卷积函数的FPGA实现-------WBRAM的重新实现

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卷积函数的FPGA实现-------WBRAM的重新实现

背景：实测IPcore在FPGA上运行时，错误语句集中于get_9_weights_to_buffer之中，极有可能是WBRAM尺寸的设定出现了问题。
, p- Z5 _8 b4 ]! c% W
目的：找出WBRAM尺寸设定的问题，更改代码。
" i" D% u: H9 Y) B: y
目录

  }+ T' f3 q; E3 [( s+ V0 C
一、zynqNet的WBRAM的实现
: A) ?# J) |  A

1 O& e9 z+ W0 h0 N0 w9 J       1.1 zynqNet的WBRAM实现方法

; o' K7 q/ i; [7 r4 P       1.2 BRAM 32k的尺寸
8 i; h, I7 W' a% J+ A

二、卷积IPcore的尺寸的推断

; A3 Y/ E, I7 H6 {' y       2.1 已有资源


       2.2 总的网络占用

' b$ ?' E. b3 v- W2 U
       2.3 已有BRAM的实验
# N* d* R) T1 e0 g% V
+ C1 X: h' ]" c% C
三、更改方法
% S: [, a7 \' O, N/ C

  l2 q7 K' p% s1 K- O# Y% j       3.1 尺寸的确定
* q: C0 @: ~& o4 `! G

       3.2 WBRAM尺寸的确定


; F- b/ K9 F: Q: O       3.3 当前WBRAM的地址
% ^4 N5 `, Y7 Y) f- b
: Y* k7 V+ I6 Z7 b- _9 }/ y
       3.4 程序之中的更改
1 z# ?3 R  J' [8 ]6 ?# ]' B" X
% h: o5 ^" p2 I2 s  M9 w1 N
& V; H. ?' Y0 T9 c1 J7 A/ \       3.5 synthesis报告及验证

6 d* ?8 R8 e, `: ?2 F3 T


% K+ \4 i6 g+ R8 P

一、zynqNet的WBRAM的实现
. G/ o- }$ j. D' x6 t+ f
1.1 zynqNet的WBRAM实现方法
! s. q' M" U& M& r3 ?6 _
+ o3 K( \. q" G' `% {' {4 E# twegiht_cache.cpp与hpp之中，可能7045的BRAM为BRAM 32k，而我们7035的BRAM为BRAM 18k
) V0 I; o: p% _( H
其源码尺寸实现为四个维度

2 q6 N' q' P. i& R" @-------------------------------------------

data_t WeightsCache::WBRAM[N_PE][NUM_BRAMS_PER_PE][BLOCK_SIZE][9];

// Depth of single BRAM36 in (1K x 32b) configuration
- L! s7 L7 U# _% o- l
const int BLOCK_SIZE = 1024;
+ T$ e3 }9 C0 o/ D$ Y$ Z
9 q' ~  P" m; N2 X) b// Number of BRAM36 needed per PE

const int NUM_BRAMS_PER_PE =

    (CEIL_DIV(((MAX_WEIGHTS_PER_LAYER) / 8), BLOCK_SIZE) / N_PE);
+ H, f5 G3 `: F6 I$ t

+ y- ~' K3 ?6 d1 b: J& s! v-------------------------------------------
. b0 J$ ?: z7 U6 s
MAX_WEIGHTS_PER_LAYER为最大的层的weight的bit数目，除以8得到byte数目。

然后除以PE的个数，和block_size的个数即为NUM_BRAMS_PER_PE的个数。
7 a* W* e4 x" ?# s; `$ F, `% \
+ A, F' J, E6 O  f1.2 BRAM 32k的尺寸

为32k个bit，即32*1024个bit，所以有32kb，即4kB

1 H, L, F) v4 m每个浮点数为4byte，即32bit，所以每个BRAM刚好能存1024个浮点数

5 A* R0 g, N& R6 }3 d由此推算，BRAM 18k能存 512个浮点数。

即 0.5k*32bit=16kb<18kb


二、卷积IPcore的尺寸的推断

2.1 已有资源
8 W. O& q9 s/ F4 L; ]
BRAM具体尺寸应该查数据手册，但是我们根据目前已有的项目情况和实验推出

. I9 a4 z0 a' u6 ~% FBRAM 32k即 32kbit，能存1024个浮点数，

5 D+ T/ Q& {. |; f) t' rBRAM 18k即18k bit，能存512个浮点数。

2.2 总的网络占用

我们打出过MTCNN网络最大需要卷积的尺寸。

3*3滤波器的个数最多为16384，即Onet最后一层128*128*3*3的尺寸。128*128=16384
: @) j- I4 n  l* E, Q+ z
在此尺寸之下，设为8PE并行，则每个PE上需要2048个filter，BRAM 18k显然存不下。

2.3 已有BRAM的实验
/ O% |5 C% \: r- I& c  H
9 r( R, \9 M* p% QOBRAM设为8个并行，每个BRAM的大小为 MAX_CO /N_PE，OBRAM的最大的输出通道设置为512，每个PE上所存的浮点数为 512/8= 64个。
; }* B6 w$ l1 @( \! }/ b
+ E* w) j. f8 r6 m4 c  q下表中这样理解，为了更好的并行，每个OBRAM在PE上实现为2个BRAM 18k，每个PE上存64个浮点数，则每个BRAM上面32个浮点数，即每两个BRAM 18k在一个PE上，有64个浮点数（words），每个浮点数（word）占用32bit（4byte*8bit）
) S  t2 T$ U- e

1 ]0 {# v! `; R; t2 Z& ?8 V
关于IBRAM，最初的程序之中最大为3904，现在为8704。（3904的实现，HLS用了8个BRAM来实现）每个BRAM上488个浮点数字。这里，word就被当作了字节。

2 t4 B* ^) L+ \* {2 i但是对于WBRAM而言，报告里面生成了64*2个WBRAM 18k.，每两个WBRAM存有了1024个浮点数。
0 S/ Z7 |+ m0 [9 O: H4 N; z
; {6 R$ N$ _: u$ J: x! N& {( V64*1024=65536个浮点数，与预想的权重浮点数 8PE*1024per_PE*9=73728相比少了。WBRAM的内存溢出。
1 q6 l9 J, _7 Z" j7 i" v5 X3 V7 D
三、更改方法
4 G6 W( T& z" ?% i6 @  t: M/ R
  T" W& y6 Q- f9 v3.1 尺寸的确定
- B( k1 k: C# B( d( q
我们需要确定最终需要的尺寸的大小，
. r# [, B. S) j) U" F
$ |% ~4 ]; f5 J# c- E-------------------------------------------

3 a/ y- R0 f1 E4 r5 b" z4 s

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