Vitis HLS 学习笔记--Vitis Accelerated Libraries介绍

目录

1. 简介

2. 库的文件结构 

3. 分类介绍

3.1 blas

3.2 codec

3.3 data_analytics

3.4 data_compression

3.5 data_mover

3.6 database

3.7 dsp

3.8 graph

3.9 hpc

3.10 motor_control

3.11 quantitative_finance

3.12 security

3.13 solver

3.14 utils

3.15 vision

4. 总结

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1. 简介

Vitis Accelerated Libraries，包含很多现成的库，这些库都是开源的，也就是说代码是公开的，而且已经优化过，可以让程序运行得更快。你不需要改变太多你的代码，就能让你的程序速度提升。

这些库有很多种，比如用于解算数学问题的、做基础数学运算的、处理稀疏矩阵的、数字信号处理的，还有一些其他的工具。这些都是很基础的功能，但是可以用在很多不同的程序上。

还有一些特别的库，它们是为了特定的领域设计的，比如处理图像、金融计算、高性能计算、图形处理、数据库管理、数据分析、数据压缩等等。这些库可以让这些特定领域的程序直接加速。

Vitis的库中还包括了一些特别为Versal™设备中的AI引擎优化过的功能，比如数字信号处理、矩阵运算等等。这意味着这些功能在Versal设备上会运行得特别快。

2. 库的文件结构 

通常，Vitis 库包含三个级别 (L1/L2/L3) 的函数：

L1 Primitives

• 设计内核的基本算法函数（HLS函数）
• 可自定义或与其他基本函数和内核结合使用
• 需要使用Vitis工具进行构建和编译

L2 Kernels

• 性能优化的内核，带有必需的接口和编译指令
• 如有需要，可进行自定义，并使用Vitis工具构建加速器镜像
• 通过与Xilinx运行时库（XRT）的集成管理初始化和数据传输

L3 Software APIs

• 主机应用中可直接调用的高级软件API
• 这些API调用预构建的FPGA镜像（适用于特定平台）
• 用户可以自定义并重新构建

3. 分类介绍

3.1 blas

Basic Linear Algebra Subroutines，基本线性代数子程序。

3.2 codec

编解码库，用于加速图像编码、解码和相关处理算法。

3.3 data_analytics

数据挖掘：分类、聚类、回归。

文本处理：非结构化信息的提取和转换。

地理空间：空间分析和空间数据挖掘。

3.4 data_compression

硬件加速压缩算法。

3.5 data_mover

在PL和DDR之间高效率传输数据。

3.6 database

SQL引擎开发，使用FPGA卡来加速查询执行。

3.7 dsp

DDS、FFT、FIRs、矩阵乘法（GeMM）和Widgets。

3.8 graph

图形库，包括相似性分析、分类、中心性分析、寻路、连通性分析、社区检测、搜索、图形格式。

3.9 hpc

高性能计算库，多层感知器（MLP）、二维反时间迁移（RTM）、三维RTM、共轭梯度求解器（CG）。

3.10 motor_control

FOC：Field-Orientated Control，场向控制。

SVPWM_DUTY / PWM_GEN：Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制(SVPWM)。

QEI：Quadrature Encoder Interface，四象限编码器接口。

3.11 quantitative_finance

L1：统计函数、数值方法和线性代数函数，支持实际用户实现高级建模，

L2：评估常见的金融衍生产品，如股权产品、利率产品、外汇(FX)产品和信贷产品。

3.12 security

安全算法：对称块密码，对称流密码，非对称加密，密码操作模式，消息认证码和哈希函数。

3.13 solver

矩阵分解操作，线性求解器和特征值求解器。

3.14 utils

实用库，高效地访问DDR、HBM或URAM中的内存执行数据分发、收集、重新排序、插入和丢弃。

3.15 vision

OpenCV视觉库

4. 总结

Vitis加速库为FPGA开发者提供了一系列优化的开源库，涵盖了从基础数学运算到专业领域应用的广泛功能。这些库分为三个层级：L1原语提供设计内核的基础算法，L2内核为性能优化的内核，而L3软件API则提供高级软件接口。特别地，对于Versal™ AI引擎，库中包含了专门优化的功能，以实现极致的运行效率。无论是在数据分析、图像处理、金融计算还是安全算法等领域，Vitis库都能显著提升程序的性能，简化开发流程，使得FPGA的强大计算能力更加易于访问和利用。这些库不仅支持广泛的应用场景，还能够根据用户需求进行定制和扩展，极大地推动了硬件加速的创新和应用。