以如下程序?yàn)槔?#xff0c;top.h：

#include <ap_int.h>#define N 3#define XW 8
#define BW 16typedef ap_int<XW> dx_t;
typedef ap_int<BW> db_t;
typedef ap_int<BW+1> do_t;void func(dx_t xin[N], dx_t a, db_t b, db_t c, do_t yo[N]);

top.cpp：

#include "top.h"void func(dx_t xin[N], dx_t a, db_t b, db_t c, do_t yo[N])
{int i = 0;loop:for (i = 0; i < N; i++){yo[i] = a * xin[i] + b + c;}
}

從本篇開始，top函數(shù)更改為通用的func，這樣只改其中的邏輯和參數(shù)就行，記得第一次運(yùn)行要在設(shè)置中更改Top函數(shù)，更改方式請(qǐng)參考上一篇筆記。

從程序代碼出發(fā)，對(duì)loop標(biāo)簽下的for循環(huán)進(jìn)行分析，可以得到其全過程時(shí)序如下，其中每個(gè)屬性的含義：

1 clock cycle：一個(gè)基本操作需要一個(gè)時(shí)鐘周期
Loop Trip Count：循環(huán)次數(shù)，N==3，所以為3
Loop Iteration Latency：一輪循環(huán)執(zhí)行所需時(shí)間
Loop Iteration Interval(Loop II)：兩輪循環(huán)相隔的時(shí)間，這里和循環(huán)執(zhí)行時(shí)間相等的原因：1.HLS識(shí)別到循環(huán)次數(shù)為常數(shù)，省略了對(duì)變量i的操作，如果N是變量則這個(gè)時(shí)間會(huì)相應(yīng)增加。2.在編程中并未讓其流水線操作或展開（UNROLL），否則這個(gè)時(shí)間會(huì)減少或直接為0。
Loop Latency：循環(huán)總執(zhí)行時(shí)間，等于Loop Iteration Latency * Loop Trip Count
Function Latency：函數(shù)的執(zhí)行時(shí)間，這里應(yīng)該是Rd a,b,c，這三個(gè)變量傳進(jìn)來之后不再改變，讀一次就行
Function Initial Interval(II)：兩輪函數(shù)的執(zhí)行間隔，這里應(yīng)該放在Rd之前，函數(shù)放在一個(gè)循環(huán)內(nèi)時(shí)：1.如果函數(shù)執(zhí)行結(jié)束到下一輪該函數(shù)執(zhí)行之間有操作的話，這一時(shí)間會(huì)增加2.如果對(duì)循環(huán)和函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，函數(shù)可能并發(fā)執(zhí)行（多個(gè)函數(shù)實(shí)例，間隔為0）、流水線執(zhí)行（間隔減小）

For循環(huán)最常見也是最常用的優(yōu)化就是PIPELINE，可以右鍵Directive中循環(huán)的標(biāo)簽進(jìn)行添加（所有循環(huán)都應(yīng)添加標(biāo)簽，便于進(jìn)行優(yōu)化和DEBUG），也可以在循環(huán)的左大括號(hào)下一行添加#pragma HLS PIPELINE：

loop:for (int i = 0; i < N; i++){
#pragma HLS PIPELINE/* 函數(shù)體 */}

添加PIPELINE后，第一節(jié)提到的Loop Iteration Interval (Loop II)循環(huán)迭代間隔就變?yōu)榱?，因?yàn)?次循環(huán)間沒有數(shù)據(jù)依賴，所以間隔為一個(gè)cycle，循環(huán)耗時(shí)從9減少到5：

UNROLL會(huì)將循環(huán)全部展開，如循環(huán)次數(shù)為3，則將原本1組電路進(jìn)行3次運(yùn)算更改為3組電路分別進(jìn)行1次計(jì)算，通過消耗N倍資源換取N倍效率，其添加方法與PIPELINE相同：

#pragma HLS UNROLL

有時(shí)，循環(huán)的次數(shù)實(shí)在過多，全部展開會(huì)用光板子的資源，那么我們可以將其部分展開，使用UNROLL的參數(shù)factor進(jìn)行配置，如factor=3時(shí)，會(huì)將循環(huán)展開為3組電路，消耗3倍資源換取3倍效率：

// factor為復(fù)制份數(shù)（消耗資源倍數(shù)）
#pragma HLS UNROLL factor=3

我們之前提到過，將C++原本的數(shù)據(jù)類型換為HLS的任意精度數(shù)據(jù)類型可以增加資源利用率，那么我們復(fù)制了這么多循環(huán)，for()中i的類型是否要考慮更換呢？事實(shí)上，vitis會(huì)考慮i的最大值，也就是N，來對(duì)其實(shí)際占用的空間進(jìn)行資源優(yōu)化，int i = 0;和ap_int<4> i = 0;實(shí)際沒有區(qū)別，如果i<N的N是變量，那么N的數(shù)據(jù)類型是很重要的，這一點(diǎn)在以后會(huì)講到。

考慮如下圖中的情況，add循環(huán)和sub循環(huán)都用到了a[i]和b[i]，并且循環(huán)上限都為N，從硬件設(shè)計(jì)的角度上講，這兩個(gè)循環(huán)完全可以合并，如右圖中的邏輯：

在這里我們引入loop region的概念，它實(shí)際上就是對(duì)一段大括號(hào)括起的代碼塊聲明的標(biāo)簽，在這里用作LOOP_MERGE的作用域。

然后我們對(duì)loop region添加LOOP_MERGE約束，與for添加約束的邏輯相同，通過圖形界面Directive右鍵添加，或者在代碼塊第一行編寫#pragma HLS LOOP_MERGE，就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)循環(huán)的并發(fā)執(zhí)行：

void func(data_t a[N], data_t b[N], data_t c[N], data_t d[N])
{int i;loop_region:{
#pragma HLS LOOP_MERGEadd:for (i = 0; i < N; i++){c[i] = a[i] + b[i];}sub:for (i = 0; i < N; i++){d[i] = a[i] - b[i];}}
}

這樣不僅能提高效率，并且在代碼編寫的過程中可以更好的區(qū)分邏輯，讓代碼有更好的可讀性和可維護(hù)性。

如果兩個(gè)循環(huán)的邊界不同，如下圖：

合并時(shí)將根據(jù)更大的循環(huán)決定循環(huán)次數(shù)，這沒有問題，較少的那個(gè)循環(huán)之后就不會(huì)獲取這個(gè)循環(huán)模塊的sub輸出了。

需要注意的是，如果兩個(gè)（或多個(gè)）循環(huán)的循環(huán)上限有常量也有變量，那么LOOP_MERGE會(huì)報(bào)錯(cuò)：

而如果循環(huán)上限有2個(gè)及以上的變量，那么即便變量的范圍相同，LOOP_MERGE也會(huì)報(bào)錯(cuò)：

如何避免這樣的問題？如果編程者可以通過設(shè)計(jì)，預(yù)先確定多個(gè)變量中哪個(gè)變量最小，那么就可以LOOP_MERGE最小變量次數(shù)的循環(huán)，然后在loop region外執(zhí)行剩余的循環(huán)，如下是能確定K<=J的情況：

下一篇筆記將對(duì)For循環(huán)的DATAFLOW、嵌套和其他優(yōu)化進(jìn)行介紹。