Vitis HLS 学习笔记--资源绑定-使用URAM（1）

目录

1. 简介

2. 代码分析

2.1 存储器代码

2.2 Implementation报告

2.3 存储器类型指定

2.4 存储器初始化

3. 总结

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1. 简介

在博文《Vitis HLS 学习笔记--资源绑定-使用URAM-CSDN博客》中，介绍了如何在Vitis HLS环境下设计一个简易的存储器模型。

通过以下编译器指令：

static data_t buffer[NWORDS];
#pragma HLS DEPENDENCE variable = buffer inter WAR false
#pragma HLS BIND_STORAGE variable = buffer type = ram_2p impl = uram

我们成功创建了一个既能读又能写的存储器，并且明确使用了 UltraRAM（URAM）作为其存储媒介。

本文旨在深入探讨该实现的内部机制，通过研究 HLS 工具所生成的 RTL 代码，解析该存储器模型的构建过程和工作原理。

2. 代码分析

2.1 存储器代码

在以下路径，我们可以发现，生成了两个 verilog 文件：

其中 example.v 是顶层文件，而example_buffer_V_RAM_2P_URAM_1R1W.v 则是定义储存器的文件。

打开后，其内容如下：

`timescale 1 ns / 1 ps
module example_buffer_V_RAM_2P_URAM_1R1W (address0, ce0, q0, address1, ce1, d1, we1,  reset,clk);
 
parameter DataWidth = 128;
parameter AddressWidth = 14;
parameter AddressRange = 16384;
 
input[AddressWidth-1:0] address0;
input ce0;
output reg[DataWidth-1:0] q0;
input[AddressWidth-1:0] address1;
input ce1;
input[DataWidth-1:0] d1;
input we1;
input reset;
input clk;
 
(* ram_style = "hls_ultra", cascade_height = 1 *)reg [DataWidth-1:0] ram[0:AddressRange-1];
 
initial begin
    $readmemh("./example_buffer_V_RAM_2P_URAM_1R1W.dat", ram);
end
 
always @(posedge clk)  
begin 
    if (ce0) begin
        q0 <= ram[address0];
    end
end
 
always @(posedge clk)  
begin 
    if (ce1) begin
        if (we1) 
            ram[address1] <= d1; 
    end
end
 
endmodule
 

其实代码逻辑功能很简单，创建一个具有两个端口（一个用于读取，一个用于写入）的RAM缓冲区。

2.2 Implementation报告

要查看IMPL 报告，需要运行“Run Implementation”：

 我们关注报告中如下内容：

================================================================
== RTL Synthesis Resources
================================================================
+-------------------------+-----+----+-----+------+------+-----+--------+------+---------+----------+----------------+
| Name                    | LUT | FF | DSP | BRAM | URAM | SRL | Pragma | Impl | Latency | Variable | Source         |
+-------------------------+-----+----+-----+------+------+-----+--------+------+---------+----------+----------------+
| inst                    | 136 | 4  |     |      | 8    |     |        |      |         |          |                |
|   (inst)                | 2   | 2  |     |      |      |     |        |      |         |          |                |
|   buffer_V_U            | 134 | 2  |     |      | 8    |     |        |      |         |          |                |
|     bind_storage ram_2p |     |    |     |      |      |     | pragma | uram | 1       | buffer_V | example.cpp:16 |
+-------------------------+-----+----+-----+------+------+-----+--------+------+---------+----------+----------------+

 可见，该存储器使用了8个 URAM来实现的，没有用到 BRAM。

2.3 存储器类型指定

(* ram_style = "hls_ultra", cascade_height = 1 *)reg [DataWidth-1:0] ram[0:AddressRange-1];

ram_style = "hls_ultra"，指定RAM类型。

cascade_height = 1，限制级联的深度或高度。在构建所需的存储器时，综合工具应尽量限制使用级联内存块的深度或高度为1。这可以理解为尽量不要让多个RAM块在垂直方向上连接形成更深的存储结构。

2.4 存储器初始化

initial begin
    $readmemh("./example_buffer_V_RAM_2P_URAM_1R1W.dat", ram);
end

需要特别注意，在大多数情况下，initial块通常被视为仅用于仿真目的，用于在仿真开始时执行一次性操作，而不是用于硬件实现。在此代码段中，initial块通过$readmemh系统任务从指定的文件 "./example_buffer_V_RAM_2P_URAM_1R1W.dat"）中读取数据，并将这些数据初始化到URAM（超级RAM）的ram数组中。

然而，在Vitis HLS中，$readmemh，可以被识别并转化为硬件实现的一部分，实现硬件中预加载存储器内容。这一点我们可以在 Package IP 中确认。

3. 总结

通过本文深入探讨了在Vitis HLS环境下设计的存储器模型的内部机制。通过分析生成的RTL代码和IMPL报告，我们了解到该存储器模型利用URAM实现，具有读写功能，并且限制了级联深度为1。特别地，我们注意到存储器的初始化操作在Vitis HLS中被转化为硬件实现的一部分，这为预加载存储器内容提供了便利。总的来说，本文为使用Vitis HLS设计存储器提供了实用的指导，加深了对存储器设计原理的理解。