一、Xilinx Vitis简介
Xilinx Vitis是一款全新的开发工具套件,它能够自由切换多种编程语言,如C++、OpenCL、Python等,以及支持多种硬件平台,包括Xilinx的FPGA和ACAP (Adaptive Compute Acceleration Platform)。这使得它具备了极高的灵活性,可以灵活的应对不同类型的开发需求,无论是数据中心、云端还是边缘智能应用,都能够得到有效的支持。
Xilinx Vitis集成多种开发工具,包括Vivado、SDSoC和SDAccel,能够覆盖从系统级开发到高层次应用程序开发的全流程,帮助用户快速构建高效的应用。
二、Xilinx Vitis的核心技术
Xilinx Vitis打破了传统的FPGA开发中,硬件描述语言(VHDL/Verilog)与软件开发语言(C/C++)之间的技术壁垒,引入了一种新的编程模型,称之为Xilinx Runtime (XRT),基于OpenCL编写,将FPGA看作协处理器,使得开发者能够直接使用CPU的软件编写方式进行并行程序设计,而无需编写硬件描述语言。在Xilinx Vitis中,用户可以在软件框架内编写并行程序,同时配合硬件部分使用OpenCL CKernel,由Vitis工具自动将其综合到FPGA中运行。这样可以大大降低FPGA应用开发的门槛,提高开发效率。
同时,Xilinx Vitis还采用了一种新的优化技术——SDAccel优化技术,可以为HLS设计提供高效的算法优化,提高了硬件加速器的效率。Xilinx SDNet技术的嵌入,可以加快数据流进程,并提高FPGA硬件解决方案的开发效率。
Xilinx Vitis中还引入了一种新的交互式开发体验,在开发过程中,可以直接在Vitis开发环境中创建和调试应用程序.
三、Xilinx Vitis的软件开发模型
Xilinx Vitis采用了一种新的软件开发模型——层次化软件开发模型 (Hierarchical Software Development Model),与目前的高层次综合(HLS)技术相结合,实现了从整体系统层面进行设计、优化、实现和调试。Xilinx Vitis中的一级模型设计是硬件抽象层面,包括RTL设计和HLS设计;二级模型是C++设计,整合开发了从软件设计到硬件实现的一体化性能计算环境,在应用程序中可以发现HLS语言设计,从而获得性能的提升。
同时,Xilinx Vitis还支持第三方动态代码库(Dynamic Link Libraries)和静态代码库(Static Libraries)的使用,能够实现各种不同的硬件环境下的应用程序需求,提高片上系统的可扩展性。
四、示例代码
#include#include int main() { // 初始化OpenCL环境 cl_platform_id platform; cl_device_id device; cl_context context; cl_command_queue commands; cl_program program; cl_kernel kernel; clGetPlatformIDs(1, &platform, NULL); clGetDeviceIDs(platform, CL_DEVICE_TYPE_ALL, 1, &device, NULL); context = clCreateContext(0, 1, &device, NULL, NULL, NULL); commands = clCreateCommandQueue(context, device, 0, NULL); // 创建和构建OpenCL内核 const char* kernel_source = "#include \n" "__kernel void add(__global int* a, __global int* b, __global int* c) {\n" " int gid = get_global_id(0);\n" " c[gid] = a[gid] + b[gid];\n}" ; program = clCreateProgramWithSource(context, 1, &kernel_source, NULL, NULL); clBuildProgram(program, 0, NULL, NULL, NULL, NULL); kernel = clCreateKernel(program, "add", NULL); // 定义变量 int a[100], b[100], c[100]; // 初始化变量 for (int i = 0; i < 100; i++) { a[i] = i; b[i] = i * 2; } // 设置OpenCL内核参数 cl_mem a_buffer, b_buffer, c_buffer; a_buffer = clCreateBuffer(context, CL_MEM_READ_ONLY | CL_MEM_COPY_HOST_PTR, sizeof(int) * 100, a, NULL); b_buffer = clCreateBuffer(context, CL_MEM_READ_ONLY | CL_MEM_COPY_HOST_PTR, sizeof(int) * 100, b, NULL); c_buffer = clCreateBuffer(context, CL_MEM_WRITE_ONLY, sizeof(int) * 100, NULL, NULL); clSetKernelArg(kernel, 0, sizeof(cl_mem), &a_buffer); clSetKernelArg(kernel, 1, sizeof(cl_mem), &b_buffer); clSetKernelArg(kernel, 2, sizeof(cl_mem), &c_buffer); // 执行OpenCL内核 size_t global_size = 100; clEnqueueNDRangeKernel(commands, kernel, 1, NULL, &global_size, NULL, 0, NULL, NULL); // 读取计算结果 clEnqueueReadBuffer(commands, c_buffer, CL_TRUE, 0, sizeof(int) * 100, c, 0, NULL, NULL); for (int i = 0; i < 100; i++) { std::cout << c[i] << std::endl; } // 释放OpenCL资源 clReleaseMemObject(a_buffer); clReleaseMemObject(b_buffer); clReleaseMemObject(c_buffer); clReleaseKernel(kernel); clReleaseProgram(program); clReleaseCommandQueue(commands); clReleaseContext(context); return 0; }
五、总结
Xilinx Vitis是一款强大的开发工具套件,在FPGA应用开发中起到了至关重要的作用,它破除了传统的FPGA开发模式,通过引入新的编程模型和技术,提高了开发效率和FPGA的性能表现。
本文从多个方面对Xilinx Vitis进行了详细的阐述,从介绍其基础知识到核心技术、软件开发模型以及具体实现。相信本文对那些初次接触Xilinx Vitis的开发者,能够起到较好的参考作用。