Vitis HLS 学习笔记--BLAS库之WideType

2024-04-18 09:12

本文主要是介绍Vitis HLS 学习笔记--BLAS库之WideType,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

目录

1. WideType 数据类型

2. WideType 类模板参数

2.1 SFINAE技术

3. WideType 类中的函数

3.1 operator[](unsigned int p_Idx)

3.2 operator==(const WideType& p_w) const

3.3 getValAddr()

3.4 operator const t_TypeInt()

4. 总结


1. WideType 数据类型

在 Vitis HLS工具中,BLAS(基础线性代数子程序)库提供了一系列的函数,用于执行各种线性代数运算,比如向量加法、矩阵乘法等。

在这些函数中,WideType 数据类型起着重要的作用。

2. WideType 类模板参数

template <typename T, unsigned int t_Width, unsigned int t_DataWidth = sizeof(T) * 8, typename Enable = void>
class WideType {
...
}

第一个参数:typename T,表示WideType类将处理的基本数据类型。

第二个参数:unsigned int t_Width,用于指定WideType实例中m_Val数组的长度。这个参数决定了WideType对象能夠存储多少个T类型的元素。t_Width在编译时需要被明确指定,从而允许WideType对象在内部存储固定数量的元素。

第三个参数:unsigned int t_DataWidth,默认值是sizeof(T) * 8,即T类型数据的大小(以字节为单位)乘以8,转换为位(bit)。t_DataWidth参数用于指定单个T类型数据的宽度(以位为单位)。

第四个参数:typename Enable = void,可选的模板参数。使用了SFINAE(Substitution Failure Is Not An Error)技术来启用或禁用某些模板特化。这种技术利用了模板替换失败并不是错误的特性,通过设置默认类型为void,可以在特定条件下启用默认模板,或者根据特化来启用不同的模板实现。

2.1 SFINAE技术

SFINAE称为Substitution Failure Is Not An Error,允许在模板类型推导过程中,如果某个替换(substitution)失败了,并不会立即导致编译错误,而是让编译器尝试其他的模板重载或特化。

 对于t_Width为1的情况,WideType类有一个特殊化版本。

template <typename T, unsigned int t_DataWidth>
class WideType<T, 1, t_DataWidth, typename std::enable_if<std::is_same<ap_uint<t_DataWidth>, T>::value>::type> {
...
}

std::enable_if是一个类型特征,它根据一个编译期常量表达式的值来启用或禁用某个类型。如果std::enable_if的第一个参数为true,那么std::enable_if有一个名为type的成员类型,否则type成员不存在。

std::is_same<ap_uint<t_DataWidth>, T>::value是一个编译期常量表达式,它检查两个类型是否相同。如果T确实是ap_uint<t_DataWidth>,那么std::is_same的value为true,否则为false。

这个特化版本的WideType只有在T类型与ap_uint<t_DataWidth>类型完全相同时才会被编译器考虑。这通过std::enable_if的机制实现,它在T类型不匹配时,由于typename std::enable_if<...>::type不能解析为一个有效的类型,这种情况下的特化就会被SFINAE规则排除掉,编译器会继续寻找其他的模板匹配或特化。

这种做法,本质上是增强了模板的适用性。

3. WideType 类中的函数

WideType 数据类型在提供的代码中是一个模板类,其源代码请参考链接:

BLAS - WideTypeicon-default.png?t=N7T8https://github.com/Xilinx/Vitis_Libraries/blob/2022.1/blas/L1/include/hw/xf_blas/helpers/utils/types.hppWideType 数据类型被设计用来表示宽位数据类型,这个类的定义和实现包含了多个模板参数和一些特殊的成员函数:

  • getVal(unsigned int i),返回指定索引i处的元素引用。
  • operator[](unsigned int p_Idx),重载下标运算符,返回指定索引p_Idx处的元素引用。
  • operator[](unsigned int p_Idx) const,常量版本的下标运算符重载。
  • getValAddr(),返回指向m_Val数组的指针。
  • WideType(),默认构造函数,用于初始化m_Val数组。
  • WideType(const WideType& wt),拷贝构造函数,用于从另一个WideType对象进行初始化。
  • constructor(const WideType& wt),构造函数的辅助函数,用于从另一个WideType对象进行初始化。
  • operator const t_TypeInt(),类型转换运算符,将WideType对象转换为t_TypeInt类型。
  • operator==(const WideType& p_w) const,相等运算符重载,用于比较两个WideType对象是否相等。
  • shift(T p_ValIn),将数组元素向左移位,并在第一个位置插入给定的元素值,返回移出的最后一个元素值。
  • shift(),将数组元素向左移位,并返回移出的最后一个元素值。
  • unshift(),将数组元素向右移位,并返回移出的第一个元素值。
  • unshift(const T p_val),将数组元素向右移位,并在最后一个位置插入给定的元素值,返回移出的第一个元素值。
  • static const WideType zero(),返回一个全零的WideType对象。
  • static unsigned int per4k(),返回静态常量t_per4k的值。
  • print(std::ostream& os),将m_Val数组中的元素打印到给定的输出流。
  • friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, WideType& p_Val),重载流插入运算符,用于将WideType对象输出到输出流中。

下面重点介绍几个方法:

3.1 operator[](unsigned int p_Idx)

用途:重载下标运算符,返回指定索引p_Idx处的元素引用。

T& operator[](unsigned int p_Idx) {
#pragma HLS INLINE
#ifndef __SYNTHESIS__assert(p_Idx < t_Width);
#endifreturn (m_Val[p_Idx]);}
  •  T&:函数的返回类型,表示返回的是 T 类型的引用。
  • operator[]:运算符重载的语法,表示重载数组访问运算符 []
  • (unsigned int p_Idx):函数的参数列表,接受一个名为 p_Idx 的无符号整数参数。

该函数重载了数组访问运算符 [],它接受一个无符号整数参数,并返回一个引用类型的 T 对象,允许像使用数组一样通过索引访问对象中的元素。

3.2 operator==(const WideType& p_w) const

用途:相等运算符重载,用于比较两个WideType对象是否相等。

bool operator==(const WideType& p_w) const {bool l_com = true;for (int i = 0; i < t_Width; ++i) {l_com = l_com && (m_Val[i] == p_w[i]);}return l_com;}
  •  bool 函数的返回类型布尔变量,初始返回为 true
  • l_com = l_com && (m_Val[i] == p_w[i]); 在循环内部,比较当前对象的第 i 个元素 m_Val[i] 和参数对象 p_w 的第 i 个元素是否相等。将比较结果与 l_com 进行逻辑与运算,将结果保存在 l_com 中。如果有任何一个元素不相等,l_com 将变为 false
  • 如果所有元素都相等,返回 true;否则返回 false

这段代码实现了一个自定义类型 WideType 对象的等于运算符重载。它通过逐个比较对象的元素,判断两个对象是否相等,并返回比较结果。可以使用 == 运算符来比较两个 WideType 对象是否相等。

3.3 getValAddr()

用途:返回指向m_Val数组的指针。

T* getValAddr() { 
#pragma HLS INLINEreturn (&m_Val[0]);}

3.4 operator const t_TypeInt()

用途:类型转换运算符,WideType->t_TypeInt类型。

operator const t_TypeInt() {t_TypeInt l_fVal;for (int i = 0; i < t_Width; ++i) {#pragma HLS UNROLLT l_v = m_Val[i];ap_uint<t_DataWidth> l_val = *reinterpret_cast<ap_uint<t_DataWidth>*>(&l_v);l_fVal.range(t_DataWidth * (1 + i) - 1, t_DataWidth * i) = l_val;}return l_fVal;
}

用法举例:

xf::blas::WideType<int, 2> wt;    wt[0]=1;  wt[1]=3;

xf::blas::WideType<int, 2>::t_TypeInt val = wt;

std::cout << std::hex << val << std::endl; //输出0x300000001

4. 总结

虽然深入探究WideType的具体实现细节可能显得枯燥,但理解其背后的实现机制对于充分利用其功能和优化性能而言是非常有益的。

它通过内部数组存储固定数量的数据项,并通过模板参数化以支持不同的数据类型和宽度,实现灵活的数据操作和存储。此外,WideType提供了一系列位级操作方法,如shift和unshift,以及数据访问和修改的方法,如重载的operator[]和getVal,从而使得对于底层数据的操作既直观又高效。

通过将多个数据项打包在一个宽数据类型中,WideType极大地优化了数据流的处理,使得算法设计者能够更加专注于实现核心逻辑,而非数据的逐个处理。

了解WideType的实现和功能,能够帮助开发者更好地设计和优化处理密集型数据操作的应用程序。

这篇关于Vitis HLS 学习笔记--BLAS库之WideType的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/914361

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