AI エンジングラフアプリケーションのシミュレーション

この章では、AI エンジンアプリケーションを異なるレベルの抽象化、精度、および速度でシミュレーションするために使用可能なさまざまな実行ターゲットについて説明します。AI エンジングラフは、3 つのシミュレーション環境でシミュレーションできます。

x86 シミュレータは、x86 論理シミュレータに説明されているように、論理シミュレータです。AI エンジングラフの論理シミュレーションに使用でき、カーネルとグラフの開発サイクル早期のイテレーションに非常に有益です。ただし、タイミング、リソース、またはパフォーマンス情報は提供されません。

AI エンジンシミュレータ (aiesimulator) は、AI エンジンアレイのタイミングおよびリソースをモデル化し、NoC、DDR メモリ、PL、および PS にはトランザクションレベルのタイミング情報を含む SystemC モデルを使用します。これにより、AI エンジンアプリケーションのパフォーマンス解析を高速に実行でき、AI エンジンリソースの使用をサイクル近似のタイミング情報を使用して正確に見積もることができます。

特定のボードおよびプラットフォームをターゲットとする AI エンジングラフ全体を PL カーネルおよびホストアプリケーションと共にシミュレーションする準備ができたら、Vitis™ ハードウェアエミュレーションフローを使用できます。このフローには、AI エンジンの SystemC モデル、NoC、DDR メモリ、PL、および PS のトランザクションレベルの SystemC モデルが含まれます。PL カーネルおよび IP の RTL シミュレーションモデルを含めることもできます。このフローで使用可能なオプションを、この章で説明します。

Vitis ツールフローを使用したアプリケーションの統合および Vitis IDE の使用に説明するように、Vitis™ コンパイルでは IDE からシミュレータを実行するためのシステムレベルのプロジェクトがビルドされます。コマンドラインまたはスクリプトでオプションを指定することもできます。

AI エンジン SystemC シミュレータ

Versal™ ACAP AI エンジン SystemC シミュレータ (aiesimulator) には、AI エンジンアレイに加え、グローバルメモリ (DDR メモリ) およびネットワークオンチップ (NoC) のモデリングが含まれています。SystemC シミュレーションターゲットを使用してアプリケーションをコンパイルすると、AI エンジン SystemC シミュレータを次のように起動できます。

aiesimulator –-pkg-dir=./Work

重要: AI エンジンシミュレータを使用するには、Vitis ツール環境の設定に説明されている設定が必要です。

AI エンジンコンパイラにより、さまざまなコンフィギュレーションファイルとバイナリファイルが --pkg-dir オプションを使用して指定した Work ディレクトリ (AI エンジングラフアプリケーションのコンパイルを参照) に生成されます。グラフは、main アプリケーションとして記述された制御スレッドにより初期化、実行、および終了されます。AI エンジンコンパイラは、PS IP ラッパーが直接シミュレータに読み込まれるように制御スレッドをコンパイルします。

デフォルトでは、graph.run() オプションによりグラフが無限に実行されるよう指定されます。AI エンジンコンパイラでは、データフローグラフを無限の While ループで実行するコードが生成されるため、シミュレーションも無限に実行されます。デバッグ用に終了するプログラムを作成するには、グラフコードで graph.run(<number_of_iterations>) を使用して反復回数を指定します。反復回数は、正の整数で指定します。

注記: graph::run(-1) は、永続的に実行されるグラフを指定します。

AI エンジンシミュレータコマンドは、まずコンパイラで生成された Work/config/scsim_config.json ファイルで指定されているようにシミュレータを設定します。これには、PL IP ブロックとその接続の読み込み、I/O データファイルドライバーの設定、および NoC とグローバルメモリ (DDR メモリ) 接続の設定が含まれます。その後、指定の PS アプリケーションを実行し、シミュレータを終了します。

AI エンジンシミュレータには、カーネルコードの printfs をイネーブルにしてコンソールに表示されるようにし、プロファイル情報を生成する --profile オプションがあります。また、--dump-vcd <filename> オプションを使用すると、シミュレーション中に VCD (Value Change Dump) が生成されます。指定のクロックサイクル数後にシミュレーションを終了するには、--simulation-cycle-timeout <number-of-cycles> を使用できます。

重要: クロックサイクル数または graph.run() を使用して実行回数を指定しない場合、シミュレーションは無限に実行されます。シミュレーションを終了するには、Ctrl+c キーを 2 回押します。

ヒント: 同じデザインでシミュレーション実行間のサイクル数に違いがある場合があります。これは、シミュレータがすべての未処理のトランザクション (DMA など) が完了するのを数秒待つからです。この待機時間中、シミュレータプロセスの時間は経過しますが、OS によりコンテキストスイッチが実行され、各実行の合計サイクル数が異なるものになることがあります。各実行の合計サイクル数が同じになるようにするには、AI エンジンシミュレータの --simulation-cycle-timeout オプションを使用してシミュレータを停止するサイクルを指定します。これにより、プロファイルレポートに表示される各実行の合計サイクル数が同じになります。

注記: printfs をイネーブルにするためにカーネルコードに <iostream> を含めないでください。カーネルコードで

#include
					<iostream>

を使用すると、x86 シミュレータおよび SystemC シミュレータの両方でコンパイルエラーが発生します。

シミュレータのオプション

このセクションでは、AI エンジンシミュレータ (aiesimulator) のすべてのオプションを説明します。ほとんどの場合、pkg-dir を指定するだけで十分です。

表 1. AI エンジンシミュレータのオプション
オプション	説明
-h, --help	ヘルプメッセージを表示します。
--dump-vcd FILE	VCD 波形情報を `FILE` にダンプします。指定したファイル名に .vcd が付けられるので、拡張子を指定する必要はありません。
--gm-init-file <file>	ファイルからグローバルメモリイメージを読み出します。グローバルメモリのシミュレーションに説明するように、メモリ初期化ファイルが読み込まれます。
--pkg-dir <PKG_DIR>	パッケージディレクトリを指定します (例: ./Work)。
--profile	使用されているすべてのコアのプロファイリングデータを生成します。`stdout` に `printf` トレースメッセージを生成し、シミュレーション中にプロファイリング統計を収集します。これにより、シミュレータの速度が多少低下します。オプションで、`--profile=(col,row)(col,row)...` を使用して特定のコアのプロファイルを指定できます。
--simulation-cycle-timeout CYCLES	アプリケーションを読み込んだ後、指定のサイクル数実行します。ヒント: 指定したタイムアウト時間後にシミュレーションセッションを終了するには、`--simulation-cycle-timeout` オプションを使用します。ただし、デバッグプロセス中にシミュレーションタイムアウトを指定する際は、タイムアウトサイクル数に達するとデバッグが終了するので、サイクル数を大きな値に設定してください。
--online [-ctf] [-wdb]	`vcdanalyze` を呼び出して VCD データをオンザフライで解析し、オプションで共通トレースフォーマット (CTF) または波形データベース (WDB) 出力を生成します。ヒント: `--online` オプションと `--dump-vcd` オプションを同時に使用することはできません。両方のオプションを指定すると、`--online` のみが適用されます。
--enable-memory-check	ランタイムプログラムおよびデータメモリ境界アクセスチェックをイネーブルにします。アクセス違反は、警告メッセージとしてレポートされます。デフォルトでは、このオプションはディスエーブルになっています。

シミュレーションの入力および出力データストリーム

入力/出力ストリームのデフォルトのビット幅は 32 ビットです。ビット幅は、シミュレーション入力ファイルの各行のサンプル数を指定します。次の表に、データ型および PLIO データ幅に基づく入力ファイルの各行のサンプルの解釈を示します。次の表に、データ型および PLIO データ幅に基づく入力ファイルの各行のサンプルの解釈を示します。

表 2. データ型および PLIO 幅に基づくシミュレーション入力
データ型	PLIO 32 ビット	PLIO 64 ビット	PLIO 128 ビット
データ型	`PLIO *in0 = new PLIO("DataIn1", adf::plio_32_bits)`	`PLIO *in0 = new PLIO("DataIn1", adf::plio_64_bits)`	`PLIO *in0 = new PLIO("DataIn1", adf::plio_128_bits)`
int8	// 各行に 4 個の値 6 8 3 2	// 各行に 8 個の値 6 8 3 2 6 8 3 2	// 各行に 16 個の値 6 8 3 2 6 8 3 2 6 8 3 2 6 8 3 2
int16	// 各行に 2 個の値 24 18	// 各行に 4 個の値 24 18 24 18	// 各行に 8 個の値 24 18 24 18 24 18 24 18
int32	// 各行に 1 個の値 2386	// 各行に 2 個の値 2386 2386	// 各行に 4 個の値 2386 2386 2386 2386
int64	なし	45678	// 各行に 2 個の値 45678 95578
cint16	// 各行に 1 個の cint 値 (実数部、虚数部) 1980 485	// 各行に 2 個の cint 値 1980 45 180 85	// 各行に 4 個の cint 値 1980 485 180 85 980 48 190 45
cint32	なし	// 各行に 1 個の cint 値 (実数部、虚数部) 1980 485	// 各行に 2 個の cint 値 1980 45 180 85
float	// 各行に 1 個の浮動小数点値 893.5689	// 各行に 2 個の浮動小数点値 893.5689 3459.3452	// 各行に 4 個の浮動小数点値 893.5689 39.32 459.352 349.345
cfloat	なし	// 各行に 1 個の浮動小数点 cfloat 値 (実数部、虚数部) 893.5689 24156.456	// 各行に 2 個の浮動小数点 cfloat 値 (実数部、虚数部) 893.5689 24156.456 93.689 256.46

グローバルメモリのシミュレーション

アプリケーションが GMIO 仕様 (GMIO 属性を参照) を使用してグローバルメモリにアクセスする場合、シミュレーションで DDR メモリと DDR メモリを PL および AI エンジンに接続する配線ネットワークをモデル化する必要があります。AI エンジンから DDR メモリへの接続は、DMA データムーバーにより制御されます。DMA データムーバーは AI エンジンアレイインターフェイスに組み込まれており、PS プログラムの GMIO API で制御されます。PL ブロックの AXI4-Stream ポートから DDR メモリへの接続は、ソフト GMIO データムーバーブロックにより制御されます。このブロックは、シミュレーション用に AI エンジンコンパイラにより自動的に生成されます。データムーバーは、PL ブロックからのストリーミングインターフェイスを、GMIO 属性に示す特定の開始アドレス、ブロックサイズ、バーストサイズを持つ NoC 上のメモリマップド AXI4 インターフェイストランザクションに変換します。

グローバルメモリを使用するシミュレーション中、DDR メモリを定義済みのデータで初期化するメモリデータファイルを --gm-init-file オプションを使用して指定できます。テキスト形式のこのファイルは、指定のアドレスから開始する DDR メモリのバイトダンプです。このファイルのフォーマットは、次のとおりです。

<startaddr>:
<byte>
<byte>
…

AI エンジンシミュレータを起動する際にグローバルメモリを初期化するには、次のコマンドを使用します。

aiesimulator –-pkg-dir=./Work -–gm-init-file=dump.txt

シミュレータは、使用された DDR メモリの出力バイトダンプもシミュレーション出力ディレクトリ (デフォルトでは aiesimulator_output) に生成します。出力ファイルはベースアドレス 0x0 から開始し、名前は DDR メモリバンク内の場所に基づいて付けられます (例: DDRMC_SITE_X1Y0.mem)。このファイルを使用してグローバルメモリトランザクションを確認できます。

ハードウェアエミュレーションのシミュレータオプション

AI エンジンシミュレータは、AI エンジングラフアプリケーションのシミュレーションに使用されるオプションをリストするオプションファイルを生成します。このオプションファイルは、AI エンジンシミュレータを実行すると自動的に生成されます。初期のグラフレベルのシミュレーションで使用した AI エンジンシミュレータオプションは、AI エンジンシミュレータを使用して、システムレベルのハードウェアエミュレーションで再利用できます。必要に応じてオプションファイルを手動で編集し、ほかのオプションを指定することもできます。次の表に、aiesim_options.txt ファイルで指定可能なオプションをリストします。このファイルは、aiesimulator コマンドに --dump-vcd または --profile オプションのいずれかを使用した場合に、aiesimulator_output ディレクトリに作成されます。このファイルは、システムの実行に説明されているように、launch_hw_emu.sh スクリプトを使用してハードウェアエミュレーターを起動するときにコマンドラインオプションの一部として指定できます。次にコマンド例を示します。

./launch_hw_emu.sh \
-add-env VITIS_LAUNCH_WAVEFORM_BATCH=1 \
-aie-sim-options ${FULL_PATH}/aiesimulator_output/aiesim_options.txt

${FULL_PATH}: ファイルまたはディレクトリへの絶対パスを指定します。

表 3. ハードウェアエミュレーションの AI エンジンオプション
コマンド	引数	説明
`AIE_DUMP_VCD`	<filename>	`AIE_DUMP_VCD` を指定すると、シミュレーションで VCD データが生成され、指定した <filename>.vcd に保存されます。
`AIE_PROFILE`	All \| (1,2)(3,4)...	使用されるすべての AI エンジンまたは選択した AI エンジンをプロファイリングします。ハードウェアエミュレーションでは、`sim/behav_waveform/xsim` ディレクトリにプロファイルデータが生成され、Vitis アナライザーで `default.aierun_summary` ファイルを開くと表示できます。このオプションを使用すると、ADF カーネルの `printf` データも sim/behav_waveform/xsim/simulate.log ファイルに記録されます。
`AIE_PKG_DIR`	/path_to_work_dir/Work	これは必須のオプションで、パスを AI エンジンコンパイラで生成された `Work` ディレクトリに設定します。このオプションを指定しない場合、生成された sim/behav_waveform/xsim/default.aierun_summary ファイルには正しい `Work` ディレクトリ設定が含まれず、Vitis アナライザーのサマリファイルの表示に影響します。

次のコマンドを使用すると、ハードウェアエミュレーション中に XSIM 波形 GUI を開くことができます。

./launch_hw_emu.sh -g

Vivado ロジックシミュレータ GUI を使用してエミュレーションを起動せずに波形データをログに記録するためのアドバンスオプションも追加できます。次にコマンド例を示します。

./launch_hw_emu.sh \
-user-pre-sim-script pre-sim.tcl

pre-sim.tcl には、波形を追加したり、デザイン波形をログに記録する Tcl コマンドが含まれます。例は『Vitis 統合ソフトウェアプラットフォームの資料』 (UG1416) の Vitis アプリケーションアクセラレーション開発フロー、Tcl コマンドは『Vivado Design Suite ユーザーガイド: ロジックシミュレーション』 (UG900) を参照してください。

サードパーティシミュレータのイネーブル

デザインのハードウェアエミュレーションを実行する際、Questa Advanced Simulator (Mentor Grahpics)、Xcelium (Cadence)、VCS (Synopsys) などのサードパーティシミュレータがサポートされます。これらのシミュレータをイネーブルにするには、Vitis コンフィギュレーションファイル (config.ini または system.cfg) をアップデートします。

シミュレータ v++ --link コンフィギュレーション

表 4. Vitis リンク設定
シミュレータ	`v++ --link` コンフィギュレーション
Questa Advanced Simulator	`EXPORT simulator=questa` `[advanced] param=hw_emu.simulator=QUESTA [vivado] prop=project.__CURRENT__.compxlib.questa_compiled_library_dir=/path/to/questa/2020.4/lin64/lib/`
Xcelium	`EXPORT simulator=xcelium` `[advanced] param=hw_emu.simulator=XCELIUM [vivado] prop=project.__CURRENT__.simulator.xcelium_install_dir=/path/to/xcelium/bin/ prop=project.__CURRENT__.compxlib.xcelium_compiled_library_dir=/path/to/xcelium/20.09.006/lin64/lib/ prop=fileset.sim_1.xcelium.simulate.runtime=1000us prop=fileset.sim_1.xcelium.elaborate.xmelab.more_options={-timescale 1ns/1ps}`
VCS	`EXPORT simulator=vcs` `[advanced] param=hw_emu.simulator=VCS [vivado] prop=project.__CURRENT__.simulator.vcs_install_dir=/path/to/vcs/R-2020.12/bin/ prop=project.__CURRENT__.compxlib.vcs_compiled_library_dir=/path/to/clibs/vcs/R-2020.12/lin64/lib/ prop=project.__CURRENT__.simulator.vcs_gcc_install_dir=/path/to/synopsys/vg_gnu/2019.06/amd64/gcc-6.2.0_64/bin prop=fileset.sim_1.vcs.simulate.log_all_signals=false`

Questa Advanced Simulator

EXPORT
										simulator=questa

[advanced]
param=hw_emu.simulator=QUESTA
[vivado]
prop=project.__CURRENT__.compxlib.questa_compiled_library_dir=/path/to/questa/2020.4/lin64/lib/

Xcelium

EXPORT
										simulator=xcelium

[advanced]
param=hw_emu.simulator=XCELIUM
[vivado]
prop=project.__CURRENT__.simulator.xcelium_install_dir=/path/to/xcelium/bin/
prop=project.__CURRENT__.compxlib.xcelium_compiled_library_dir=/path/to/xcelium/20.09.006/lin64/lib/
prop=fileset.sim_1.xcelium.simulate.runtime=1000us
prop=fileset.sim_1.xcelium.elaborate.xmelab.more_options={-timescale 1ns/1ps}

VCS

EXPORT
										simulator=vcs

[advanced]
param=hw_emu.simulator=VCS
[vivado]
prop=project.__CURRENT__.simulator.vcs_install_dir=/path/to/vcs/R-2020.12/bin/
prop=project.__CURRENT__.compxlib.vcs_compiled_library_dir=/path/to/clibs/vcs/R-2020.12/lin64/lib/
prop=project.__CURRENT__.simulator.vcs_gcc_install_dir=/path/to/synopsys/vg_gnu/2019.06/amd64/gcc-6.2.0_64/bin
prop=fileset.sim_1.vcs.simulate.log_all_signals=false

変更したら、デザインを通常どおりビルドし、launch_hw_emu.sh スクリプトを実行して新しいシミュレータを使用します。エミュレーションの詳細は、システムの実行を参照してください。

x86 論理シミュレータ

AI エンジングラフおよびカーネルの開発を開始する際は、デザインの動作を検証することが重要です。これは論理シミュレーションと呼ばれ、デザインのバグを特定するのに有益です。たとえば、グラフのウィンドウサイズはカーネルの反復回数に関係します。大型グラフの各カーネルが正しい数のサンプルを消費して生成するかどうかをトラブルシューティングするのは、時間のかかる繰り返し作業です。x86 シミュレータは、反復実行が高速で、データの可視化に優れているので、このような動作をテスト、デバッグ、および検証するのに理想的です。x86 シミュレーションでは、タイミング、リソース、またはパフォーマンス情報は提供されません。x86 シミュレータは、ツール開発マシン上でのみ実行されます。つまり、パフォーマンスとメモリ使用量は、開発マシンで定義されます。

AI エンジンシミュレータでは AI エンジンアレイのメモリが完全にモデル化されますが、これは AI エンジンシミュレータが AI エンジンのメモリ空間に制限されるということです。x86 シミュレータはこの制限を受けまず、デバッグ printf()s、大型アレイ、および変数が無制限に提供されます。カーネルをシングルステップ実行できる機能と組み合わせると、複雑なデザインの問題をすばやく特定して解決できます。

カーネル開発に役立つマクロが提供されています。これらのマクロは、x86 シミュレータと使用するためのもので、メンテナンス目的でコードに含めておくことができます。x86 シミュレータにはこれらの利点がありますが、トレードオフもあります。サポートされていないタイプのグラフコンストラクトがあり、サイクル精度の動作が AI エンジンシミュレータと x86 シミュレータの間で一致するとは限りません。x86 シミュレータは、AI エンジンシミュレータの代わりにはなりません。動作を検証してパフォーマンス情報を取得するには、すべてのデザインで AI エンジンシミュレータも実行する必要があります。プロジェクト開発の段階によって、適切なツールは異なります。

x86 シミュレータを実行するには、AI エンジンコンパイラのターゲットを x86sim に変更します。

aiecompiler --target=x86sim graph.cpp

アプリケーションを x86 シミュレーション用にコンパイルしたら、x86 シミュレータを次のように起動できます。

x86simulator

次に、x86 シミュレータコマンドのヘルプを示します。

$ x86simulator [-h] [--help] [--h] [--pkg-dir=PKGDIR]
optional arguments:
-h,--help --h show this help message and exit
--pkg-dir=PKG_DIR Set the package directory. ex: Work
--timeout=secs Terminate simuation after specified number of seconds
--gdb Invoke from gdb

AI エンジンコンパイラにより x86 ネイティブシミュレーション用にコンパイルされたバイナリが Work ディレクトリ (AI エンジングラフアプリケーションのコンパイルを参照) に生成され、x86 シミュレータにより自動的に開始されます。

入力および出力ファイルは、グラフコードの次の部分で指定されます。

adf::PLIO in1("In", adf::plio_32_bits, "In1.txt");
adf::PLIO out1("Out", adf::plio_32_bits, "Out1.txt");
simulation::platform<1,1> platform(&in1,&out1)

x86 シミュレータを実行すると、現在の作業ディレクトリで data/In1.txt が検索されます。このファイルは、ADF グラフにより使用される入力の 1 つです。x86 シミュレータの出力ファイルを AI エンジンシミュレータの出力ファイルと区別するため、Out1.txt は current_working_dir/x86simulator_output/data/ に配置されます。

シミュレータで生成される出力ファイルは、ゴールデン出力と比較できます (空白の違いは無視)。

diff –w <data>/golden.txt <data>/output.txt

デザインのコンパイル

GNU デバッガーを使用すると、IDE ベースのデバッガーと同様に C/C++ のデバッグを実行できます。ブレークポイントの設定、シングルステップ、関数のステップオーバー、およびブレークポイントでの複数のヒットカウントが可能です。AI エンジンカーネルの開発では、x86 シミュレータにより、GDB を使用してカーネルコードをシングルステップデバッグできます。

GDB を使用するには、AI エンジンコンパイラの target 引数を x86sim に設定する必要があります。

aiecompiler --target=x86sim graph.cpp

さらに、プリプロセッサ指示子 -O0 を使用してコンパイルすると、最適化が最小限に抑えられ、デバッグの可視性が向上します。さらにデバッグの可視性を上げる必要がある場合は、コンパイラの最適化レベルを下げることができます。最適化パラメーターをプリプロセッサに渡すには、次を使用します。

aiecompiler --target=x86sim --Xpreproc=-O0 graph.cpp

GDB の使用

適切なターゲットに対するコンパイルが完了したら、シミュレーションを起動して GDB インスタンスを自動的に接続できます。対話型の GDB セッションを起動するには、コマンドを次のように --gdb オプションを使用して実行します。

x86simulator --gdb

注記: 2021.1 リリースでは、GDB の起動はコマンドラインでのみサポートされます。

x86 シミュレータを gdb オプションを使用して実行すると、デフォルトで graph.cpp の main() に入る前に停止します。グラフは実行されていないので、実行が AI エンジンカーネルが開始する前に停止します。GDB を終了するには、quit と入力します。コマンドの詳細は、help を使用してください。

ブレークポイントは、複数の方法で設定できます。次の構文を使用するのが 1 つの方法です。

break <kernel_function_name>

continue (短縮形 c) と入力すると、デバッガーが <kernel function name> のブレークポイントまで実行されます。ブレークポイントに達したら、ローカルスタック変数および関数引数を確認できます。次の表に、これらの変数を確認するためによく使用される GDB 命令のいくつかを示します。

表 5. よく使用される GDB 命令
コマンド	説明
`info stack`	現在のブレークポイントでの関数呼び出しスタックの情報を表示します。
`info locals`	呼び出しスタックに表示されている関数呼び出しのスコープ内におけるローカル変数の現在のステータスを表示します。
`print <local_variable_name>`	1 つの変数の現在の値を表示します。
`finish`	現在の関数呼び出しを終了しますが、シミュレーションは停止したままにします。
`continue`	デバッガーを完了まで実行します。

GDB は、多くの機能を持つ高度なデバッガーです。GDB の詳細な使用方法は、この資料では説明しません。詳細は、https://www.gnu.org/software/gdb/を参照してください。

マクロ

ザイリンクスでは、x86 シミュレータを使用する際に有益な定義済みのコンパイラマクロを提供しています。最上位グラフ (通常は graph.cpp) で、次のプリプロセッサマクロを、適切なコードを含めるか除外するかを指定する条件 #if を使用して使用すると有益です。


マクロ	説明
__X86SIM__	コードを `x86sim` フローにのみで使用するよう指定します。
__AIESIM__	コードを `aiesimulator` フローにのみで使用するよう指定します。
X86SIM_KERNEL_NAME	`printf()` と共に使用して、インストルメンテーションテキストにカーネルインスタンス名を付けます。

注記: アンダースコア _ で囲まれたマクロは、前後にアンダースコアが 2 つずつあります。

次に、マクロコードの例を示します。

myAIEgraph g;
#if defined(__AIESIM__) || defined(__X86SIM__)
int main()
{
   g.init();
   g.run(4);
   g.end();
   return 0;
}
#endif

ヒント: __AIESIM__ マクロは AI エンジンシミュレータのみで使用され、__X86SIM__ は x86 シミュレータに適用されます。

上記の例では、__X86SIM__ マクロがgraph.cpp ファイルで使用される main() に設定されています。この main() はエミュレーションフローでは除外する必要がありますが、これらのマクロを使用して制御できます。また、x86 シミュレーション中にのみデバッグインストルメンテーションをイネーブルにする場合に __X86SIM__ マクロを使用することもできます。

printf() マクロ

x86 シミュレータは、複数のカーネルを個別のスレッドで並列に実行します。これは、printf() デバッグメッセージを標準出力で表示したときに、メッセージが混ざって表示され、どちらのメッセージなのかはっきりしない場合があります。どのカーネルがどの行のメッセージを出力したのかを特定するには、X86SIM_KERNEL_NAME マクロを使用すると便利です。次に、このマクロを printf() と組み合わせて使用する例を示します。

注記: X86SIM_KERNEL_NAME を使用するには、次のコードに示すように adf/x86sim/x86simDebug.h を含める必要があります。

#include <adf/x86sim/x86simDebug.h>

void simple(input_window_float * in, output_window_float * out) {
   for (unsigned i=0; i<NUM_SAMPLES;i++) {
       float val = window_readincr(in);
       window_writeincr(out,val+0.15);
   }
   static int count = 0;
   printf("%s: %s %d\n",__FILE__,X86SIM_KERNEL_NAME,++count);
}

カーネルでの printf() の使用

ベクターデータ型は、AI エンジンカーネルコードで最もよく使用されるデータ型です。カーネルのベクター演算をデバッグするには、printf を使用すると有益です。

ベクターデータ型での printf() の使用

printf() を使用してベクターデータ型を表示するには、次の手法を証できます。

v4cint16 input_vector;
...
int16_t* print_ptr =(int16_t*)&input_vector;
    for (int qq=0; qq<4;qq++) //4 here so we print two int16s, real + imag per loop.
    printf("vector re: %d, im: %d\r\n",print_ptr[2*qq],print_ptr[2*qq+1]);
}

AI エンジンシミュレータでは、printf() 出力を使用するには --profile オプションが必要です。x86 シミュレータでは、printf 呼び出しをイネーブルにするのに追加のオプションは必要ありません。これが、x86 シミュレータの利点の 1 つです。

重要: ザイリンクスでは、カーネルおよびホストコードでは、std::cout を使用しないことをお勧めします。x86 シミュレータはマルチスレッドで実行されるので、std::cout を使用すると、その出力が混ざって表示されます。その代わり、printf() を使用することをお勧めします。

考慮事項

メモリモデル

スタティックまたはグローバル変数を含むソースファイルは、複数の AI エンジンで共有されます。これは、AI エンジンシミュレータの動作とは異なります。複数のカーネルが同じメモリにアクセスする場合、x86 シミュレータモデルはカーネルメモリごとに割り当てられません。すべてのカーネルで同じグローバルスコープメモリが共有されます。複数のカーネルで同じメモリに読み出しおよび書き込みを実行すると、x86 シミュレーション中にデータ破損が発生します。この問題を回避するには、メモリ割り当て関数のスコープをカーネルに設定するか、メモリを完全にモデル化する AI エンジンシミュレータを使用してください。

グラフ API 呼び出し

時間を指定した実行用のグラフコンストラクト (graph.wait(N)、graph.resume()、および graph.end(N)) の動作は、AI エンジンシミュレータと x86 シミュレータで異なります。N は、AI エンジンシミュレータではプロセッサのサイクルタイムアウトを指定し、x86 シミュレータではウォールクロックタイムアウトをミリ秒で指定します。そのため、テストベンチを時間を指定して実行する場合は、AI エンジンシミュレータと x86 シミュレータの結果 (特に生成される出力) が異なることがあります。

プリプロセッサに関する考察事項

x86sim をターゲットとして AI エンジンコンパイラを実行する際、--Xchess オプションは無視されます。これは、x86sim フローではカーネル特定のコンパイルオプションはサポートされないということです。

これについて次の例で説明します。C コードでコンパイル時間を変更するには、#ifndef などのプリプロセッサ指示子を使用するのが一般的な方法です。これらのプリプロセッサ指示子を制御するには、コマンドラインコンパイラオプションを使用して #defines を渡すのが便利です。次のコードブロック例には、プリプロセッサ指示子によって、2 つの異なる動作があります。

void example_kernel()
{
  #ifdef SIM
    printf("Sumulation Mode\n");
  #else
    printf("Default Mode\n");
  #endif
}

AI エンジンコンパイラでハードウェア (hw) をターゲットとする際にコンパイル時に SIM マクロを定義するには、次を使用します。

aiecompiler -target=hw -Xchess="example_kernel:-DSIM"

コンパイルターゲットが x86simulator に設定されている場合は -Xchess 引数は無視されるので、x86 シミュレータには SIM は定義されず、カーネルの出力はデフォルトモードになります。

x86 シミュレータでプリプロセッサオプションを指定する必要がある場合は、-Xchess の代わりに aiecompiler -target=x86sim --Xpreproc を使用します。この方法で渡すオプションは、すべてのソースコードおよびすべてのターゲットフローに適用されることに注意してください。

表 6. AI エンジンコンパイラのコマンドラインオプション
オプション	説明
`--Xchess=<string>`	各 AI エンジンのコードのコンパイルに使用される CHESS コンパイラにカーネル特定のオプションを渡すために使用できます。オプション文字列は `<kernel-function>:<optionid>=<value>` のように指定します。このオプション文字列は、指定したカーネル関数がマップされている AI エンジンに生成されたソースファイルのコンパイル中に含められます。
`--Xpreproc=<string>`	すべてのソースコードのコンパイルでプリプロセッサ段階に一般オプションを渡します (`AIE`/`PS`/`PL`/`x86sim`)。次に例を示します。 `--Xpreproc=-D<var>=<value>`

パケットスイッチングおよび RTP

x86 シミュレータと AI エンジンシミュレータには、パケットスイッチングおよびランタイムパラメーター (RTP) に関して重要な違いがあります。これらの詳細は、ランタイムパラメーターの指定および明示的パケットスイッチングを参照してください。

パケットスイッチングおよび RTP は、AI エンジンシミュレータと x86 シミュレータの違いとして現れます。どちらの場合でも、これらの違いは正しいものであることを理解しておくことが重要です。明示的パケットスイッチングで説明したように、パケットスイッチングされたストリームは、すべてのデザインフロー (x86 シミュレータ、AI エンジンシミュレータ、およびハードウェアエミュレーション) で不確定です。

パケットスイッチング

パケットストリーム接続には、パケット ID フィールドがあります。パケット ID フィールドのソースが ADF グラフ内である場合、x86 シミュレータではパケット ID に正規ゼロベースインデックススキームが使用されます。分割ノードの出力の最初の分岐がパケット ID 0 となり、その後 1、2、3 のように続きます。パケット ID フィールドのソースが ADF グラフ外である場合、AI エンジンシミュレータと x86 シミュレータの間に違いがあります。この違いを解決するには、パケットスイッチングおよび AI エンジンシミュレータでソースが ADF グラフ外である場合にカスタムパケット ID を指定することに関する追加情報を参照してください。

パケットの結合の特性により、x86 シミュレータと AI エンジンシミュレータで生成される結果が不確定なものになります。1 つのパケット分割分岐の AI エンジンがほかの分岐より早く処理を終了した場合、そのデータがパケット結合出力の最初に現れます。どのコアが最初に終了するかは、カーネルコードおよび入力データによります。そのため、ダウンストリームの処理ブロックはこの動作に対処する必要があります。

同期および非同期 RTP

同期および非同期ランタイムパラメーターは、x86 シミュレータで完全にサポートされています。RTP がアップデートされる正確なタイミングとサイクル精度は、x86 シミュレータと AI エンジンシミュレータで異なります。非同期 RTP は特に、非同期であるため、カーネルに影響するサイクルは特定されません。これは、x86 シミュレータでも AI エンジンシミュレータでも同様です。

注記: x86 シミュレータは論理レベルシミュレータであり、AI エンジンシミュレータはサイクル (近似) をモデル化します。違いがあることは予測されます。ザイリンクスでは、x86 シミュレータの利点を活かすため、デザインを分割することをお勧めします。

ベストプラクティス

x86 シミュレータは、次の推奨事項に従って使用するのがベストです。

カーネル関数の変数のスコープを指定します。
x86 シミュレータのテストベンチを単純なものにします。init()、run(X)、および end() を使用します。
ADF グラフクラスの変数のスコープを指定します (グローバルグラフスコープのテーブルおよび C++ カーネルクラスのサポートを参照)。

AI エンジン グラフ アプリケーションのシミュレーション