C シミュレーションを使用したコードの検証

Vitis HLS デザイン フローを使用する場合、適切に記述されていない C 関数を合成して、インプリメンテーションの詳細を解析して関数が正しく機能しない原因をつきとめるのは時間の無駄です。そのため、高位合成の最初の手順は、適切に記述されたテストベンチを使用してシミュレーションを実行し、RTL コードを生成する前に C 関数が正しいことを検証することです。適切なテストベンチを記述すると、C 関数を RTL シミュレーションよりも短時間で実行できるので、生産性が上がります。C を使用してアルゴリズムを開発して合成前に検証する方が、RTL コードを開発してデバッグするよりもはるかに高速です。

Vitis HLS ではこのテストベンチを使用して、C シミュレーションがコンパイルされて実行されます。コンパイルする際に Launch Debugger オプションをオンにすると、C デバッグ環境を開いて、C シミュレーションを詳細に解析できます。Vitis HLS では、Vitis HLS での C/RTL 協調シミュレーション に説明されているように、このテストベンチを使用して合成の RTL 出力が検証されます。

テストベンチには、main() 関数と、必要なサブ関数が含まれます。これらのサブ関数は、Vitis HLS での合成に指定されている最上位関数に含まれません。main 関数は、スティミュラスを供給して合成用の関数を呼び出し、その出力を消費して検証することにより、合成用の最上位関数が正しく機能するかどうかを検証します。

次に、セルフチェック テストベンチの重要な機能を示すコード例を示します。

int main () { 
  //Esablish an initial return value. 0 = success
  int ret=0;

  // Call any preliminary functions required to prepare input for the test.
  …
  …// Call the top-level function multiple times, passing input stimuli as needed.
  for(i=0; i<NUM_TRANS; i++){
     top_func(input, output);
  }

  // Capture the output results of the function, write to a file
  …
  // Compare the results of the function against expected results
  ret = system("diff --brief  -w output.dat output.golden.dat");
  
  if (ret != 0) {
        printf("Test failed  !!!\n"); 
        ret=1;
  } else {
        printf("Test passed !\n"); 
  }
  …
  return ret;
}

テストベンチは最上位関数を複数のトランザクションで実行し、さまざまなデータ値を適用して検証する必要があります。テストベンチは、実行されるさまざまなテストでのみ有効です。また、Vitis HLS での C/RTL 協調シミュレーション に説明されているように、RTL シミュレーション中に II を計算する場合は、テストベンチで複数のトランザクションを供給する必要があります。

このセルフチェック テストベンチでは、関数の結果 output.dat が output.golden.dat の既知の良い結果と比較されます。これは、セルフチェック テストベンチの 1 例です。最上位関数を検証する方法は多数あるので、コードに適切なテストベンチを記述する必要があります。

Vitis HLS デザイン フローでは、main() 関数の戻り値は次のとおりです。

• 0: 結果が正しいことを示します。
• 0 以外: 結果が正しくないことを示します。

テストベンチから 0 以外の値が返されることがあります。複雑なテストベンチには、エラーのタイプによって異なる値を返すものもあります。C シミュレーションまたは C/RTL 協調シミュレーション後にテストベンチから 0 以外の値が返されると、Vitis HLS でエラーまたはシミュレーション エラーがレポートされます。

シミュレーションの結果の質は、使用するテストベンチによります。テストベンチが正しい結果を返すことを確認するのはユーザーの責任です。テストベンチで 0 が返されると、シミュレーションで何が発生していたとしても、Vitis HLS ではシミュレーションで問題は検出されなかったと判断されます。

変数と式の値は、[Debug] パースペクティブで直接確認できます。次の図に、各変数の値の確認方法を示します。[Variables] ビューでは、変数の値を変更して、たとえばその変数を特定のステートに指定したりできます。

式の値は、Expressions ビューを使用して確認できます。

[Run C Simulation] ダイアログ ボックスから、オプションで合成前の制御フロー グラフ (CFG) を生成できます。ダイアログ ボックスで Enable Pre-Synthesis Control Flow Viewer チェック ボックスをオンにしてレポートを生成します。生成できたら、次の手順でレポートを開きます。

Pre-Synthesis Control Flow ビューは、関数内のホット スポット (演算負荷の高い制御構造) を見つけたり、結果を改善または最適化するためにプラグマまたは指示子を適用するのに便利です。CFG には、次の図に示すように、C コードの制御フローが表示され、最上位関数を視覚化できます。CFG には、ループのトリップカウントなどのスタティック プロファイリングと、デザインを解析するためのダイナミック プロファイリングも含まれます。

上の図に示すように、Pre-Synthesis Control Flow ビューには複数の要素が含まれます。

• 左上の関数呼び出しツリー。
• 中央の制御フロー グラフ (CFG)。
• 右上のソース コード ビューアー。
• 下部のコンソール エリアの [Loop] ビュー (CFG ビューアーとクロスプローブ)。

1 つのビューでサブ関数またはループを選択すると、その他のビューでもそれが選択されます。これで、コードの階層をすばやくナビゲートできます。関数呼び出しを展開すると、ループおよび条件文の制御構造を確認できます。制御構造をクリックして、ソース コードを表示します。

関数ツリーで関数をダブルクリックすると、CFG のコード階層のそのレベルが開き、1 回クリックすると、単にその関数が選択されます。Expand function call コマンドを使用して CFG を展開すると、指定した階層の関数レベルを表示できます。

関数呼び出しツリーの Search フィールドに入力して、入力したテキストに一致する結果をハイライトすることもできます。これを使用すると、コード内をすばやくナビゲートできます。

CFG を使用すると、さまざまな制御パスで実行される関数またはサブ関数の回数がレポートされるので、関数のダイナミック動作を解析しやすくなります。ループは計算量が多くなる原因となることがよくあります。[Loops] ビューには、アクセス時間、ループ反復数 (トリップカウント) の合計および平均などの統計が表示されます。ループに関連するこの情報は、[Loop] ビューからクロスプローブできます。ループをクリックすると、ソース コードおよび制御構造の両方がハイライトされます。

メモリ操作も CFG ビューアーにアノテートでき、パフォーマンスを最適化できる可能性がある別のエリアを特定できます。