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(多图) 采用OpenCL标准实现FPGA设计-实例

2011年11月23日 ?? 收藏0
OpenCL标准简介

OpenCL应用程序含有两部分。OpenCL主程序是纯软件例程,以标准C/C++编写,可以运行在任何类型的微处理器上。例如,这类处理器可以是FPGA中的嵌入式软核处理器、硬核ARM处理器或者外置x86处理器,如图4所示。

OpenCL简介

在这一主软件例程执行期间的某一点,某一功能有可能需要很大的计算量,这就可以受益于并行器件的高度并行加速功能,例如CPU、GPU、FPGA等器件。要加速的功能被称为OpenCL内核。采用标准C编写这些内核;但是,采用结构对其进行注释,以设定并行处理操作和存储器等级。图5中的例子对两个数组a和b进行矢量加法,将结果写回输出数组应答中。矢量的每一元素都采用了并行线程,当采用像FPGA这类具有大量精细粒度并行单元的器件进行加速时,能够很快的计算出结果。主程序使用标准OpenCL应用程序接口(API),支持将数据传送至FPGA,调用FPGA内核,传回得到的数据。

在FPGA上实现的OpenCL例子

1Khronos集团网站(www.khronos.org/opencl/)对OpenCL标准进行了详细的介绍。

与CPU和GPU不同,其并行线程可以在不同的内核中执行,而FPGA能够提供不同的策略。可以把内核功能传送到专用深度流水线硬件电路中,它使用了流水线并行处理概念,在本质上就是多线程的。这些流水线的每一条都可以复制多次,与一条流水线相比,提供更强的并行处理功能。如图5所示,可以通过级联功能单元实现矢量加法内核,在OpenCL描述中实现每一操作,进行复制以满足实际应用的吞吐量和延时要求。

虽然所显示的只是一个简单表征,但每个功能单元都可以是深度流水线,以保证最终电路的工作频率足够高。此外,编译器可以建立电路来管理与外部系统的通信。在这个例子中,DDRx控制器和PHY连接至内核,使其能够高效访问片外阵列。类似的,PCI Express?(PCIe?)IP自动例化,连接至内核,这样,x86主机能够通过OpenCLAPI与FPGA加速器进行通信。

在FPGA上实现OpenCL标准的优势

使用OpenCL描述来开发FPGA设计,与基于HDL设计的传统方法相比,具有很多优势。最显著的优势如图6所示。开发软件可编程器件的流程一般包括进行构思、在C等高级语言中对算法编程,然后使用自动编译器来建立指令流。

软件编程人员的观点


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嵌入式? 处理器? 流水线?

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