |
| yo       | yo_ce0       | port    |          |
| yo       | yo_we0       | port    |          |
| yo       | yo_d0        | port    |          |
+----------+--------------+---------+----------+

存储器操作步骤：

• xin_addr(getelementptr), get element pointer, 获取指针的偏移量，即xin数组的寻址地址。
• rhs(load)，右值是指赋值语句中的值或表达式。

该操作通常用于访问数组、结构体或其他复合数据类型中的元素，以实现指针的偏移和访问。

对于yo的操作遵循同样的逻辑。

2.2.5 a*xin[i] 解释

a*xin[i]共包含五个操作： 

• 从lhs(sext)_In10(sext)中取得a的值
• 从sext_In232(sext)中取得xin[i]的值
• ret_V(*)执行乘法运算

3. 总结

简而言之，Vitis HLS中的schedule viewer是设计和优化硬件加速器过程中的一个关键工具，它通过提供算法执行的详细视图，帮助设计者理解、分析和优化他们的设计。