如何理解HLS Block-level輸入輸出信號之間的時序關(guān)系

默認(rèn)情況下，VitisHLS會對待綜合的C函數(shù)使用ap_ctrl_hs接口，這其實是一種握手方式。在這個接口中，我們會看到ap_start、ap_idle、ap_ready和ap_done等信號(這些信號被稱為Block-level輸入/輸出信號)。其中ap_start是輸入信號，而其余三個信號是輸出信號。那么我們?nèi)绾胃鶕?jù)這些信號管理輸入數(shù)據(jù)呢?這就要理解這些信號之間的時序關(guān)系。為便于說明，我們以一個簡單的算法為例。

如下圖所示代碼片段。函數(shù)array_mult有3個形參。其中a1和a2是長度為N的一維數(shù)組，兩者對應(yīng)元素相減再平方即為另一形參prod。顯然，prod也是長度為N的一維數(shù)組。

為了觀察這些Block-level信號之間的時序關(guān)系，我們在仿真時將多次調(diào)用函數(shù)array_mult。為此，在描述測試激勵時，輸入激勵以兩個二維數(shù)組形式給出，這兩個二維數(shù)組對應(yīng)的每一列作為array_mult的輸入。假定這兩個二維數(shù)組是8行4列的數(shù)組，C/RTLco-sim仿真結(jié)果波形如下圖所示。

標(biāo)記1為數(shù)組a2對應(yīng)存儲單元的讀地址a2_address，共8個數(shù)據(jù);標(biāo)記2顯示了讀書的數(shù)據(jù)數(shù)值a2_q0，可以看到兩者相差一個時鐘周期。那么什么時候a2_address可以發(fā)生變化呢?我們從標(biāo)記A可以看到，在標(biāo)記A左邊，ap_idle為高電平，表明該模塊處于空閑狀態(tài)，標(biāo)記A之后，ap_start為高電平，同時ap_idle變?yōu)榈碗娖?。一旦ap_start為高，a2_ce0即為高，表明可以開始讀取a2對應(yīng)的數(shù)據(jù)。當(dāng)?shù)谝粠?個數(shù)據(jù)讀取完畢，即讀取到第一幀最后一個數(shù)據(jù)時，ap_ready為由低電平變?yōu)楦唠娖角页掷m(xù)一個時鐘周期，表明第一幀輸入數(shù)據(jù)已讀取完畢，如圖中標(biāo)記B。緊接著ap_start也由高電平變?yōu)榈碗娖?。?dāng)?shù)谝粠嬎阃戤?，輸出對?yīng)的8個數(shù)據(jù)后，ap_done由低電平變?yōu)楦唠娖讲⒊掷m(xù)一個時鐘周期，如圖中標(biāo)記C。當(dāng)ap_done由高變低時，ap_idle則由低變高，表明可以再次啟動該模塊。因此，我們可以看到標(biāo)記D處ap_start為高，之后a2_ce0由低變高開始讀取第二幀輸入數(shù)據(jù)。讀取到第二幀輸入數(shù)據(jù)的最后一個數(shù)據(jù)后，ap_ready由低電平變?yōu)楦唠娖健?/p>

由此我們可以得出如下結(jié)論：

ap_start受ap_idle影響，只有當(dāng)ap_idle為高時，才可以啟動ap_start，將其由低電平變?yōu)楦唠娖?

ap_ready為高電平時，表明已完成一幀的輸入數(shù)據(jù)讀取任務(wù);

ap_done為高電平時，表明已完成一幀的輸出數(shù)據(jù)寫入任務(wù);

ap_done持續(xù)一個時鐘周期由高變低后，ap_idle會由低變高。

審核編輯：湯梓紅