将阵列指定为块串流 - 2023.2 简体中文

块串流建模样式

从另一方面来看，对于块串流，生产者与使用者之间的通信以类阵列对象串流方式来建模，这样与通过 PIPO 进行阵列传输相比存在多方面优势。

在代码中使用块串流需要以下 include 文件：

#include "hls_streamofblocks.h"

块串流对象模板为：

hls::stream_of_blocks<block_type, depth> v

其中：

• <block_type> 用于指定块串流所包含的阵列或多位阵列的数据类型
• <depth> 是可选实参，可提供与 hls::stream 或 PIPO 相似的深度控制，并指定块的总数，包括在任意时间生产者获取的块和使用者获取的块。默认值为 2
• v 为块串流对象指定变量名称

使用以下步骤访问块串流中的某一个块：

1. 如果生产者或使用者进程要首先访问串流，则需要使用 hls::write_lock 或 hls::read_lock 对象获取对该串流的访问权。

2. 当生产者获取锁定后，它即可开始写入（或读取）获取的块。此块完全初始化后，当 write_lock 对象超出范围时，生产者即可将此块释放。

   注释：具有 write_lock 的生产者进程也可以读取此块，前提是它从已写入的位置读取，因为新获取的块必须假定包含未初始化的数据。仅限生产者进程才能对块进行写入和读取，不支持使用者执行此操作。

3. 随后，此块将在块串流中以 FIFO 方式排队，当使用者获取 read_lock 对象后，此块即可供使用者进程读取。

前述示例中所示的 hls::stream_of_blocks 与 PIPO 机制之间的主要差异在于一旦 write_lock 超出范围，块就会变为对使用者可用，而不是仅在生产者进程返回时才可用。因此，含块串流时的存储量远小于含 PIPO 时的存储量：即，此时存储量为 2N 而不是 2xMxN。

生产者通过构造名为 b 的 hls::write_lock 对象，并将名为 s 的块串流对象引用传递给该对象，即可获取此块。write_lock 对象可提供重载阵列访问运算符，这样即可像阵列一样访问此对象，以便按随机顺序访问底层存储器，如以下示例所示。

通过构造 write_lock/read_lock 对象即可执行锁定的获取，当对象超出范围时，就会被销毁，从而自动释放锁定。此方法使用常用的“资源获取即初始化”(RAII) 样式的锁定和解锁。

#include "hls_streamofblocks.h"
typedef int buf[N];
void producer (hls::stream_of_blocks<buf> &s, ...) {
  for (int i = 0; i < M; i++) {
    // Allocation of hls::write_lock acquires the block for the producer
    hls::write_lock<buf> b(s);
    for (int j = 0; j < N; j++)
      b[f(j)] = ...;
    // Deallocation of hls::write_lock releases the block for the consumer
  }
}
  
void consumer(hls::stream_of_blocks<buf> &s, ...) {
  for (int i = 0; i < M; i++) {
    // Allocation of hls::read_lock acquires the block for the consumer
    hls::read_lock<buf> b(s);
    for (int j = 0; j < N; j++)
       ... = b[g(j)] ...;
    // Deallocation of hls::write_lock releases the block to be reused by the producer
  }
}
  
void top(...) {
#pragma HLS dataflow
  hls::stream_of_blocks<buf> s;
  
  producer(b, ...);
  consumer(b, ...);
}

此方法的关键特征包括：

• 以上生产者的外层循环的目标性能是达成总体启动时间间隔 (II) 为 1 的目标
• 锁定的块虽可使用，但它仅供生产者或使用者进程专用，直至被释放为止。
• 生产者的阵列对象的初始状态并未定义，但它包含由生产者为使用者写入的值。
• 块串流的主要优势在于允许重叠执行使用者和生产者的多次迭代，以提升吞吐量。

资源使用

当深度增加超过默认值 2 时，资源成本与 PIPO 的资源成本类似。换言之，每递增 1，都需要足够一个块使用的存储器，例如，在以上示例中，需要 N * 32 位字。

块串流对象可绑定到特定 RAM 类型，方法是在声明块串流的位置放置 BIND_STORAGE 编译指示，例如，在顶层函数内。默认情况下，块串流使用 2 端口块 RAM (type=RAM_2P)。