ImpulseC/CoDeveloperについて

目次

ramf-vision asapagogo2010

Bach-C言語との比較 †

ImpulseCのマニュアルやチュートリアルはassam機のC:\ImpulseC\ImpulseC 日本語資料、ImpulseC 英語資料にあるので、各自参考にしてもらいたい。

以下にImpulseCの基本事項を記す。

• データ型
  1. 基本的には、co_intとco_uintのみ。ビット幅は1〜64で指定する

• ビット幅
  1. 変数宣言時に必ず、ビット幅を指定しなければならない
     co_int1〜co_int64 or co_uint1〜co_uint64

• ライブラリ関数
  　　　多分ない…

• ファイル入出力
  　　　…調べ中
  1. シーケンシャルアクセスファイルへの入出力をサポートしている
  2. ファイル入出力はシミュレーション用記述内で有効（回路生成は不可）
  3. ファイル名は動的に指定できない
  4. ファイル記述子の宣言方法 stream_in infile="data.in"; stream_out outfile="result.txt";

• 並列性の
  　　　多分ない

• スレッド間の通信
  　　　多分co_streamのこと

• ImpulseCが使用できないもの

1. 浮動少数点演算〜Xilinxマクロでサポート（ISE8.1から）整数演算、固定小数点演算はサポート
   　　　See Fixed-Point_Arithmetic_in_ImpulseC.pdf
2. ポインタ
   1. コンパイル時に確定値を持つポインターのみ
   2. ダイナミック・ポインターの使用禁止
3. 再帰的な「関数」呼び出しの禁止
4. 関数の可変長引数???（多分できない）
5. 構造体の使用可能〜制限あり、型の違うstruct, unionが使えない
6. union使えない、externは関数呼び出しのみ（多分）、goto（分からん）
7. sift(<<)のオペランドはconstantのみ
   See Practical FPGA Programming In C 6.8. Language Constraints for Hardware Processes

ImpulseCの資料の中で重要そうなもの †

About 0ImpulseC070608.pdf

• 通信チャネル（ハード化の場合) P.63 プロセス間のデータ転送、制御のプロトコルを実現する要素

• stream （制御付きFIFO）P.63

  処理スピードの異なる、もしくは一定しないプロセス間の自動ハンドシェークを実現
  クロックの異なるプロセス・モジュール結合の整合
  FIFOバッファによるバッファリングリング
  空のFIFOからは読み込めず、ステートマシンはデータが準備されるまで止まる、満杯への書き込みも同様

• signal　（ready制御付きレジスタ）P.64

  入力に「待ち」が必要な場合の「相手のready信号」を待つ自動ハンドシェークを実現
  「相手のready信号」がクロック同期で来るまでステートマシンは該当ヶ所で止まる
  データの転送だけでなく、同期、排他制御に使用データ幅0~64bit可変
  資源共有にセマフォ（Semaphore）で排他制御

• register　（単純なレジスタ）P.65

  クロック毎に有効データが保障されている場合
  有効性が別手段で確認できる場合
  Register　チャネルによるステート・マシンの制御手段は無い
  外部IOに使いやすい
  FanOutを持てる

〜ここ重要〜

• ハード化プロセスへの制約 P.71

   ・再帰的な「関数」呼び出しの禁止
   ・コンパイル時に確定値を持つポインターのみ
   ・ダイナミック・ポインターの使用禁止
   ・グローバル変数の使用可能〜制限あり
   ・浮動少数点演算〜Xilinxマクロでサポート（ISE8.1から）
   ・構造体の使用可能〜制限あり

• Impulse Cのモジュール合成　P.75, 76

  	1. 最適化単位ブロック分割：
  	　　ソースを走査して制御文に到達する、または制御ブロックから出る毎に、それまでを1つの最適化単位ブロックとする。
  	2. ステージ分割：
  	　　最適化単位ブロックには、代入文と演算のみが含まれる。
  	　　この1ブロックを最小のクロックで処理するよう分析する。各1クロックでの処理対象をステージと言う。
  	4. 制御構造を抜き出してステートマシン（FSM）となる
  	5. 各ステージ（Stage）は、生成ステートマシン（FSM）の各ステートと1対1の対応
  	6. クロックが入るだけで、C言語ソースの構造を完全に維持

　〜ここ重要〜

• 3種類の並列化 P.77 See Impulse_C-syn-report-howto-read.ppt

  	1. プロセスレベルの並列化、パイプライン化
  	　　設計のCSPモデリングであり設計の一部であり、ユーザに委ねられている
  	2. プロセス内のスケジューリング（ステージ分割）
  	　　依存関係の無い処理は一括して1clockでステージ化
  	　　　⇒　依存関係のない、Cのステートメントをなるべく多く、遅延制約にひかからない範囲でまとめて1clockで処理しようとする。
  	　　　　　このまとめの単位をステージという。CoBuilder による並列化
  	3. ループ内パイプライン化〜ステージの並列動作化
  	　　　⇒　ループ・ブロック内のステージのパイプライン化を試みる。CoBuilder による並列化

• Unit Delay値 See Impulse_C-syn-report-howto-read.ppt

• リセットとクロッキング P.86
  • リセット

    「hwのみの設計」には、設計者がリセット・レベルを管理
    〜動作合成への明示的な指示
    PSPを使う協調設計では、レベル整合はPSP側（mhs）で行われるデフォールト〜Hi
    信号名：Hiレベル〜 reset　/　Lowレベル〜 reset_n
    ※この名前を制約設定pin名に使う

• 非同期リセット

• クロック

  信号名：clk
  	※「hwのみの設計」には、この名前を制約設定pin名に使う

About Design_Example_60minTimer_3sw7seg_XISE9_s3skit.pdf

• 第6章：他のボードへの移植 P.44

• Impulse C側

Xilinx S3スタータキットボードとの下記事項の差異をチェックして、Impulse Cソースファイルの多少の書き換えが必要です。

 ・SWのビット数、SWの入力のアクティブレベル
 ・7segLEDの桁数とセグメント・ドライブのアクティブレベル
 ・7segLED のドライブ方式〜ダイナミック/スタチック
 ・ダイナミックドライブの場合の桁選択のアクティブレベル
 ・リセットのアクティブレベル〜書き換えではなく、オプション・スイッチの変更

• ISE側

Xilinx S3スタータキットボードとの下記事項の差異をチェックしてISE側の設定変更が必要です。

 ・搭載FPGAの違い
 ・ピン割り当ての違い
 ・SWリードポートのイネーブルコントロールピンの
 ・アクティブレベル〜HDL上で簡単に調整
 ・FPGAコンフィギュレーション設定の違い

ImpulseCの小数点演算に関して †

About Fixed-Point_Arithmetic_in_ImpulseC.pdf

• ImpulseCのサポートする固定小数点演算

ビット幅：8, 16, 32bit
マクロと適切なクラスを用いると、変数はそのビット幅そのままでHW化される
ただし例外として、割り算と掛け算では、CoBuilerによってそのビット幅の二倍の中間データパスが作られる

• 固定小数点演算マクロはco_math.hで定義されている。

マクロは、2 or 3個の変数と1 or 2個のオペランドを持ち、同じ固定小数点形式×2、整数の定数
Each macro takes two or three arguments: one or two operands of the same fixed-point format(a and b) and one constant integer (DW) whose value is the fractional bit width Fabc of the operands and the result.
ユーザはオーバーフロー、アンダーフローを防ぐために、前処理としてオペランドのスケーリングをしなければならない。

• Formatting

整数を固定小数点の形式に変換するには、FXCONST8, FXCONST16, FXCONST32, FXCONST64マクロを用いる。
結果は、仮数部のビット幅と同じ符号なしの整数（co_uint8, co_uint16, co_uint32）

#define FXCONST64(a,DW) ((uint64)((a)<<DW))

例：

co_int16 a = (co_int16) FXCONST16(96, 7);
// 96 in 1s8.7 format == 0x3000

• 固定小数点から浮動小数点へ

固定小数点から浮動小数点への変換には、FX2REAL64マクロを使う。結果は、単精度浮動小数点（float）このマクロは固定小数点値のデバッグ用である。
浮動小数点はHWプロセスではサポートされていない。シミュレーション字のみ使用可能なマクロであり、型である。

#define FX2REAL64(a,DW) ((double)(a)/(double)(1<<DW) - ((((a)&0x8000000000000000i64)==0) ? 0 : (double)(1<<(64-DW))))

例：

IF_SIM(
co_int32 a = 0x000000F4; // 15.25 in 1s11.4
float f = FX2REAL32(a, 4);
printf(.int: 0x%x, float: %f\n.);
// prints .int: 0xF4, float: 15.250000.

• 足し算、引き算

FXADD8, FXADD16, FXADD32, FXADD64マクロは、固定小数点の足し算を行う

#define FXADD64(a,b,DW) ((uint64)((a)+(b)))

例：

co_int16 a, b, c;
a = 0xFF00; // -1.0 in 1s7.8
b = 0x0180; // 1.5 in 1s7.8
c = FXADD16(a, b, 8); // 0x0080 == 0.5 in 1s7.8
co_uint8 x, y, z;
x = 0xFD; // 63.25 in 0s6.2
y = 0x02; // 0.5 in 0s6.2
z = FXADD8(x, y, 2); // 0xFF == 63.75 in 0s6.2

• 掛け算、割り算

FXMUL8, FXMUL16, FXMUL32マクロは、固定小数点掛け算を、表現可能な最も近い値に丸め込んで演算する(RN)

#define FXMUL32(a,b,DW) ((int32)(((((int64)((int32)(a))*(int64)((int32)(b)))+((int64)1<<((DW)-1)))>>DW)))

FXDIV8,FXDIV16,FXDIV32マクロは、固定小数点割り算を、表現可能な最も近い値に丸め込んで演算する(RN)

#define FXDIV32(a,b,DW) ((int32)((((((int64)((int32)(a)))<<((DW)+1))/((int64)((int32)(b)))+(int64)1)>>1)))

これらのマクロは、倍精度の中間データパスを介し、下位半分のビットを結果とする
もし、64bitの整数演算がターゲットソフトウェアプラットフォームでサポートされていないなら、32bitの固定小数点演算は不能

• 掛け算の例：

  co_int32 a, b, c;
  a = 0x00002000; // 32.0 in 1s23.8
  b = 0xFFFFFF80; // -0.5 in 1s23.8
  c = FXMUL32(a, b, 8); // 0xFFFFF000 == -16.0 in 1s23.8

• 割り算の例：

  co_int16 a, b, c;
  a = 0x1000; // 4.0 in 1s5.10
  b = 0x0100; // 0.25 in 1s5.10
  c = FXDIV16(a, b, 10); // 0x4000 == 16.0 in 1s5.10

• その他

  #define FXCONST8(a,DW) ((uint8)((a)<<DW))
  #define FXCONST8FL(f,DW) ((uint8)((f)*(1<<DW)))
  #define FXADD8(a,b,DW) ((uint8)((a)+(b)))
  #define FXSUB8(a,b,DW) ((uint8)((a)-(b)))
  #define FXMUL8(a,b,DW) ((int8)(((((int16)((int8)(a))*(int16)((int8)(b)))+((int16)1<<((DW)-1)))>>DW)))
  #define FXMUL8U(a,b,DW) ((uint8)(((((uint16)((uint8)(a))*(uint16)((uint8)(b)))+((uint16)1<<((DW)-1)))>>DW)))
  #define FXDIV8(a,b,DW) ((int8)((((((int16)((int8)(a)))<<((DW)+1))/((int16)((int8)(b)))+(int16)1)>>1)))
  #define FXDIV8U(a,b,DW) ((uint8)((((((uint16)((uint8)(a)))<<((DW)+1))/((uint16)((uint8)(b)))+(uint16)1)>>1)))