• 前言
• Vitis 應用加速開發平臺
• • 1. 組成模塊
  • • 軟件（Host） 與 硬件（Kernel）
    • 軟硬件交互
  • 2. 執行過程
  • 3. 示例：數據中心應用加速的開發
  • 4. 示例：嵌入式應用加速的開發
  • 5. 建立目標文件 Target

前言

上篇文章主要介紹了 HLS 是什么，這篇文章將從宏觀上了解 Vitis 應用加速開發平臺的組成和運行過程。

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Vitis 應用加速開發平臺

1. 組成模塊

軟件（Host） 與 硬件（Kernel）

Vitis 應用加速開發（The Vitis application acceleration development flow）提供了一個用于使用軟硬件的標準編程語言開發 FPGA 加速應用的框架。 主要分為軟硬件兩部分，或者主機（host）和內核（kernel）兩部分：

• 軟件部分（host program）：使用 C/C++ 開發，可在 x86 或嵌入式處理器上運行，并調用 OpenCL? API 來與加速器交互
• 硬件部分（kernel）：可以使用 C/C++、OpenCL C 或 RTL 進行開發。

軟硬件交互

主機（Host processor） 與硬件加速器（Hardware accelertor）之間的交互通過 XRT（Xilinx Runtime Library） 管理的 API 調用完成。 主機和內核之間的通信，包括控制和數據傳輸，位于 PCIe 總線或嵌入式平臺的 AXI 總線上。 雖然控制信息僅在硬件中的特定內存位置之間傳輸，但用于在主機和內核之間的數據傳輸使用的是全局內存（global memory）。 主機和硬件加速器都可以訪問全局內存，而主機內存（host memory）只能由主機應用程序訪問。

• 例如，在應用中，主機首先將內核要操作的數據從主機內存傳輸到全局內存中。 內核隨后對數據進行操作，將結果存儲回全局內存。 內核完成后，主機將結果傳輸回主機內存。

上述數據傳輸過程顯然會引入延遲（latency），這對整個應用程序來說可能是代價高昂的。 因此，為了在真實系統中實現加速，硬件加速所獲得的好處必須足夠多。

2. 執行過程

開發平臺由 FPGA 加速內核（kernel）、全局內存（global memory）和用于內存傳輸 DMA 組成。 內核可以有一個或多個可編程的全局內存接口。 Vitis 核心執行過程可以分解為以下步驟：

Host 通過 PCIe 接口或 AXI 總線將 Kernel 所需的數據寫入所連接設備的 global memory 中。

Host 使用其輸入參數設置 Kernel。

Host 觸發 FPGA 上的內核函數（Kernel function）的執行。

Kernel 執行所需的計算，并在必要時從 global memory 讀取數據。

Kernel 將數據寫回 global memory 并通知 Host 任務完成。

Host 將數據從 global memory 讀回 host memory，并根據需要繼續處理

FPGA 可以在加速器上運行多個 Kernel 實例，包括不同類型的 Kernel ，以及同一 Kernel 的多個實例。 XRT 負責協調這一交互過程。

3. 示例：數據中心應用加速的開發

4. 示例：嵌入式應用加速的開發

5. 建立目標文件 Target

Vitis 編譯器提供三種不同的構建目標（build target），其中前兩個是用于調試和驗證目的的仿真目標（emulation target），最后一個是用于生成實際 FPGA 二進制文件的默認硬件目標（hardware target）

• 軟件仿真 Software Emulation （sw_emu）

  Host 和 Kernel 的代碼都被編譯在 Host 上運行。這可以通過快速構建和運行循環，完成迭代算法的細調（refinement）。通常用于識別語法錯誤、對與應用程序一起運行的 kenel 代碼進行源代碼（source code）級調試，以及系統行為驗證。

• 硬件仿真 Hardware Emulation （hw_emu）

  Kernel 代碼被編譯成硬件模型 (RTL)，該模型在專用模擬器中運行。這個構建和運行循環需要更長的時間，但提供了 Kernel 詳細的、周期準確的行為仿真。用于測試將寫入 FPGA 的邏輯功能，并獲得初始性能估計。

• 硬件 Hardware

  Kernel 被編譯成一個硬件模型 (RTL)，然后在 FPGA 上實現，產生一個將在實際 FPGA 上運行的二進制文件。

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Reference: Vitis Unified Software Development Platform 2020.2 Documentation

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【Vitis Accel】2 - Vitis 应用加速开发平台简介的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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