Catapult Journey - Untimed C++ - lab 3

Loop handling (unrolling and pipelining)

Main

Khác với cách tiếp cận ở một số tool HLS khác, Catapult coi hàm main là một unbounded loop (infinite loop). Do đó ta hoàn toàn có thể cấu hình để tool tổng hợp main ra kiến trúc pipeline. Tuy nhiên, Catapult sẽ không tự động UNROLL các LOOP trong hàm main như Vitis HLS, việc này được thực hiện hoàn toàn dựa vào người thiết kế.

LOOP

Chỉ có 2 kỹ thuật được thực hiện trên LOOP bao gồm

• LOOP UNROLLING
  • Fully unroll
  • Partial unroll
• LOOP PIPELINING

Pragmas UNROLL

#pragma unroll yes

Dynamic index

void test_orig(int din[40], uint6 offset, int dout[40])
{
  static int regs[40];

  // Loop is fully unrolled
#pragma unroll yes
  for (int i=0; i<40; i++) {
    if (i+offset < 40) {
      regs[i + offset] = din[i];
    }
  }

  // Loop is fully unrolled
#pragma unroll yes
  for (int i=0; i<40; i++) {
    dout[i] = regs[i];
  }
}

Dòng code regs[i+offset] = din[i] sẽ được tool báo Warning

 # Warning: test_orig.cpp(11): Writing to register bank 'test_orig:regs' with 17 registers using a dynamic index can cause excessive runtime and undesired hardware.  Please inspect coding style. (MEM-74)

Lý do: offset là biến tham số được đưa vào từ input. i tuy là biến counter nhưng khi thực hiện unroll, nó sẽ trở thành constant

Catapult được thiết kế sẽ chia tách mảng mà được truy cập bằng dynamic index thành nhiều biến nhỏ. Do đó, với dòng code trên mảng regs (mapped ở dạng registers) sẽ được chia nhỏ thành nhiều biến tương ứng với các giá trị của offset. Bên cạnh đó, dòng code kia lai ở bên trong một unrolled loop => Mảng regs sẽ được chia tách rất nhiều lần tương ứng với số vòng lặp của LOOP. Điều này dẫn tới thời gian runtime sẽ bị kéo dài, area sẽ lớn.

Phương án giải quyết

void test(int din[40], uint6 offset, int dout[40])
{
  static int regs[40];

#pragma unroll yes
  for (int i=0; i<40; i++) {
#pragma unroll yes
    for (int j=0; j<40; j++) {
      if ((j==offset) & (j+i<40)) {
        regs[j+i] = din[i];
      }
    }
  }

  // Loop is fully unrolled
#pragma unroll yes
  for (int i=0; i<40; i++) {
    dout[i] = regs[i];
  }
}

i và j đều là constant khi cả hai loop thực hiện fully unroll. Do đó, indexing của regs lúc này là constant. Giá trị của j sẽ được guard bởi câu lệnh điều khiện.