A GAJSKI-KUHN DIAGRAM

1. A GAJSKI-KUHN DIAGRAM Alapelv: Rendezzük a digitális-rendszerek leírásait célok és szintek szerint Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

2. Szintézisek és verifikációk A szintézis adott szintről a tőle jobbra lévő tartomány eggyel alacsonyabb szintjére irányul A verifikáció adott szintről a tőle balra lévő tartomány eggyel magasabb szintjére irányul (A realizáció és az analízis „szinttartó”) Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

3. A TERVEZÉS ELEMEI ● SPECIFIKÁCIÓ ● STRUKTÚRA ● SZINTÉZIS ● VERIFIKÁCIÓ Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

4. A „JÓ TERVEZÉS” KÉT FOLYAMATA SPECIFIKÁCIÓ ÉS SZINTÉZIS VAGY SPECIFIKÁCIÓ, TERVEZÉS(KÉZI) ÉS VERIFIKÁCIÓ Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

5. A R-szint építőelemei 1. REGISZTEREK 2. MULTIPLEXEREK 3. FUNKCIÓS-EGYSÉGEK 4. FSM (szinkron véges állapotú gép) Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

6. A HLS FŐ LÉPÉSEI • 1. ÜTEMEZÉS • 2. FU-ALLOKÁCIÓ • 3. R-ALLOKÁCIÓ Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

7. HLS-technikák 1. Gráfos-módszerek (CDFG) 2. Nyelvi transzformációk (VHDL) 3. Táblázatos módszerek ( target-állapot táblák) Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

8. Data-flow elvek a HLS-ben • A HW esemény-hajtott DATAFLOW természetű • Az algoritmusok DF megfogalmazásai előnyben • Hasznos az értékkövető DF (VALUE-TRACE) Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

9. Az FSM szokásos állapotgráfja Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

10. FSM struktúra Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

11. Egy egyszerű szekvencia értékkövető adatfolyam gráfja Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

12. Egy bonyolultabb VT-DFG Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

13. Egy absztrakt HW specifikáció • library work; use work.funclib.all; • entity syntex0 is • port( R : in bit; • S : in bit; • ph1, ph2 : in bit; • pa : in real := 0.0; • paa : out real := 0.0); • end syntex0; • architecture MOD0 of syntex0 is • begin • process • variable a : real := 0.0; • begin • wait until S = '1'; • a := pa; • for i in 1 to 4 loop • a := a + 1.0; • end loop; • paa <= a; • end process; • end MOD0; Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

14. A VT-DFB • DP : block • begin • a0 <= pa; • a1 <= a0 + 1.0 when state = 1 else anyreal; • a2 <= a1 + 1.0 when state = 1 else anyreal; • a3 <= a2 + 1.0 when state = 1 else anyreal; • a4 <= a3 + 1.0 when state = 1 else anyreal; • paa <= a4; Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

15. HLS technikák Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

16. TARGET-ÁLLAPOT TÁBLÁZATOK SZEMANTIKÁJA,NEM-REGISZTER TÍPUSÚ TRANZAKCIÓK Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

17. REGISZTER-TÍPUSÚ TRANZAKCIÓK Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

18. A HLS FŐ LÉPÉSEI • 1. ÜTEMEZÉS • 2. FU-ALLOKÁCIÓ • 3. R-ALLOKÁCIÓ Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

19. Ütemezés HW korlátokkal Az ütemezést a műveleti (funkciós) egységekre kimondott korlát alapján végezzük el. Ez azt jelenti, hogy az egységes VT-EDDFB-t annyi egymás után végrehajtandó részblokkra kell felbontani, amennyivel az bitosítható, hogy egy részblokkban az azonos funkciójú műveleti egységek száma nem haladja meg korlátot. Minden részblokk egy FSM állapot. Példánkban egyetlen funkciós egység az INCREMENTER (összeadó) Tegyük fel, hogy csak egyet használhatunk fel. Ez azt jelenti, hogy egy aktív állapot helyett 4-re van szükség, és mindegyik megnyit illetve lezár egy al-blokkot. Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

20. A HW korlátok szerinti ütemezés táblázata Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

21. FU-allokáció A funkciós egységeket hozzárendeljük az al-blokkokhoz. Ilyenkor a műveleti egységeket individualizáljuk, és szemantikájuknak megfelelően állapot-független tranzakciókként beültetjük azokat, új targetekkel, illetve bemeneti jelekkel. A funkciós egységek targetjeit minden olyan cellába beírjuk, ahol az adott művelet kifejezésként szerepelt. A bemenetek által kijelölt sorokba azokat a kifejezéseket kell a megfelelő állapot oszlopába beírni, amelyek az allokáció előtt a tranzakciók kifejezéseiben a megfelelő pozícióban voltak. Példánkban az egyetlen összeadó targetjét t1-vel, bemenetét t2-vel jelöltük. A t1 sorába be kerül az állapot-független kifejezés, majd a t2 sorába az 1-4 állapotokba bekerül az a0-a3jelek neve, hiszen azok állottak a kifejezések megfelelő pozíciójában. Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

22. Az FU allokáció utáni táblázat Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

23. R-allokáció A regiszter-allokáció során először megállapítjuk a minimálisan szükséges regiszterek számát. Ezt a csillaggal jelölt targetek életciklusának páronkénti egybevetésével végezzük el. Két regiszter-típusú target akkor ábrázolható egy regiszterben, ha életciklusaik között nincs átfedés. Példánkban az a1-a3 és az a2-a4 párok tagjai között nincs élet-ciklus átfedés, tehát két regiszter, az a1_a3 és az a2_a4 bevezetése allokálja a regisztereket. Az új regiszter típusú targetek soraiba azok bemeneteit írjuk, majd ezeknek az új targeteknek a soraival bővítjük a táblát. Ezek sorait pedig azok a kifejezések töltik meg, amelyek az összevonás előtti állapotban a megfelelő pozícióban szerepeltek. Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

24. Az R-allokáció utáni tábla Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

25. A tábla szerinti HW Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

26. Regiszter-szintű szintézis : Példa négyzetgyökvonást végző hw-egység specifikálására program SQRT(x, e, y); begin read (x, e); cy := Fi(x); while d > e loop ny := 0.5*(cy + x/cy); d := abs(ny – cy); cy := ny; end loop; y <= cy; write y; end SQRT; Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

27. Funkciós (műveleti) egységek és számbeli korlátaik - Négyzetgyök becslő LUT (1) - Komparátor (2) - Összevonó (2) - Osztó-szorzó (1) Megjegyzés: A szorzó-osztó egység foglalja el a legnagyobb szilícium-felületet Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

28. Négyzetgyök-becslő • function Fi(x : real) return real is • variable init : real := 0.0; • begin • if x < 0.00001 then init := 1.0; • elsif x >= 0.00001 and x < 0.0001 then init := 0.007; • elsif x >= 0.0001 and x < 0.001 then init := 0.022; • elsif x >= 0.001 and x < 0.01 then init := 0.07; • elsif x >= 0.01 and x < 0.1 then init := 0.22; • elsif x >= 0.1 and x < 1.0 then init := 0.7; • elsif x >= 1.0 and x < 10.0 then init := 2.2; • elsif x >= 10.0 and x < 100.0 then init := 7.0; • elsif x >= 100.0 and x < 1000.0 then init := 22.0; • elsif x >= 1000.0 and x < 10000.0 then init := 70.0; • elsif x >= 10000.0 and x < 100000.0 then init := 220.0; • elsif x > 100000.0 then init := 220.0 ; • end if; • return init; • end Fi; y return Fi x x1 y <= Fi(x1) after 1 ns; Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

29. Komparátor • function Cm(a: real; b: real) return bit is • variable v : bit; • begin • if a > b then v := '1' ; • else v := '0'; • end if; • return v; • end Cm; x1 a Y return Cm x2 b Y <= Cm(x1, x2) after 1 ns Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

30. Összevonó • function AS(as_contr: as_cont_type; a : real; b : real)return real is • variable v : real; • begin • if as_contr = add then • v := a + b; • elsif as_contr = sub then • v := a - b; • end if; • return v; • end AS; return c as_contr AS a b x1 x2 y <= AS(c, x1, x2) after 2 ns; Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

31. Szorzó-osztó • function MD(md_contr: md_cont_type; a : real; b : real) return real is • variable v : real; • begin • if md_contr = mult then • v := a * b; • elsif md_contr = div then • v := a/b; • end if; • return v; • end MD; y return c md_contr MD a b x1 x2 y <= MD(c, x1,x2) after 12 ns Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

32. Értékkövető DF blokkok - 1.példa SEQ2: begin for i in 1 to 4 loop a := a + 1; end loop; end; ED-DFB2 : block begin a1 <= a0 + 1; a2 <= a1 + 1; a3 <= a2 + 1; a4 <= a3 + 1; end block; Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

33. Értékkövető DF blokkok-2.példa SEQ3 : begin if e < 0 then a := b * c; d := a + b; elsif e = 0 then a := b; else d := a; end if; end; ED-DFB3 : block begin a1 <= b0 * c0 when e0 < 0 else b0 when e0 = 0 else a0; d1 <= a1 + b0 when e0 < 0 else d0 when e0 = 0 else a0; end block; Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

34. A GYÖKVONÓ EGYSÉG ENTITÁSA library work; use work.sqrtpack.all; entity SQRT_UNIT is port ( START : in bit; READY : inout bit := '1'; RESET : in bit; pe : in real := 0.0; px : in real:= 0.0; py : inout real := 0.0; ph1, ph2 : in bit); end SQRT_UNIT; Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

35. Viselkedési architektúra architektúra (SPECIFIKÁCIÓ) Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

36. A szintézis első lépése: az algoritmus felbontása értékkövető DF blokkokra, azaz egy FSM állapotaihoz való rendelés Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005 FSM gráf

37. Szabályok az FSM állapotainak elkülönítésére 1. Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

38. Ütemezés (scheduling) FU korlátokkal Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

39. Az FU allokáció, R-allokáció, MP-allokációeredménye Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005

40. Rendszer szintű specifikációs nyelvek ● SDL ● ECS ● LOTOS ● VHDL+VSPEC ● SystemC Szintézis . . . . . . . . . . . . . . . Keresztes Péter, 2005