Veriloggen: Pythonによるハードウェアメタプログラミング（第3回 高位合成友の会 ＠ドワンゴ）
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Veriloggen: Pythonによるハードウェアメタプログラミング（第3回 高位合成友の会 ＠ドワンゴ）（2015年12月8日）
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Veriloggen: Pythonによるハードウェアメタプログラミング（第3回 高位合成友の会 ＠ドワンゴ）
- 1. Veriloggen: Pythonによる ハードウェアメタプログラミング 高前田 伸也 奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 E-mail: shinya_at_is_naist_jp 2015年12月8日 第3回 高位合成友の会 @ドワンゴ
- 2. PyCoRAM：Python-VerilogハイブリッドHLS 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 2 データパス 制御 Memory/Stream DMAコントローラ Channel/ Register IOChannel/ IORegister Computing Logic Modeled in Verilog HDL Control Thread Modeled in Python
- 3. Veriloggen 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 3 実行 Verilog HDLPython PythonでVerilog HDLを 組み立てるライブラリ n Pythonで書いた動作を HDLに変換する 高位合成ではない n Pythonのオブジェクト としてVerilogの信号や 代入を組み上げていく
- 4. GitHub/PyPiからダウンロード・インストール n ついさっきバージョン0.5.3をリリースしました！ n GitHub: https://github.com/PyHDI/veriloggen n PyPI (pip): https://pypi.python.org/pypi/veriloggen 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 4 $ pip install veriloggen� $ git clone https://github.com/PyHDI/veriloggen.git�
- 5. RTL representation using Verilog HDL 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 5 count (32-bit) + Truncate inv 32 32 32 8 8 LED top 32 1Combinational Circuit Sequential Circuit Combinational Circuit Blinking LED (LEDチカチカ)
- 6. ハードウェア記述言語 HDL (Hardware Description Language) n ハードウェア設計のためのDSL l ソフトウェアプログラミング言語との違い • （多くの）プログラミング言語は逐次動作の記述のためのもの • HDLは単位時刻毎の並列の振る舞いを記述するためのも n Verilog HDL/VHDLの問題点 l すべてをレジスタ転送レベルで書かなければならないため大変 l 抽象度・再利用性が低い n Verilog HDL/VHDLに変わる新しいHDL l Bluespec: System Verilog + Haskell風味 l Chisel: Scalaベースのハードウェア設計DSL l MyHDL: PythonベースHDL l Synthesijer.Scala: ScalaでHDLを生成 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 6
- 7. 好きな言語でハードウェア開発したい n ハードウェア設計は言語・ツールの選択肢が少ない l ソフトウェア開発は用途と好みに応じて言語を選べる • C, C++, C#, Java, Python, Ruby, Perl, JavaScrit, Scala, Go, Haskell l ハードウェア開発は？→選択肢が少ない • RTL: Verilog HDL, VHDL • 高級HDL: Chisel (Scala DSL), PyMTL (Python DSL), Veriloggen • 高位合成: C, C++, OpenCL, Java (Synthesijer), Python (PyCoRAM) n 「好きな道具」で「好きなもの」を作る世界 • 高位設計 ≠ C設計（Cベースが現状一番良いのは認める） • でもRubyで書きたい！Goで書きたい！Pythonで書きたい！ – 発表者はPythonで書きたいのでこれからもいろいろやってみます – でも他の言語も検討中です 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 7
- 8. Veriloggen 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 8 実行 Verilog HDLPython PythonでVerilog HDLを 組み立てるライブラリ n Pythonで書いた動作を HDLに変換する 高位合成ではない n Pythonのオブジェクト としてVerilogの信号や 代入を組み上げていく n 当該オブジェクトの to_verilog() を呼ぶと Verilogのソースコード のテキストに変換
- 9. 例）たくさんLEDを追加してみる 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 9 実行
- 10. モジュール (Module) n 空のモジュールを作る: Moduleオブジェクトを作成する l 引数はモジュール名 n Moduleオブジェクトのto_verilog()メソッドを呼び出すと 文字列形式でソースコードが取得できる 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 10
- 11. 信号 (Input, Output, Wire, Reg) n Moduleオブジェクトの信号メソッドを呼び出すと 信号がモジュールに追加される l 引数は信号名，幅，初期値（Reg, Integerのみ） 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 11
- 12. 代入 (Assign, Always) n Moduleオブジェクトの Assign, Alwaysメソッドを使う l 代入は信号オブジェクトの 呼び出しで表現: count(value) n Alwaysメソッド l センシティビティリストが取れる l Always文中での代入は ノンブロッキング l 複数の文を書ける (begin – end) n Assignメソッド l 代入されたオブジェクトを渡す 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 12
- 13. 代入 (Assign, Always) n Moduleオブジェクトの Assign, Alwaysメソッドを使う l 代入は信号オブジェクトの 呼び出しで表現: count(value) n Alwaysメソッド l センシティビティリストが取れる l Always文中での代入は ノンブロッキング l 複数の文を書ける (begin – end) n Assignメソッド l 代入されたオブジェクトを渡す 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 13
- 14. 制御 (If, For, While) n 制御オブジェクトを作る l Ifオブジェクトの ElseメソッドでElse文が書ける l For, While, Generateなどもある n 制御オブジェクトもただの Pythonのオブジェクト l 定義の使い回しができる 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 14
- 15. サブモジュール (Instance) n ModuleオブジェクトのInstanceメソッドで追加する l サブモジュール定義(sub)，インスタンス名('uut')， パラメータマップ(param_args (リスト・タプル形式))， ポートマップ(port_args (リスト・タプル形式)) l copy_params/ports/sim_ports()や connect_params/ports()などの便利メソッド 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 15
- 16. コード生成 (to_verilog) n Moduleオブジェクトのto_verilog()メソッドを呼び出すと 文字列形式でソースコードが取得できる n Verilog HDLのソースコード解析・生成ツールキット Pyverilogを利用 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 16
- 17. 既存のVerilog HDLソースコードの取り込み n read_verilog_module(), read_verilog_module_str()で 既存のソースコードをModuleオブジェクトに変換できる l 辞書形式で一覧を返すので名前をキーにModuleが取得できる n 変換後は通常の Moduleオブジェクト と同じように扱える l Module名の変更， 変数や代入を追加， など l もちろんVerilogの ソースコードへの 変換もできる 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 17
- 18. Veriloggen拡張ライブラリ n Veriloggenの基本機能はVerilog HDLと同等の記述能力 l 抽象度はほとんど変わらないが，Pythonの言語機能を利用して Verilog HDLのソースコードを組み立てることができる n より高い抽象度で設計するには？ →Veriloggenの基本機能をラップしたライブラリ l Seq: 順序回路 l FSM: 状態遷移マシン l Pipeline: パイプライン回路のデータフロー型設計 l Simulation: シミュレーション支援 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 18
- 19. Seq: 順序回路 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 19 Seqオブジェクト 生成 (count==interval-1)だったら led <= led + 1
- 20. 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 20
- 21. 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 21 FSM: 状態遷移 マシン FSM オブジェクト 生成 現在のFSM ラベル取得 次に進む 条件付きで 次に進む 現在の FSMでの 処理を追加 from/toを 指定して 状態遷移 toを 指定して 状態遷移
- 22. Pipeline: パイプライン回路のデータフロー設計 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 22 入力 Pipeline オブジェクト 生成 演算 出力
- 23. Pipeline: パイプライン回路のデータフロー設計 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 23 データフローグラフが出力できます
- 24. Simulation: シミュレーション支援 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 24 モジュール生成 パラメータ宣言を コピーする ポート宣言を コピーする 同じ名前の ポート・パラ メータを接続 クロックを作ったり リセットを作ったり 波形生成
- 25. Simulation: シミュレーション支援 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 25 テスト対象の モジュール生成 シミュレータ オブジェクト生成 シミュレータ起動 波形シミュレータ起動
- 26. Simulation: シミュレーション支援 n GTKwaveで波形を観測できる 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 26
- 27. まとめ n PythonでVerilog HDLを組み立てるライブラリ l PythonのオブジェクトとしてVerilogの信号や代入を組み上げる n オープンソースで開発中 l GitHub: https://github.com/PyHDI/veriloggen l PyPI (pip): https://pypi.python.org/pypi/veriloggen 2015-12-08-HLS Shinya T-Y, NAIST 27 $ pip install veriloggen� $ git clone https://github.com/PyHDI/veriloggen.git�