專利名稱：一種面向計數(shù)類循環(huán)的C-to-VHDL映射方法及映射裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種將高級語言轉換成硬件電路的方法。具體地說是一種面向 計數(shù)類循環(huán)的C-to-VHDL綜合優(yōu)化方法，即將C語言實現(xiàn)的循環(huán)程序自動轉換成可綜合的 VHDL程序，最終移植到Xilinx系列FPGA上運行的方法。本發(fā)明還涉及適用于該方法的裝置。
背景技術：
將高級語言轉換成硬件電路主要采用兩種方法一種是起步較早的類C語言，即 設計一種新的軟/硬件描述語言或程序設計模型，將其綜合為網(wǎng)表文件，再使用專門的硬 件綜合工具實現(xiàn)布局布線；另外一種方法是直接將高級語言(C， C++， Matlab)程序綜合成 VHDL硬件描述語言，再使用現(xiàn)有的商用工具對VHDL文件進行綜合、布線。
由于類C語言是一種可以同時實現(xiàn)軟/硬件描述的語言，然而，軟件設計思想和 硬件設計思想存在根本性的不同，軟件結構(馮諾依曼結構)是一種時間計算模型(time computing model)，其本質是程序的串行化；而硬件結構是一種空間計算模型(spatial computing model)，其本質是程序的并行化。所以，在C這樣的軟件語言基礎上設計出來的 類C語言，在硬件描述的性能上都存在著無法克服的缺陷，其執(zhí)行效果不能與Verilog或 VHDL這樣的硬件描述語言相媲美， 一些執(zhí)行效果較好的類C語言，其實已經(jīng)將ANSI C擴充 修改得面目全非，程序開發(fā)人員相當于又要學習一種新的軟/硬件描述語言，因此，近幾年 開始關注直接將高級語言綜合為VHDL硬件描述語言的方法。 目前，實現(xiàn)C語言到VHDL語言轉換的工具很多，如SPARK， R0CCC， DWARV等。 SPARK[1]以ANSI-C作為輸入，產(chǎn)生可綜合的寄存器傳輸級VHDL程序。SPARK基于SPARK intermediate ^presentation(IR)開發(fā)，生成的VHDL程序采用FSM(有窮自動機)的控 制形式。SPARK雖然通過脈動陣列[2]實現(xiàn)了對計數(shù)類循環(huán)和非計數(shù)類循環(huán)的支持，但不支 持循環(huán)體里的break、conti皿e以及goto控制結構[3]。 R0CCC[4]以高級語言如C，C++作為 輸入，其生成VHDL程序也是通過FSM控制。R0CCC采用SUIF和Machine-SUIF作為映射前 端，適合運算密集型的算法加速，可作為硬件代碼加速器。R0CCC只支持標準形式的計數(shù)類
循環(huán)，如for(i = 0 ;i <b ;i++);對循環(huán)嵌套的支持要求很嚴格，不能支持任意形式的循環(huán)
嵌套；不支持循環(huán)初值、終值及步進值不確定的非計數(shù)類循環(huán)，這導致R0CCC能處理的循環(huán) 類型有限。同時，ROCCC對于循環(huán)體內(nèi)的語句也有要求，如循環(huán)體內(nèi)語句間不能存在數(shù)據(jù)依 賴等。DWARV[幻(Delf workbenchAutomated reconfigurable V亂generator) :DWARV采用 FSM的控制形式，利用數(shù)據(jù)流圖實現(xiàn)for循環(huán)的轉換[6]。 DWARV只支持計數(shù)類循環(huán)，不支持 非計數(shù)類循環(huán)，同時，DWARV在循環(huán)控制上不支持跳轉。
與本發(fā)明相關的公開報道有 [1] R. K. Gupta， A. Nicolau， S. Gupta and N. D. D u 11 ， " S P ARK :
A high_leve1synthesis framework for applying parallelizing compilertransformations. ，，， Int. Conference on VLSI Design 2003， January 2003
[2]Jae-Jin Lee， Gi-Yong Song. "High-Level Synthesis Using SPARK andSystolic Array", ARC 2006，LNCS 3985，pp.455-4602006 [3]UserManual for the SPARK Parallelizing High-Level Synthesis FrameworkVersionl. 1 [4]W. Najjar, B.A.Buyukkurt and Z.Guo， "Compiler optimization forconfigurable accelerators", Int.Workshop On applied ReconfigurableComputing(ARC 2006)，Delft， The Netherlands,2006
[5]Y. D. Yankova， G. K. K體a麗，K. L. M. Bertels， G. N. Gaydadjiev， J. Lu andS. Vassiliadis， DWARV :Delft Workbench Automated Recongurable VHDLGenerator, In Proceedings of the 17th International Conference on FieldProgrammable Logic and Applications (FPL07) ， Delft， TheNetherlands， 2007 [6]Yana Yankova， Georgi Kuzmanov， Keon Bertels，Georgi Gaydadjiev，YiUi， Stamatis Vassliiadis. "DWARV :DELFTWORKBENCH AUT0MATEDREC0NFIGURABLE VHDL GENERATOR'', Computer Engineering Laboratory, DelftUniversity of Technology。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過分離循環(huán)的控制信號與使能輸出信號，實現(xiàn)高頻 的循環(huán)基本模塊；通過組合這兩組信號可實現(xiàn)任意形式的循環(huán)；在循環(huán)路徑的任意節(jié)點處
可以加入運算模塊，擴展循環(huán)功能的一種面向計數(shù)類循環(huán)的C-to-VHDL映射方法。本發(fā)明
的目的還在于提供一種與本發(fā)明的方法相關的映射裝置。 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的 本發(fā)明的一種面向計數(shù)類循環(huán)的C-to-VHDL映射方法為 通過分析模塊跳轉關系后，找到循環(huán)入口模塊；進入循環(huán)入口模塊后，尋找循環(huán)關 鍵變量；找到循環(huán)關鍵變量后，將循環(huán)關鍵的自加操作由循環(huán)體執(zhí)行模塊提前到循環(huán)入口 模塊，使得循環(huán)的控制操作與循環(huán)體的運算操作分開；最終分離了循環(huán)的控制信號與使能 輸出信號。在循環(huán)控制信號和使能輸出信號的作用下，完成循環(huán)里的運算操作。
本發(fā)明的一種面向計數(shù)類循環(huán)的C-to-VHDL映射方法實現(xiàn)高頻循環(huán)基本模塊步 驟如下 S301 :當重啟信號有效時，首次進入循環(huán)判斷；利用比較器比較循環(huán)關鍵變量值 與n值；根據(jù)比較器結果對循環(huán)進行判斷，若循環(huán)有效，則進入循環(huán)體內(nèi)進行相應運算，運 算器開始工作； S302:當重啟信號失效后，進入循環(huán)控制變量自加判斷，不自加則重新回到重啟判 斷部分；否則利用計數(shù)器對循環(huán)關鍵變量進行計數(shù)操作； S303 :自加或重啟后，選擇器對關鍵變量以及運算器的運算結果進行選擇；然后 再次利用比較器比較選擇器對關鍵變量的選擇結果與n值的大小關系，根據(jù)比較器產(chǎn)生結 果判斷是否滿足循環(huán)有效的條件，滿足再次進入循環(huán)；不滿足則完成整個循環(huán)；
S304 :完成本次循環(huán)操作。 本發(fā)明的一種面向計數(shù)類循環(huán)的C-to-VHDL映射方法實現(xiàn)循環(huán)的具體處理步驟 如下
(1)分析模塊跳轉關系找到LoopEntry ; (2)處理PHI指令，完成對循環(huán)關鍵變量的特殊處理；通過LLVM中的dyn_CaSt指 令對PHI指令中的各個操作數(shù)進行指令類型轉換；如果操作數(shù)能轉換為指令，并且轉換成 的指令類型為加法或者減法則該操作數(shù)為關鍵變量；同時將該操作數(shù)所在的加法或減法運 算提前到PHI指令所在模塊內(nèi)進行運算； (3)判斷關鍵變量，產(chǎn)生循環(huán)控制信號；根據(jù)循環(huán)控制信號，進入或跳出循環(huán)體操 作；若進入循環(huán)體，則循環(huán)地進行循環(huán)體內(nèi)的相關運算操作，直到循環(huán)關鍵變量不滿足循環(huán) 有效的條件，此時產(chǎn)生循環(huán)無效信號，從而跳出循環(huán)，進行循環(huán)體外的相關運算操作；
(4)No_exit模塊轉換；將No_exit這個模塊號作為循環(huán)體操作模塊的使能信號， 為高電平時表示循環(huán)繼續(xù)進行；No—exit模塊內(nèi)的所有運算操作轉換為VHDL語言里對應的 基本操作；步驟(2)中被提前的加法或減法運行在No—exit模塊內(nèi)不再運算；
(5)Loop_eXit模塊轉換；將Loop_eXit這個模塊號作為循環(huán)結束使能信號，為高 電平時表示循環(huán)結束；L00p_eXit模塊內(nèi)的所有運算操作轉換為VHDL語言里對應的基本操 作。 本發(fā)明的一種面向計數(shù)類循環(huán)的C-to-VHDL映射方法還可以處理由兩組循環(huán)所 形成的并列結構。具體方法為若兩次循環(huán)之間沒有中間運算，則No—exitJ)模塊只是進行 簡單的跳轉，直接進入新的循環(huán)；否則，在No—exitJ)模塊中做相應的中間運算，然后再跳 轉到新的循環(huán)；兩次循環(huán)之間使能信號傳遞方式如下 當完成第一個循環(huán)基本模塊后，根據(jù)循環(huán)結束模塊里的br指令，將循環(huán)結束使能
信號Loop_eXit傳遞給跳轉到的模塊若兩次循環(huán)之間無中間運算，則分析模塊跳轉關系
找到下一個BLoopentryJ，將Loop—exit使能信號按照邏輯傳遞給BLoopentryJ ;否則，將
Loop_eXit使能信號按照邏輯傳遞給運算模塊使能信號，最后再分析模塊跳轉關系找到下
一個BLoopentryj，將運算模塊使能信號按照邏輯傳遞給BLoopentryJ 。 本發(fā)明的一種面向計數(shù)類循環(huán)的C-to-VHDL映射方法還可以處理循環(huán)嵌套結構。
具體方法為在NO_exit_0模塊嵌有循環(huán)基本結構；如果外層循環(huán)的循環(huán)體No—exitJ)中
無其他運算，直接進入內(nèi)層循環(huán)，則外層循環(huán)的BLoopentryJ)使能信號按照邏輯直接傳遞
給內(nèi)層循環(huán)的BLoopentryJ ;否則，將外層循環(huán)的BLoopentryJ)使能信號按照邏輯傳遞
給外層循環(huán)體模塊使能信號No—exitJ)，最后再將NO_exit_0按照邏輯傳遞給內(nèi)層循環(huán)的
BLoopentryj，從而完成外層循環(huán)與內(nèi)層循環(huán)間模塊使能信號的傳遞。 本發(fā)明的一種面向計數(shù)類循環(huán)的C-to-VHDL映射方法的映射裝置，由產(chǎn)生循環(huán)關
鍵變量的計數(shù)器，根據(jù)比較運算結果決定是否進行循環(huán)體內(nèi)運算的比較器，根據(jù)選擇開關
值獲取循環(huán)體外的數(shù)據(jù)值或循環(huán)體內(nèi)運算結果反饋值的選擇器，執(zhí)行循環(huán)體內(nèi)的運算操作
的運算器組成。 計數(shù)器，根據(jù)循環(huán)中對關鍵變量的操作類型，為循環(huán)關鍵變量進行加法計數(shù)或減 法計數(shù)。 比較器，比較循環(huán)關鍵變量值與循環(huán)的總次數(shù)，滿足循環(huán)進行條件時，進入循環(huán)體 進行運算；不滿足循環(huán)進行條件時，跳出循環(huán)，完成循環(huán)運算。 選擇器，當首次進入循環(huán)時，選擇循環(huán)體外數(shù)據(jù)對循環(huán)體內(nèi)數(shù)據(jù)輸入進行初始化； 否則，選擇循環(huán)體內(nèi)運算結果反饋值，對循環(huán)體內(nèi)輸入數(shù)據(jù)進行更新。
運算器，進入循環(huán)體后，根據(jù)循環(huán)體內(nèi)各種運算操作進行相應運算。 本發(fā)明提供了一種面向計數(shù)類循環(huán)的C-to-VHDL映射方法。讓軟件的核心結
構for循環(huán)移到硬件上執(zhí)行，從而加快其執(zhí)行效率，達到硬件加速實現(xiàn)循環(huán)的目的。本發(fā)
明通過對循環(huán)的控制信號與使能輸出信號進行明確的分離，實現(xiàn)高頻的循環(huán)基本模塊；同
時，通過對這兩組信號進行組合，可以實現(xiàn)任意形式的循環(huán)。本發(fā)明允許在循環(huán)路徑的任
意處靈活地加入各種運算模塊，并且對循環(huán)輸入沒有任何要求，支持循環(huán)體的break以及
continue控制。這些特點使得本發(fā)明有別于其他實現(xiàn)循環(huán)的設計方案。 本發(fā)明還提供了使用上述映射方法的映射裝置，用于解決實際應用中使用到本發(fā)
明上述方法的問題。 C語言與VHDL語言有相似的功能，但也有較大的不同。VHDL中雖然有循環(huán)結構，但 只能實現(xiàn)固定次數(shù)的循環(huán)即循環(huán)的初值、步長、終值都是靜態(tài)數(shù)據(jù)。固定次數(shù)的循環(huán)與C語 言的循環(huán)在功能上無法進行匹配，因此要實現(xiàn)循環(huán)就要將循環(huán)的結構打散，采用分支判斷 語句(IF)用時序設計完成循環(huán)的運算。每次時鐘到來時都對循環(huán)關鍵變量進行判斷，從而 決定是否進行循環(huán)體的操作。循環(huán)關鍵變量是指形如for(i = 0 ;i < b ;i++)中表示循環(huán) 初值、終值等的變量i。循環(huán)的操作流程類似于計數(shù)器，擴充的部分為根據(jù)計數(shù)器的值生 成相應的使能信號，其基本實現(xiàn)流程見錯誤！未找到引用源。。但是錯誤！未找到引用源。 所示流程中S202沒有將循環(huán)關鍵變量的"變量自加"與"循環(huán)有效"分開，每次判斷是否進 行循環(huán)體的操作將直接受循環(huán)體內(nèi)操作影響。這種實現(xiàn)方式層次結構不清晰，控制復雜，無 法靈活的實現(xiàn)多個循環(huán)的多種組合。 本發(fā)明通過提前循環(huán)關鍵變量的自加操作，將循環(huán)控制與循環(huán)體內(nèi)運算分開，從 而分離了循環(huán)的控制信號與使能輸出信號，使得循環(huán)控制簡潔，其實現(xiàn)流程如錯誤！未找 到引用源。所示。S301和S302中的重啟與自加分別是循環(huán)重啟(初始化)與步進的控制 信號，S303中的循環(huán)有效與循環(huán)完成是控制相應執(zhí)行模塊的控制信號。由于要進行模塊的 級聯(lián)，因此所有的使能信號都為一個周期的高電平。使能信號在模塊之間按照邏輯進行傳 遞，從而完成循環(huán)對應的計算。使能信號的基本特征是只有一個周期的高電平。 一個周期 的高電平指的是模塊的使能信號為一個周期高電平，同時如果控制從該模塊轉移到下一級 模塊，則該模塊為相應的下一級生成一個周期高電平使能信號。 一個周期的高電平保證了 當循環(huán)體執(zhí)行需要多個時鐘節(jié)拍時，循環(huán)體相對應的模塊只被使能一個周期。該特性對其 它相應的模塊也有效。 本發(fā)明設計的循環(huán)基本模塊將各種信號進行了明確的定義，對循環(huán)基本模塊的自 由組合起到了決定性作用。若將循環(huán)有效與自身的自加相接，則實現(xiàn)了一個沒有循環(huán)體的 循環(huán)；若將循環(huán)有效與一個運算模塊相接，運算模塊與自加相接，則實現(xiàn)了一個基本的循 環(huán)。若將基本循環(huán)的循環(huán)完成信號與另一個循環(huán)的重啟信號相接，則實現(xiàn)了 2個循環(huán)的并
列；若將循環(huán)的循環(huán)有效信號與另一個基本循環(huán)的重啟信號相接，基本循環(huán)的循環(huán)完成信 號與循環(huán)的自加信號相接，則實現(xiàn)了 2個循環(huán)的嵌套。按照實現(xiàn)循環(huán)并列和循環(huán)嵌套的原 理以此類推，便可實現(xiàn)任意形式的循環(huán)。 本發(fā)明的優(yōu)點在于將循環(huán)控制提前，同時分離了循環(huán)控制信號與數(shù)據(jù)運算使能信 號，從而使得循環(huán)控制變得簡潔，循環(huán)基本模塊最大時鐘頻率高。同時，更利于以后對循環(huán) 進行優(yōu)化，如循環(huán)流水化等。


圖1是循環(huán)基本模塊原理圖；圖2是循環(huán)的常規(guī)實現(xiàn)流程示意圖；圖3是模塊化 處理流程示意圖；圖4是運算單元處理流程示意圖；圖5是循環(huán)基本模塊結構圖；圖6是循 環(huán)的并列結構圖；圖7是循環(huán)的嵌套結構圖；圖8是PHI處理流程示意圖；圖9是單個循環(huán) (循環(huán)次數(shù)為3)波形圖；圖10是2個循環(huán)(循環(huán)次數(shù)都為3)順次波形圖；圖11是2個循 環(huán)(循環(huán)次數(shù)都為3)嵌套波形圖。
具體實施例方式
下面結合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述
1高頻的循環(huán)基本模塊
1. 1循環(huán)IR結構分析 本發(fā)明可以基于LLVM架構，利用LLVM作為前端將C語言中的for循環(huán)轉換成LLVM IR，然后對for循環(huán)的LLVM IR進行轉換處理。LLVM IR是一種獨立于機器架構的中間表達 式。 —個循環(huán)的BasicBlock(基本模塊)主要由LoopEntry (循環(huán)入口模塊)，Loop_ exit(循環(huán)跳出模塊)及No—exit(循環(huán)執(zhí)行模塊)三部分組成，其中LoopEntry主要完成 數(shù)據(jù)的選擇、公共操作(循環(huán)可提前部分)及分支通路的選擇，No—exit完成循環(huán)體內(nèi)的操 作，Loop—exit完成循環(huán)完成后的操作。這些循環(huán)模塊間的關系如錯誤！未找到引用源。所 示。 錯誤！未找到引用源。中，通過PHI指令來進行數(shù)據(jù)選擇。PHI指令表示變量 在模塊使能信號有效時選擇相應的值。如％ indvar = phi i32
， [% nextindvar, % Loop]，這條PHI指令表示indvar變量在LoopHeader模塊使能信號有效時 取'0'值，而在Loop模塊使能信號有效時取next indvar這個變量的值。
錯誤！未找到引用源。中，BLoopentry通過br指令進行分支跳轉，根據(jù)跳轉結 果進入循環(huán)體或跳出循環(huán)。br指令表示根據(jù)比較指令結果，進行分支選擇，跳轉到相應 模塊。如br bool % tmp_19， label % BNo_exit， label % Loop_exit，這條br指令表示 BLoopentry根據(jù)tmp_19的值，進行分支選擇，若tmp_19為真，跳轉到BNo_exit ;否則跳轉 至lj Loop—exit。 1. 2循環(huán)關鍵變量處理 本發(fā)明通過分析模塊間的跳轉關系來識別循環(huán)，找到BLoopentry ，然后處理
BLoopentry中循環(huán)關鍵變量。LLVM IR通過PHI指令對循環(huán)關鍵變量進行數(shù)據(jù)選擇，其數(shù)
據(jù)選擇流程如錯誤！未找到引用源。所示。
S801 :識別關鍵變量，初始化關鍵變量i ; S802 :對關鍵變量進行自加操作，更新關鍵變量i值， S803 :循環(huán)繼續(xù)時，執(zhí)行循環(huán)體運算操作； S804 :本次循環(huán)結束。 本發(fā)明的關鍵在于對循環(huán)關鍵變量的特殊處理方式
(1)識別循環(huán)關鍵變量
通過對模塊間的跳轉關系找到循環(huán)入口模塊判定是否進行循環(huán)的條件變量，通 過條件變量找到對應的比較指令，然后由比較指令的操作數(shù)得到關鍵變量，最后將關鍵變 量加入到KeyVariable數(shù)組中。
(2)將關鍵變量自加操作指令提前 讀取PHI指令，若該指令在KeyVariable中，則讀取其操作數(shù)，然后將No_exit 模塊中對關鍵變量自加操作指令提前到LoopEntry模塊，并將自加操作指令加入到 KeyOperation數(shù)組中。
(3)忽略關鍵變量自加操作 在進行指令的翻譯時，如果該指令在KeyOpeartion數(shù)組中，則直接跳過。 經(jīng)過上述對PHI指令的特殊處理后，分離了循環(huán)的控制信號與使能輸出信號，從
而使得轉換后的循環(huán)基本模塊最大時鐘頻率高。同時，更有利于實現(xiàn)各種形式的for循環(huán)，
增強了循環(huán)功能。 1. 3循環(huán)基本模塊的實現(xiàn) 本發(fā)明主要以循環(huán)關鍵變量為對象進行循環(huán)基本模塊的設計。將循環(huán)控制信號與 運算信號分開，其處理流程如錯誤！未找到引用源。所示。 S301 :當重啟信號有效時，首次進入循環(huán)判斷。利用圖l所示裝置中的比較器比較 循環(huán)關鍵變量值與n值。根據(jù)比較器結果對循環(huán)進行判斷，若循環(huán)有效，則進入循環(huán)體內(nèi)進 行相應運算，此時裝置內(nèi)的運算器開始工作，運算器處理流程如圖4所示；
S302:當重啟信號失效后，進入循環(huán)控制變量自加判斷，不自加則重新回到重啟判 斷部分；否則利用裝置中的計數(shù)器對循環(huán)關鍵變量進行計數(shù)操作。 S303 :自加或重啟后，裝置中的選擇器對關鍵變量以及運算器的運算結果進行選
擇。然后再次利用比較器比較選擇器對關鍵變量的選擇結果與n值的大小關系，根據(jù)比較
器產(chǎn)生結果判斷是否滿足循環(huán)有效的條件，滿足再次進入循環(huán)；不滿足則完成整個循環(huán)。 S304 :完成本次循環(huán)操作。 實現(xiàn)循環(huán)基本模塊轉換處理步驟如下。 (1)分析模塊跳轉關系找到LoopEntry。 (2)處理PHI指令，完成對循環(huán)關鍵變量的特殊處理。通過LLVM中的dyn—cast指 令對PHI指令中的各個操作數(shù)進行指令類型轉換。如果操作數(shù)能轉換為指令，并且轉換成 的指令類型為加法或者減法則該操作數(shù)為關鍵變量。同時將該操作數(shù)所在的加法或減法運 算提前到PHI指令所在模塊內(nèi)進行運算。 (3)判斷關鍵變量，產(chǎn)生循環(huán)控制信號。根據(jù)循環(huán)控制信號，進入或跳出循環(huán)體操
作。若進入循環(huán)體，則循環(huán)地進行循環(huán)體內(nèi)的相關運算操作，直到循環(huán)關鍵變量不滿足循環(huán)
有效的條件，此時產(chǎn)生循環(huán)無效信號，從而跳出循環(huán)，進行循環(huán)體外的相關運算操作。 (4)No_exit模塊轉換。將No_exit這個模塊號作為循環(huán)體操作模塊的使能信號，
為高電平時表示循環(huán)繼續(xù)進行。No—exit模塊內(nèi)的所有運算操作轉換為VHDL語言里對應的
基本操作。步驟(2)中被提前的加法或減法運行在No—exit模塊內(nèi)不再運算。 (5)Loop—exit模塊轉換。將Loop—exit這個模塊號作為循環(huán)結束使能信號，為高
電平時表示循環(huán)結束。Loop—exit模塊內(nèi)的所有運算操作轉換為VHDL語言里對應的基本操作。
錯誤！未找到引用源。為循環(huán)基本塊的硬件裝置圖，由計數(shù)器、比較器、選擇器、運 算器四部分組成。計數(shù)器用于處理循環(huán)關鍵變量i ;比較器為BLoopentry中，br指令進行 分支選擇依據(jù)；選擇器用于PHI指令的數(shù)據(jù)選擇；運算器則用于進行循環(huán)體內(nèi)的運算，這四 部分的具體內(nèi)容由實際進行轉換的C代碼的結構來決定。
2循環(huán)組合的實現(xiàn) 本發(fā)明實現(xiàn)循環(huán)組合的原理是通過多個高頻的循環(huán)基本模塊進行相應的組合實
現(xiàn)任意形式的循環(huán)組合。 2. 1循環(huán)并列 錯誤！未找到引用源。為兩組循環(huán)所形成的并列結構。若兩次循環(huán)之間沒有中間 運算，則錯誤！未找到引用源。中的No—exitJ)模塊只是進行簡單的跳轉，直接進入新的循 環(huán)；否則，在No—exitJ)模塊中做相應的中間運算，然后再跳轉到新的循環(huán)。利用實現(xiàn)循環(huán) 基本模塊的方法順序實現(xiàn)兩個循環(huán)基本模塊，從而實現(xiàn)循環(huán)并列。兩次循環(huán)之間使能信號 傳遞方式如下 當完成第一個循環(huán)基本模塊后，根據(jù)循環(huán)結束模塊里的br指令，將循環(huán)結束使能 信號Loop_eXit傳遞給跳轉到的模塊若兩次循環(huán)之間無中間運算，則分析模塊跳轉關系 找到下一個BLoopentryJ，將Loop—exit使能信號按照邏輯傳遞給BLoopentryJ ;否則，將 Loop_eXit使能信號按照邏輯傳遞給運算模塊使能信號，最后再分析模塊跳轉關系找到下 一個BLoopentryj，將運算模塊使能信號按照邏輯傳遞給BLoopentryJ 。
2.2循環(huán)嵌套 錯誤！未找到引用源。為嵌套結構，在No—exitJ)模塊(循環(huán)體)內(nèi)又有圖5所 示的循環(huán)基本結構。實現(xiàn)循環(huán)嵌套結構里的各個循環(huán)基本模塊的方法同實現(xiàn)單個循環(huán)基 本模塊的方法相同。實現(xiàn)循環(huán)嵌套結構的關鍵在于內(nèi)外層循環(huán)模塊之間模塊使能信號如 何傳遞。錯誤！未找到引用源。中，如果外層循環(huán)的循環(huán)體No—exitJ)中無其他運算，直 接進入內(nèi)層循環(huán)，則外層循環(huán)的BLoopentryJ)使能信號按照邏輯直接傳遞給內(nèi)層循環(huán)的 BLoopentryJ ;否則，將外層循環(huán)的BLoopentryJ)使能信號按照邏輯傳遞給外層循環(huán)體模 塊使能信號NO_exit_0，最后再將NO_exit_0按照邏輯傳遞給內(nèi)層循環(huán)的BLoopentryj，從 而完成外層循環(huán)與內(nèi)層循環(huán)間模塊使能信號的傳遞。
3循環(huán)實現(xiàn)結果 利用面向計數(shù)類循環(huán)的C-to-VHDL映射方法與裝置，分別處理單個循環(huán)、并列循 環(huán)以及嵌套循環(huán)。將處理得到的VHDL程序利用Xilinx ISE工具仿真綜合，可得到圖9、圖 10以及圖ll所示的仿真結果。 錯誤！未找到引用源。為l個循環(huán)的波形圖，循環(huán)次數(shù)為3。從圖中看出，該示例 中循環(huán)體執(zhí)行時間為1個時鐘節(jié)拍，即EN與No_exit的相位差為1個周期。在實際的應用 中，循環(huán)體可能要執(zhí)行多個時鐘節(jié)拍，則EN在相應的節(jié)拍數(shù)完成之后才變?yōu)楦唠娖?。錯誤！ 未找到引用源。為2個循環(huán)順次連接的波形圖，2個循環(huán)的循環(huán)次數(shù)都為3。錯誤！未找到 引用源。為2個循環(huán)嵌套連接的波形圖，內(nèi)外循環(huán)的循環(huán)次數(shù)都為3。在錯誤！未找到引用 源。中，外層循環(huán)的EN與No—exit相差9個周期。因為在內(nèi)層循環(huán)完成全部運算(循環(huán)) 之后，外層循環(huán)才步進一次。
權利要求
一種面向計數(shù)類循環(huán)的C-to-VHDL映射方法，其特征是提前循環(huán)關鍵變量的自加操作，將循環(huán)控制與循環(huán)體內(nèi)運算分開，從而分離了循環(huán)的控制信號與使能輸出信號；提前循環(huán)關鍵變量的自加操作的方法如下通過分析模塊跳轉關系后，找到循環(huán)入口模塊；進入循環(huán)入口模塊后，尋找循環(huán)關鍵變量；找到循環(huán)關鍵變量后，將循環(huán)關鍵的自加操作由循環(huán)體執(zhí)行模塊提前到循環(huán)入口模塊，使得循環(huán)的控制操作與循環(huán)體的運算操作分開；最終分離了循環(huán)的控制信號與使能輸出信號。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種面向計數(shù)類循環(huán)的C-to-VHDL映射方法，其特征是實現(xiàn) 循環(huán)的具體處理步驟如下(1) 分析模塊跳轉關系找到LoopEntry ;(2) 處理PHI指令，提前循環(huán)關鍵變量的自加操作；通過LLVM中的dyn—cast指令對rai 指令中的各個操作數(shù)進行指令類型轉換；如果操作數(shù)能轉換為指令，并且轉換成的指令類 型為加法或者減法則該操作數(shù)為關鍵變量；同時將該操作數(shù)所在的加法或減法運算由循環(huán) 體執(zhí)行模塊(No_exit)提前到PHI指令所在模塊內(nèi)進行運算；(3) 判斷關鍵變量，產(chǎn)生循環(huán)控制信號；根據(jù)循環(huán)控制信號，進入或跳出循環(huán)體操作； 若進入循環(huán)體，則進行循環(huán)體內(nèi)的相關運算操作，直到循環(huán)關鍵變量不滿足循環(huán)有效的條 件，此時產(chǎn)生循環(huán)無效信號，從而跳出循環(huán)，進行循環(huán)體外的相關運算操作；(4) No_exit模塊轉換；將No_exit這個模塊號作為循環(huán)體操作模塊的使能信號，為高 電平時表示循環(huán)繼續(xù)進行；No_eXit模塊內(nèi)的所有運算操作轉換為VHDL語言里對應的基本 操作；步驟(2)中被提前的加法或減法運行在No—exit模塊內(nèi)不再運算；(5) Loop_eXit模塊轉換；將Loop_eXit這個模塊號作為循環(huán)結束使能信號，為高電平 時表示循環(huán)結束；L00p_eXit模塊內(nèi)的所有運算操作轉換為VHDL語言里對應的基本操作。
3. 根據(jù)權利要求2所述的一種面向計數(shù)類循環(huán)的C-to-VHDL映射方法，其特征是實現(xiàn) 循環(huán)基本模塊的處理步驟如下5301 :當重啟信號有效時，首次進入循環(huán)判斷；利用比較器比較循環(huán)關鍵變量值與n 值；根據(jù)比較器結果對循環(huán)進行判斷，若循環(huán)有效，則進入循環(huán)體內(nèi)進行相應運算，運算器 開始工作；5302 :當重啟信號失效后，進入循環(huán)控制變量自加判斷，不自加則重新回到重啟判斷部 分；否則利用計數(shù)器對循環(huán)關鍵變量進行計數(shù)操作；5303 :自加或重啟后，選擇器對關鍵變量以及運算器的運算結果進行選擇；然后再次 利用比較器比較選擇器對關鍵變量的選擇結果與n值的大小關系，根據(jù)比較器產(chǎn)生結果判 斷是否滿足循環(huán)有效的條件，滿足再次進入循環(huán)；不滿足則完成整個循環(huán)；S304:完成本次循環(huán)操作。
4. 根據(jù)權利要求2所述的一種面向計數(shù)類循環(huán)的C-to-VHDL映射方法，其特征是能 夠處理由兩組循環(huán)所形成的并列循環(huán)結構；處理并列循環(huán)結構的方法如下若兩次循環(huán)之 間沒有中間運算，則NO_exit_0模塊只是進行簡單的跳轉，直接進入新的循環(huán)；否則，在No_ exit_0模塊中做相應的中間運算，然后再跳轉到新的循環(huán)；兩次循環(huán)之間使能信號傳遞方 式如下當完成第一個循環(huán)基本模塊后，根據(jù)循環(huán)結束模塊里的br指令，將循環(huán)結束使能信號Loop—exit傳遞給跳轉到的模塊若兩次循環(huán)之間無中間運算，則分析模塊跳轉關系找 到下一個BLoopentry_l，將Loop_exit使能信號按照邏輯傳遞給BLoopentry_l ;否則，將 Loop_eXit使能信號按照邏輯傳遞給運算模塊使能信號，最后再分析模塊跳轉關系找到下 一個BLoopentryJ ，將運算模塊使能信號按照邏輯傳遞給BLoopentryJ 。
5. 根據(jù)權利要求2所述的一種面向計數(shù)類循環(huán)的C-to-VHDL映射方法，其特征是能 夠處理由兩組循環(huán)所形成的嵌套循環(huán)結構；處理嵌套循環(huán)結構的方法如下如果外層循環(huán)的循環(huán)體No—exitJ)中無其他運算，直接進入內(nèi)層循環(huán)，則外層循環(huán)的 BLoopentryJ)使能信號按照邏輯直接傳遞給內(nèi)層循環(huán)的BLoopentryJ ;否則，將外層循環(huán) 的BLoopentryJ)使能信號按照邏輯傳遞給外層循環(huán)體模塊使能信號NO_exit_0，最后再將 No—exitJ)按照邏輯傳遞給內(nèi)層循環(huán)的BLoopentryJ,從而完成外層循環(huán)與內(nèi)層循環(huán)間模 塊使能信號的傳遞。
6. —種面向計數(shù)類循環(huán)的C-to-VHDL映射方法的映射裝置，其特征是由產(chǎn)生循環(huán)關 鍵變量的計數(shù)器，根據(jù)比較運算結果決定是否進行循環(huán)體內(nèi)運算的比較器，根據(jù)選擇開關 值獲取循環(huán)體外的數(shù)據(jù)值或循環(huán)體內(nèi)運算結果反饋值的選擇器，執(zhí)行循環(huán)體內(nèi)的運算操作 的運算器組成。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種面向計數(shù)類循環(huán)的C-to-VHDL映射方法及映射裝置。裝置由產(chǎn)生循環(huán)關鍵變量的計數(shù)器，根據(jù)比較運算結果決定是否進行循環(huán)體內(nèi)運算的比較器，根據(jù)選擇開關值獲取循環(huán)體外的數(shù)據(jù)值或循環(huán)體內(nèi)運算結果反饋值的選擇器，執(zhí)行循環(huán)體內(nèi)的運算操作的運算器組成。將C語言實現(xiàn)的計數(shù)類循環(huán)程序自動轉換成能在Xilinx系列FPGA上實現(xiàn)的VHDL程序。該方法以時序電路為基礎，通過分離循環(huán)的控制信號與使能輸出信號，提前循環(huán)控制，將C語言中的計數(shù)類循環(huán)分解為一種時鐘頻率較高的循環(huán)基本模塊。通過對多個高頻的循環(huán)基本模塊的組合，可實現(xiàn)多種形式的C語言循環(huán)。
文檔編號G06F9/44GK101719068SQ20101003242
公開日2010年6月2日 申請日期2010年1月6日 優(yōu)先權日2010年1月6日
發(fā)明者吳艷霞, 孫延騰, 楊敏, 楊杰, 牛曉霞, 顧國昌 申請人:哈爾濱工程大學