Reprsentation matrielle des oprateurs du langage C pour la synthse haut niveau

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Représentation matérielle des opérateurs du
langage C pour la synthèse haut niveau

• François Donnet, Ivan Augé

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Plan

• Contexte de la synthèse de haut niveau
• Présentation de loutil Ugh
• Exemple
• Interface de lentrée C
• Dimensionnement des opérateurs matériels
• Donner une taille minimale aux opérateurs
• Respecter les comportements du C
• Conclusion

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Loutil UGH

• User Guided High level synthesis
• UGH est un outil de synthèse de comportemental
  haut niveau pour des coprocesseurs de type flôt
  de contrôle.
• Les entrées sont
• une description comportementale C avec des
  primitives de communication blocantes
• un chemin de données simplifié
• Les sorties sont
• un modèle VHDL synthétisable
• un modèle C de simulation cycle précis pour CASS

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Entrées de Ugh
data-path simplifié
Comportemental C

include ltughc.hgt ugh_inChannel32 PortA,
PortB ugh_outChannel32 PortC uint32 a,b int
ugh_main() while (1) ugh_read( PortA, a
) ugh_read( PortB, b ) while (a !
b) if (a lt b) b b - a else a a -
b ugh_write( PortC, a )
Exemple sur le Pgcd
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Sorties de Ugh
data-path complet
Machine détats

PortA
PortC
PortB
Exemple sur le Pgcd
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Interface du coprocesseur
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Accès aux ports
entity HCF is port ( CK in bit PortA
in bit_vector(31 downto 0) PortA_READ out
bit PortA_ROK in bit PortB in
bit_vector(31 downto 0) PortB_READ out
bit PortB_ROK in bit PortC out
bit_vector(31 downto 0) PortC_WRITE out
bit PortC_WOK int bit) end HCF
include ltughc.hgt ugh_inChannel32 PortA,
PortB ugh_outChannel32 PortC uint32 a,b int
ugh_main() while (1) ugh_read( PortA, a
) ugh_read( PortB, b ) while (a !
b) if (a lt b) b b - a else a a -
b ugh_write( PortC, a )

• include ltughc.hgt
• ugh_inChannel32 PortA, PortB
• ugh_outChannel32 PortC
• Type de port d entrée de taille xx
• ugh_inChannelxx
• Type de port de sortie de taille xx
• ugh_outChannelxx

• include ltughc.hgt
• ugh_inChannel32 PortA, PortB
• ugh_outChannel32 PortC
• uint32 a,b
• Types de variable signée et non-signée de taille
  xx
• intxx
• uintxx

Fonctions daccès bloquants aux ports ugh_read(
Port, dest ) ugh_write( Port, source ) int
ugh_main() while (1) ugh_read( PortA, a
) ugh_read( PortB, b ) while (a !
b) if (a lt b) b b - a else a a -
b ugh_write( PortC, a )
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Taille des opérateurs
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Minimisation de la taille
0 .. 0 a(15 downto 0) signé ou
non-signé
a(15) .. a(15) a(15 downto 0) signé

• Limitation aux bits informatifs

a(15 downto 0) signé
a(15 downto 0) non-signé

• Extension de lopérande si besoin

a(15) .. a(15) a(15 downto 0) signé
0 .. 0 a(15 downto 0) non-signé
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Importance du signe de lexpression

• Le signe dune expression dépend du signe de ses
  opérandes et du type dopérateur
• lopérateur bit à bit donne un résultat
  non-signé si lune ou lautre des opérandes est
  non signée.
• lopérateur bit à bit donne un résultat
  non-signé si et seulement si les deux opérandes
  sont non-signées.
• Si les opérandes ne sont pas du même type
• Conversion de lopérande non-signée en signée
• a( 15 downto 0 ) non-signé 0 a(15 downto
  0 ) signé

0.0 b(15 downto 0 )
a(15) .. a(15) a(15 downto 0)

a(15 downto 0) b(15 downto 0 )
0.0

non-signé
a(15) .. a(15) a(15 downto 0)
0.0 b(15 downto 0 )

signe
a(15 downto 0) b(15 downto 0 )

signé
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Les opérateurs arithmétiques
ab a-b
-a
Opérandes non-signées
Opérandes signées
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Les comparateurs
altb i.e signe de a-b
altb i.e signe de !( b - a )
Opérandes non-signées
Opérandes signées
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Divergence du C sur certains opérateurs
Les normes de conversion du C influencent le
résultat
Mais...
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Conclusion

• UGH a été testé sur un décodeur MPEG2 VLD
• avec une description comportementale C et un
  chemin de données
• production dun module de simulaton CASS
• Passage de lentrée C en SystemC
• changement de linterface types des ports
• changement des fonctions daccés
• éventuellement, changement des types des
  variables internes

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Environnement système du coprocesseur
R3000
Processor
ICache
DCache
Bus
PI-BUS
Controller
unit
M/S Interface
RAM
Coprocessor
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UGH Structure
Depend de loutil
de synthèse
Cell
Library
Draft
Behavioral
Data-Path
VHDL
Synthesis
Timing
Characterization
Annotations
CK
VHDL
Data-Path
UGH-FGS
UGH-CGS
VHDL
FSM/C
VCC
TSS
VHDL
Simulation
Whitebox C
FSM/F
Model
Model
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Exemple sur le Pgcd
Entrée C de Ugh

• entity HCF is
• port (
• CK in bit
• PortA in bit_vector(31 downto 0)
• PortA_READ out bit
• PortA_ROK in bit
• PortB in bit_vector(31 downto 0)
• PortB_READ out bit
• PortB_ROK in bit
• PortC out bit_vector(31 downto 0)
• PortC_WRITE out bit
• PortC_WOK int bit)
• end HCF

include ltughc.hgt ugh_inChannel32 PortA,
PortB ugh_outChannel32 PortC uint32 a,b int
ugh_main() while (1) ugh_read( PortA, a
) ugh_read( PortB, b ) while (a !
b) if (a lt b) b b - a else a a -
b ugh_write( PortC, a )
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Exemple sur le Pgcd
Entrée du chemin de données simplifié
model Hcf(sofifo PortC sififo PortA, PortB
) DFF a, b SUB subst subst.A a.Q,
b.Q subst.B a.Q, b.Q a.D subst.S,
PortA b.D subst.S, PortB PortC subst.S
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Variables internes

• Types de variable signée et non-signée de taille
  xx
• intxx
• uintxx

• Tableau RAM, ROM ou RF
• si plusieurs dimensions, agrégation en une seule
  dimension
• intxx yy définit yy mots de xx bits

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Effets de bord

• Dans une expression
• a i a i i i 1
• a ( i b ) i b a i
• Dans un test
• if ( a i )
• if ( a (i b) )
• Dans une expression conditionnelle
• a ( i b ) ?
• a ? i b

Interdits
Interdits
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Branchement cablé

• if ( test wired ) a b
• else a c

• if ( test ) a b
• else a c

fsm
fsm
1
0
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Implémentation des opérateurs du C

• Opérateurs C directement transposables en
  matériel

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Inégalités
a lt b
a - b lt 0 perte des flags de carry et
doverflow

• a - b
• a et b sont signés OV xor NG
• a et b sont non signés CY
• sinon règles de conversion du C

OV
NG
A
NG
CY
a
B
b
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Opérateurs booléens du C

• Ramener à des opérateurs bit-à-bit
• a b
• ( a ! 0 ) ( b ! 0 )
• Perte de la préemptivité pour les opérateurs
  binaires
• - Evaluation systématique de la deuxième
  opérande
• Simultanéité des évaluations des deux
  opérandes

Opérandes du sur 32 bits
Opérandes du sur 1 bit
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Importance du signe
31
0
Résultat signé
a
(int20) ( (int16) a )
int16

• (int16) a

a
0
15
15
0
31
0
Résultat non-signé
a
a
0x0000FFFF a
(int20) ( 0x0000FFFF a )
FFFF
int20
a
0000 a
15
0
0
15
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Sélections de bits
Le Cast
31
0
15
0
a
b
int16

• ( int16 ) a

( int20 ) b
int20
a
b(15) b
0
15
0
15
19
Le Mask
31
0
31
0
a
a

• 0xFFFF0000 a

0x0000FFFF a
FFFF
FFFF
0000
a
a
0
16
31
0
15
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Les opérateurs logiques
a
n
n
a
28
Les décaleurs
29
Taille du résultat
30
Contraintes de taille sur les entrées
31
Dépassement de capacité en C