Vivado HLS推動(dòng)協(xié)議處理系統(tǒng)蓬勃發(fā)展(下)

　　7 用多級(jí)層級(jí)創(chuàng)建系統(tǒng)

　　上文討論了如何使用Vivado HLS實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的三級(jí)流水線。但是一般的包處理系統(tǒng)可能會(huì)包含分布在層級(jí)結(jié)構(gòu)中多個(gè)層面的多個(gè)模塊。圖2即是這種系統(tǒng)的示例。在本例中，層級(jí)結(jié)構(gòu)的第一層由兩個(gè)模塊組成，每個(gè)模塊下面包括三個(gè)子模塊。這個(gè)示例中的頂層模塊與前面介紹的簡(jiǎn)單系統(tǒng)中頂層模塊相似。但包含有三個(gè)子模塊的較低層模塊使用INLINE編譯指令來解析函數(shù)，將其子模塊推送到頂層，如例6所示。

　　例6：Vivado HLS中的中間模塊

　　1 void module2 (stream < axiWord > &inData,
　　stream&outData) {
　　2 #pragma HLS INLINE
　　3
　　4 ………

　　因此在Vivado HLS完成綜合后，系統(tǒng)基本如圖3所示。這樣Vivado HLS就能正確地根據(jù)這些模塊創(chuàng)建數(shù)據(jù)流架構(gòu)，完成模塊的流水線化，然后同步執(zhí)行。在嵌入該函數(shù)后，各模塊和信號(hào)保持原來的名稱不變。

　　8 使用高級(jí)語言結(jié)構(gòu)

　　高層次綜合的主要優(yōu)勢(shì)之一在于可以使用高級(jí)語言結(jié)構(gòu)來表達(dá)復(fù)雜對(duì)象，與傳統(tǒng)RTL設(shè)計(jì)相比，顯著提高了抽象水平。下面的例子是描述一個(gè)小型查找表。

　　例7中的代碼用于內(nèi)容可尋址存儲(chǔ)器(CAM)類定義，它使用類對(duì)象創(chuàng)建一個(gè)表，供存儲(chǔ)和恢復(fù)上述原型系統(tǒng)的ARP數(shù)據(jù)。該類有一個(gè)私有成員，這個(gè)私有成員是一個(gè)由“noOfArpTableEntries”條“arpTableEntry”類型記錄組成的陣列。這種類型屬于一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括MAC地址、對(duì)應(yīng)的IP地址和用于說明該條記錄是否包含有效數(shù)據(jù)的一個(gè)數(shù)位。

　　例7：CAM類定義

　　1 class cam {
　　2 private:
　　3 arpTableEntry filterEntries[noOfArpTableEntries];
　　4 public:
　　5 cam();
　　6 bool write(arpTableEntry writeEntry);
　　7 bool clear(ap_uint<32> clearAddress);
　　8 arpTableEntry compare(ap_uint<32>
　　searchAddress);
　　9 };

　　這個(gè)類也包括四種在這個(gè)表上運(yùn)算方法(其中一個(gè)是構(gòu)造器)。其中的一個(gè)，即比較法，用于實(shí)現(xiàn)真正的查找功能。本例通過提供IP地址來返回相應(yīng)的MAC地址。處理的方法是使用“for”循環(huán)查找表中的每一條記錄，搜索有相同IP地址的有效記錄。然后完整地返回這條記錄。如果沒有找到，就返回?zé)o效記錄。為讓設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)II=1的目標(biāo)，必須完全展開這個(gè)循環(huán)。

　　例8：用于CAM類的比較法

　　1 arpTableEntry cam::compare(ap_uint<32> searchAddress)
　　{
　　2 for (uint8_t i=0; i
　　3 if (this->filterEntries[i].valid == 1 &&
　　searchAddress == this->filterEntries[i].ipAddress)
　　4 return this->filterEntries[i];
　　5 }
　　6 arpTableEntry temp = {0, 0, 0};
　　7 return temp;
　　8 }

　　上述經(jīng)驗(yàn)和示例明確說明，用戶可以使用Vivado HLS充分發(fā)揮高級(jí)編程結(jié)構(gòu)的作用，用類似軟件的方法描述包處理系統(tǒng)。采用RTL是難以實(shí)現(xiàn)的。

　　9 10GBps速率下的協(xié)議處理

　　與傳統(tǒng)RTL相比，Vivado HLS可使用C/C++在FPGA上迅速方便地實(shí)現(xiàn)協(xié)議處理設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮高級(jí)語言帶來的效率提升優(yōu)勢(shì)。另外還具有下列優(yōu)點(diǎn)：使用C函數(shù)輕松完成系統(tǒng)構(gòu)建;數(shù)據(jù)通過流交換，提供類似FIFO的標(biāo)準(zhǔn)化接口;靈活的流控制和HLS編譯指令，便于使用該工具實(shí)現(xiàn)需要的架構(gòu)。借助這些功能，用戶無需重寫源代碼就能夠迅速判研多種不同設(shè)計(jì)方案的利弊。

　　出于解釋這類設(shè)計(jì)的基本概念的目的，上文討論了一種能夠應(yīng)答ping和ARP請(qǐng)求，解析IP地址查詢的簡(jiǎn)單ARP服務(wù)器。結(jié)果證明用Vivado HLS設(shè)計(jì)的模塊能夠以10Gbp乃至更高的線速完成協(xié)議處理。