高级综合工具StratusHLS学习笔记(3)

学习目标：

• 学习如何使用Stratus IDE生成存储器模型
• 学习如何在代码中使用存储器模型

1.存储器生成

存储器生成使用Stratus IDE内置的存储器模型生成器，首先使用Stratus IDE打开工程，在左侧边栏中打开project选项卡，打开libraries，右键Memories，选择New Memory Library新建存储器库，新建后可以在工程下发现同名文件夹

随后，右击新建的库memlib选择新建存储器，可以打开如下的界面进行配置：

• Memory name：存储器名称，使用存储器时使用该名称进行调用
• Word size：数据位宽，即每个地址存储多少个bit
• Number of words：地址数量，即有多少个word，存储容量为bit
• Latency：从地址输入到数据输出消耗的时钟周期数量
• Setup time：通常意义的建立时间加保持时间，即控制信号需要在时钟沿附近保持的长度，不要写0。
• Output delay：输出延迟，即从时钟沿或数据输入到数据输出的延迟时间，不要写0。
• Area：面积，HLS将在综合报告中使用该面积（如果填写）

中间的Option部分可以选择时序的方式，时序有以下几种：

• Allow chaining：使用左侧的Setup time和Output delay计入延迟估算，在必要时插入寄存器
• Disallow chaining：不计入延迟估算，等效于Setup time和Output delay都填写0
• Registers at memories：强制插入寄存器

在这个页面填写常规信息后，点击上方的Port端口添加或编辑端口信息，该界面如下所示。可以通过编辑端口数量、选择端口类型和编辑端口名称，这些端口名称将在波形中体现。

随后点击OK即可生成存储器模型，生成的存储器模型文件结构如下所示：

在调用存储器模型的文件中，需要引用头文件memlib.h

2.存储器使用

在高级综合中使用存储器通过wrapper和port构成：

• wrapper：存储器模块，通过调用该模块生成存储器
• port：访问接口，在一个模块中声明一个存储器的port并将该port和wrapper指针连接即可进行存储器访问

对于wrapper，其声明方式为::wrapper * point，例如声明一个名称为RAM的wrapper，命名为m_mem如下所示：

RAM::wrapper * m_mem;

定义后需要在构造函数（SC_CTOR）中对其进行实例化和绑定clk和rst端口，如下所示：

m_mem = new RAM::wrapper("ram_wrapper");
m_mem->clk_rst(clk,rst);

对于port，声明方式为::port port，例如声明一个名称为RAM的port，命名为ram_port如下所示：

RAM::port ram_port;

同样的，需要在构造函数中绑定clk和rst端口：

ram_port.clk_rst(clk, rst);

并且需要在顶层将wrapper绑定到端口上，如下所示（m_dut为ram_port所属的模块）：

m_dut->ram_port(*m_mem);

随后可以使用类似数组的方式对存储进行访问，访问方式如下所示：

read_data = ram_port[i] // 从i地址读取数据
ram_port[i] = write_data // 将数据写入i地址

最后，需要在project.tcl中添加存储器库，使用use_hls_lib指令，写法如下所示：

use_hls_lib "./memlib"

另外，对于一个存储器模型，具有以下的参数可以方便代码的编写：

名称	说明
::SIZE	存储器word数量（Number of words）
::address_width	存储器地址位宽
::data_width	存储器数据位宽

3.实际工程

这里实现了一个将memory集成的加法器功能，功能为输入一个数据i，从存储器的地址i获取数据并与i相加，加法部分模块如下所示：

#ifndef __DUT_TEMPLATE__H
#define __DUT_TEMPLATE__H
#include "cynw_p2p.h"
#include "cynw_fifo.h"
#include "defines.h"
#include "memlib.h"
SC_MODULE(dut_template) {
public:

    cynw_p2p::in x_in;
    cynw_p2p::out y_out;
    RAM::port ram_port;  // 存储器访问接口
    
    sc_in_clk clk;
    sc_in rst;

    SC_CTOR(dut_template):
        x_in("x_in"),
        y_out("y_out"), 
        clk("clk"), rst("rst")
    {
        SC_CTHREAD(t, clk.pos());
        reset_signal_is(rst, 0);
        x_in.clk_rst(clk, rst);
        y_out.clk_rst(clk, rst);
        ram_port.clk_rst(clk, rst);
    }
    void t();
};

#endif

#include "dut_template.h"

void dut_template::t() {
    {
        HLS_DEFINE_PROTOCOL("reset");
        x_in.reset();
        y_out.reset();
        ram_port.reset();
        wait();
    }
    for (int i = 0; i < RAM::SIZE; ++i) // 存储器初始化过程
    {
        ram_port[i] = i; // 写入存储器
    }
    while(1) {
        HLS_PIPELINE_LOOP(SOFT_STALL, 1, "main_loop"); // 使用流水线
        DT x_val = x_in.get();
        sc_uint addr = x_val;  
        sc_uint ram_data = ram_port[addr];  // 从存储器中读取数据
        DT out_val = x_val + ram_data;
        y_out.put(out_val);
    }
}

顶层模块如下所示：

#ifndef _DUI_MEM
#define _DUI_MEM
#include "cynw_p2p.h"
#include "cynw_fifo.h"
#include "defines.h"
#include "memlib.h"
#include "dut_template_wrap.h"

SC_MODULE(memory_acc_test) {
public:

    cynw_p2p::base_in x_in;
    cynw_p2p::base_out y_out;
    
    RAM::wrapper * m_mem;  // 定义RAM的wrapper
    dut_template_wrapper *m_dut;
    
    sc_in_clk clk;
    sc_in rst;

    SC_CTOR(memory_acc_test):
        x_in("x_in"),
        y_out("y_out"), 
        clk("clk"), rst("rst")
    {
        m_mem = new RAM::wrapper("ram_wrapper"); // 实例化
        m_mem->clk_rst(clk,rst); // 绑定端口

        m_dut = new dut_template_wrapper("m_dut");
        m_dut->clk(clk);
        m_dut->rst(rst);
        m_dut->x_in(x_in);
        m_dut->y_out(y_out);
        m_dut->ram_port(*m_mem); // 将wrapper绑定到port上
    }
};

#endif

对于以上工程，project.tcl中的库部分如下所示：

set LIB_PATH "[get_install_path]/share/stratus/techlibs/GPDK045/gsclib045_svt_v4.4/gsclib045/timing"
set LIB_LEAF "slow_vdd1v2_basicCells.lib"

use_tech_lib    "$LIB_PATH/$LIB_LEAF"
use_hls_lib "./memlib"

除此之外，基本与之前的工程相同，进行仿真，不带流水线的结果如下所示：

带流水线的结果如下所示：

可以发现流水线有三级，分别是输入地址、获取输出和计算和。