FPGA制造技术

本发明专利技术公布了一种

【技术实现步骤摘要】
FPGA平台桥接HLS技术和硬件构造的芯片设计方法


[0001]本专利技术涉及芯片设计自动化
，具体涉及一种面向现场可编程门阵列的桥接高层次综合技术和低层次硬件构造的设计方法
。

技术介绍

[0002]现场可编程门阵列
(FPGA)
广泛用于原型设计和加速各种应用，包括机器学习
、
数据分析等
。FPGA
最吸引人的特点是，它可以通过编程进行定制，以应对不同的应用
。
对
FPGA
进行编程有两种主要方法
。
第一种方法是采用低层次硬件构造方法，手动编写寄存器传输级别
(RTL)
硬件描述语言，如
Verilog
和
VHDL
，它们将硬件结构描述为寄存器和组合逻辑
。
第二种方法是使用
HLS(High Level Synthesis
，高层次综合
、
高级综合工具
)
技术，如
Xilinx Vitis HLS...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
FPGA
平台桥接
HLS
技术和硬件构造的芯片设计方法，其特征是，将高层次综合
HLS
技术使用的高级语言功能集成到寄存器传输级别的硬件编程中，设计嵌入在硬件构造语言中的编程接口库；编程接口库提供高级控制语句描述硬件的控制行为，并与硬件构造语言支持的硬件数据通路描述结合，支持完整
、
通用的硬件描述功能；再根据高层次控制描述实现有限状态机
FSM
的自动生成，生成使得
FSM
具有与高层次描述相同的周期精确的控制行为；包括如下步骤：
S1.
设计基于硬件构造语言的编程接口库，编程接口库用于描述芯片硬件的控制行为；编程接口库提供高层次控制原语用于描述硬件控制行为，包括：原子性原语
、
串行原语和并行原语；
S2.
根据编程接口库设计有限状态机的表示形式及有限状态机对应的硬件，包括定义用于有限状态机合成的有限状态机操作和定义有限状态机的合成模板；设计有限状态机的表示形式，包括状态机的状态和转移，状态机控制的逻辑行为或输出；有限状态机对应的硬件设计相对应地包括状态寄存器
、
转移逻辑部分和输出逻辑部分；有限状态机操作用于修改与创建有限状态机；编程接口库描述的控制行为通过有限状态机操作和有限状态机的合成模板合成得到符合控制行为描述的有限状态机；通过编程接口库合成有限状态机生成芯片硬件，使得生成的有限状态机及硬件实现的周期级行为与基于编程接口库的高层次描述相同，并优化合成有限状态机的资源消耗；利用有限状态机操作和高层次控制原语对应的有限状态机的合成模板，实现有限状态机的合成；
S3.
通过有限状态机和硬件构造语言统一输出完整的硬件控制器和数据通路设计；结合有限状态机合成的基本操作及状态机合成模板实现自动化
、
高性能
、
资源高效的状态机合成与硬件生成，包含硬件数据通路以及硬件控制器，优化
FPGA
平台的硬件控制器的寄存器传输级别
RTL
硬件描述的生成；通过上述步骤，实现
FPGA
平台桥接
HLS
技术和硬件构造的芯片设计
。2.
如权利要求1所述
FPGA
平台桥接
HLS
技术和硬件构造的芯片设计方法，其特征是，硬件构造语言具体采用
Chisel。3.
如权利要求2所述
FPGA
平台桥接
HLS
技术和硬件构造的芯片设计方法，其特征是，编程接口库提供三类控制原语，并形成编程接口库与硬件构造语言
Chisel
搭配使用的工具链；其中：原子性原语用于将硬件的结构功能语义转换为时序控制语义，并为串行原语和并行原语提供描述硬件控制行为；串行原语用于支持软件风格的硬件控制行为描述，支持用户使用敏捷代码描述复杂的硬件控制逻辑；并行原语用于描述高性能的硬件设计
。4.
如权利要求3所述
FPGA
平台桥接
HLS
技术和硬件构造的芯片设计方法，其特征是，三类控制原语具体是：
11)
原子性原语：即
Step
原语，声明在一个周期内完成执行的用
Chisel
原生语法描述的硬件逻辑，作为分割跨周期硬件时序控制行为和周期内硬件组合逻辑的编程语法；
12)
串行原语：包括
Block、If、For、While
四个具体原语，对应软件编程语言中的常见控制流语法，通过层次化的组合使用描述复杂的硬件控制行为；
13)
并行原语：包括
Folk、Pipeline
两个具体原语，分别描述
Folk
‑
join
风格的硬件控制逻辑和流水线电路的硬件控制逻辑，利用并行获得硬件性能的提升
。
5.
如权利要求1所述
FPGA
平台桥接
HLS
技术和硬件构造的芯片设计方法，其特征是，有限状态机操作包括合并
、
分割
、
连接
、
循环
。6.
如权利要求1所述
FPGA
平台桥接
HLS
技术和硬件构造的芯片设计方法，其特征是，将编程接口库中的编程原语实现为高级编程语言
Scala
中的高阶函数，即每个控制原语被允许作为另一个控制原语的函数参数；硬件描述中，外层的
Block
原语以两个
Step
原语和一个
If
原语作为函数参数；将编程接口库中以控制原语形式描述的硬件控制表示为抽象语法树
AST
的数据格式，面向编程接口库输出抽象语法树，以实现有限状态机的...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁云，罗梓璋，肖有为，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：