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S04-CH02 HLS设计流程shift_led实验

摘要: 如同软件开发都是从“Hello Wrold！”进入编程的大门一样，这一章我们就通过HLS封装一个移位流水灯的程序熟悉HLS的开发流程，包括工程的创建，仿真，综合，封装，以及在硬件平台上的实现。通过本章，大家需要掌握HLS ...

软件版本：VIVADO2017.4

操作系统：WIN10 64bit

硬件平台：适用米联客 ZYNQ系列开发板

米联客(MSXBO)论坛：www.osrc.cn答疑解惑专栏开通，欢迎大家给我提问！！

2.1 概述

      如同软件开发都是从“Hello Wrold！”进入编程的大门一样，这一章我们就通过HLS封装一个移位流水灯的程序熟悉HLS的开发流程，包括工程的创建，仿真，综合，封装，以及在硬件平台上的实现。通过本章，大家需要掌握HLS的基本开发流程，为下面的课程打下基础。

2.2工程创建、仿真及优化

2.2.1 工程创建

Step1:打开Vivado HLS开发工具，单击Creat New Project创建一个新工程，设置好工程路径和工程名，一直点击Next按照默认设置。

Step2：出现如下图所示界面，时钟周期Clock Period按照默认10ns，Uncertaintly和Solution Name均按照默认设置，点击红色圆圈部分选择芯片类型，然后点击OK。

MZ7XA-7020、MZXB开发板型号选择设置

MZ7XA -7010、MZ7XA -MINI7010开发板型号选择设置

Step3：点击Finish，出现如下界面：

Step4：右单击Source，选择New file,添加一个设计源文件。

Step5：输入文件名和选择保存的路径，然后单击保存。

Step6：双击刚才添加的文件，添加如下程序。

#include "shift_led.h"

 

void shift_led(led_t *led_o,led_t led_i)

{

led_t tmp_led;

cnt32_t i;//for循环的延时变量

tmp_led = led_i;

for(i = 0;i < MAX_CNT;i++)

{

if(i==SHIFT_FLAG)

{

tmp_led = ((tmp_led>>3)&0x1) + ((tmp_led<<1)&0xE);//左移

*led_o = tmp_led;

}

}

}

Step7：按照同样的方法添加一个shift_led.h文件，添加下面的程序。

#ifndef _SHIFT_LED_H_

#define _SHIFT_LED_H_

//加入设置int自定义位宽的头文件

#include "ap_int.h"

 

//设置灯半秒动一次，开发板时钟频率是100M

//#define MAX_CNT 1000/2  //仅用于仿真，不然时间较长

#define MAX_CNT 100000000/2

#define SHIFT_FLAG  MAX_CNT-2

 

typedef int led_t;

typedef int cnt32_t;//计数器

//typedef ap_fixed<4,4> led_t; //第一个4代表总位宽，第二个4代表整数部分的位宽是4，则小数部分位宽＝4-4=0

//typedef ap_fixed<32,32> cnt32_t;

void shift_led(led_t *led_o,led_t led_i);

#endif

Step8：单击Test Bench，添加一个名为Test_shift_led.cpp的测试文件，并添加如下程序。

#include "shift_led.h"

#include <stdio.h>

 

using namespace std;

 

int main()

{

led_t led_o;

led_t led_i = 0xE;// 1110

const int SHIFT_TIME = 4;

int i;

for(i = 0;i < SHIFT_TIME;i++)

{

shift_led(&led_o,led_i);

led_i = led_o;

char string[25];

itoa((unsigned int)led_o&0xF,string,2);//&oxF是为了取led_o的4位，转化为二进制数出

if(i == 2)

fprintf(stdout,"shift_out= 0%s\n",string);//数据对齐，高位补零

else

fprintf(stdout,"shift_out= %s\n",string);

}

}

2.2.2 代码综合

Step1:点击Project -> Project Settings 出现下图，在Synthesis界面下选择综合的顶层函数名。

Step2：单击Browse指定工程的顶层文件，最后单击OK完成修改。

FF和LUT使用情况

Step4：我们单击方框选中的地方点击选择打开分析报告

Step5：在下图所示1的地方点击出现2所示的shift_led，点击展开后可以看到LED输入和输出位宽均为32位，我们板载是4个LED，那么该怎么去进行优化得到我们想要的结果呢？

2.2.3 代码优化

点击Synthesis切换到工作空间主界面。

        在shift_led.h文件中我们包含一个设置int自定义位宽的头文件"ap_int.h"，我们使用ap_fixed()函数自定义int型的bit数，其函数原型为：

class ap_fixed: public ap_fixed_base<_AP_W, _AP_I, true, _AP_Q, _AP_O, _AP_N>，那么这个函数怎么使用呢？它的定义如下：

        ap_fixed<M,N>,第一个M代表数据总位宽，N代表数据整数部分的位宽，那么小数部分的位宽即M – N；在下面的代码中，将

typedef int led_t;

typedef int cnt32_t;

替换成

typedef ap_fixed<4,4> led_t;

typedef ap_fixed<32,32> cnt32_t;

即可实现对端口数据位宽的约束。

      另外我们再进行端口约束。约束方法如下，双击打开shift_led.cpp，在需综合的shift_led.cpp文件中的Directive目录下的led_o上右键选择Insert Directive。

       因为led_o是接口，所以Directive我们选择为INTERFACE,Destination选择为Source File，那么有的会问了，这两个有什么区别吗？区别就是Source File是针对所有的Solution采用同一个优化手段，而Directive File是对当前的Solution有效，mode(optional)我们选为ap_ovld，即输出使能。

对led_i进行同样的约束，mode(optional)我们选为ap_vld。

添加后，查看shift_led.cpp，会发现多了两行代码

最终效果如下，我们再次综合，对比下进行约束以后的资源利用情况

对比发现，经过优化以后，资源利用率降低，这为以后我们对资源进行优化提供了一个参考思路。

2.2.4 仿真实现

       仿真分为C代码仿真和C/RTL 联合仿真。其中C/RTL 联合仿真可以使用Vivado自带的仿真软件仿真，也可以使用第三方仿真软件Modelsim进行联合仿真。

2.2.4.1 C代码仿真

 

出现如下对话框，选项包括：

Lauch Debugger :编译C代码，自动打开调试窗口。

Build Only:C代码编译，但是模拟器不允许。

Clean Build：在编译代码之前从项目中删除任何现有的可执行文件和目标文件。

Optimized Compile：默认情况下，设计使用调试信息进行编译，允许在调试透视图中分析编译。此选项在编译设计时使用更高级别的优化工作，但会删除调试器所需的所有信息。 这会增加编译时间，但应减少模拟运行时间。

勾选Optimized Compile，加载编译仿真窗口。

Step2：等待一段时间，仿真结果如下，我们可以看到数据循环左移了一位，达到了我们想要的实验效果。

Step3：加载调试窗口，出现调试界面，可以添加断点观察调试信号数据。


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引用 缘起的风 2021-11-23 11:23
不全？看着看着突然结尾了？

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米联客-老师
本文作者
2019-9-17 09:56
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