完整word版学习VivadoHLS第5章例程中文版.docx

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完整word版学习VivadoHLS第5章例程中文版

学习Vivado第5章lab1——任意精度类型

概述

C/C++提供的数据类型被固定为8位边界

•char（8-bit）

•short（16-bit）

•in（32-bit）

•longlong（64-bit）

•float（32-bit）

•double（64-bit）

•精确宽度的整数类型，如int16_t（16位）和int32_t（32位）

当创建硬件时，经常在一些例子中要求更高精度的位宽。

例如，一个输入为12位的滤波器，累积的结果最大范围只要求27位，用标准C数据类型的硬件设计会导致不必要的硬件成本。

比精确类型要求更多LUT和寄存器的操作延迟甚至超过时钟周期，因此需要更多的周期来计算结果

Vivado高层次综合（HLS）提供了许多位准确或任意精度的数据类型，可以让你模拟使用任何（任意）宽度的变量。

本教程由两个实验练习组成：

•Lab1–综合使用浮点类型的设计和查看结果。

本设计采用标准C++浮点类型。

•Lab2–综合在lab1中使用同样的功能但使用任意精度合适类型，突出在精度和结果的优点。

这次演习显示了同样的设计如何可以转换到VivadoHLSap_fixed类型，保留所要求的精度，但创造一个更优化的硬件实现。

教程设计描述

从xilinx网站下载教程设计文件，在教程设计中查看信息。

教程所用的设计文件在教程目录vivado_HLS_Tutorial\Arbitary\Precision

任意精度：

Lab1

任意精度Lab1：

查看采用的标准C/C++类型设计

在这个lab中，您用标准的C类型综合设计，您用此设计作为一个参考，为lab2使用任意精度类型的设计的参考。

重要：

在教程中的图片和命令假设教程数据路径vivado_HLS_Tutorial被解压放置在c:

\vivado_HLS_Tutorial中。

如果教程数据目录解压缩到不同的位置，或者在Linux系统上，调整一些路径名引用到的位置您选择放置Vivado_HLS_Tutorial目录。

步骤1：

创建并打开工程

1.打开VivadoHLS命令提示符

a.在windows系统中，采用Start>AllPrograms>XilinxDesignTools>Vivado2014.2>VivadoHLS>VivadoHLS2014.2CommandPrompt，如下图

b.在linux系统下，打开新的shell,

2.用命令提示符窗口，如92，改变lab1C验证的路径

3.执行TCL并建立vivadoHLSProject,采用的是vivado_hls–frun_hls.tcl如图92所示

4.当vivadoHLS完成，在用户界面里打开工程。

用vivado_hls–phamming_window_prj命令打开，如图93

步骤2：

查看测试平台并运行C仿真

1．在资源管理器中打开Sourcefoleder，并双击window_fn_top.cpp打开代码如图94

、

2．按住ctrl键，并点击window_fn_top.h在45行，来打开头文件

3．向下滚动，展示类型定义如图95

这个设计采用标准的C/C++浮点类型对所有数据进行操作。

Vivado高层次综合能综合浮点类型直接转化成硬件，提供的操作是标准的数学操作（+、-、*、%、etc）.

当用从math.h或cmath.h中调用数学函数时，参考vivadoHLSuserguide（ug902）更多的细节关于数学函数在综合中被支持。

4.在工具栏中点击runCSimulation按钮，打开C仿真对话框。

5.接受默认的设置（没有选项被选择）并点击OK

控制台窗口出现了设计仿真希望的结果

步骤3：

综合设计查看结果

1.在工具栏中点击RunCSynthesis按钮，为了把设计综合成RTL级

当综合完成，综合报告自动打开，图96出现了综合报告

实例中的顶层设计占用大多数资源。

2.把滚轮到报告的底部，展看实例，查看资源估计的细节部分如图97

细节展示了浮点乘法，（fmul），浮点操作花费了大量的资源和时钟。

分析视图（图98）展示了这个操作还用了大部分的时钟周期，（8个状态中的5个需要来执行有循环winfn创建的逻辑）。

在本教程中，关于使用分析视图的更多细节可用。

为了理解这种设计的目的，操作的两个状态，在第一个状态中，花费两个时钟从存储器中读操作，最后一个状态的操作是往存储器中写状态。

3.退出vivadoHLS用户界面，返回命令提示符

学习Vivado第5章lab2——查看用任意精度类型的设计

简介

这个lab练习采用了和lab1同样的设计，但是数据类型现在是任意精度类型。

您首先查看设计，并检查设计结果。

步骤1：

创建并仿真工程

1.在lab1中用命令提示符窗口，变为lab2路径如图99

2.执行TCL并建立vivadoHLSProject,采用的是vivado_hls–frun_hls.tcl如图99所示

3.在用户界面里打开工程。

用vivado_hls–pwindow_fn_prj命令打开，

4.在资源管理器中打开源文件夹，并双击window_fn_top.cpp打开代码，如图100

5.按住ctrl键，并在45行单击window_fn_top.h，打开头文件

6.滚动文件的下方，查看类型定义如图101

头文件，window_fn_top.h仅有这个文件不同于lab1，数据类型已更改为ap_fixed点类型，类似于float和double类型的，他们支持整数和小数位表示。

数据类型在头文件ap_fixed中被定义。

在头文件中的定义定义数据类型的大小：

∙首先规定了总字的长度

∙第二定了整形位数

∙因此小数位的数目是第一项减去第二项

当你修改C代码使用任意精度的类型，而不是标准的C类型，你必须做出最常见的变化之一是降低数据类型的大小。

在这种情况下，你改变使用8位，24位和18位的字，而不是32位浮点类型的设计。

这将导致较小的操作，减小的面积，以及更少的时钟周期来完成。

类似的优化帮助，当你改变较为常见的C类型，如int，short和char。

例如，改变只需要从整形（32位）变为INT18位数据类型，确保只用一个单一的DSP48需要执行任何乘法。

在这两种情况下，必须确认该设计仍执行正确的操作，并且它也具有所要求的精度。

设置有Vivado高级综合的任意精度类型的好处是可以模拟的更新的C代码，以确认其功能和精确度。

7.在资源管理器中打开测试平台文件夹，并双击

8.滚到文件下方，查看如图102

为了这个设计的测试平台包括代码用了检查结果的精度。

预期的结果是使用浮点类型仍然产生。

结果检查验证的结果是准确的指定范围之内（在这种情况下，内0.001的预期结果）。

这使得更新后的设计可以快速，高效地使用C进行验证，以快速编译和运行时间。

9.在工具栏中点击RunCSimulation按钮，打开C仿真对话框

10.接受默认设置（没有选项的选择）并点击OK

控制台窗口展示了C仿真的结果，用更新数据类型，其结果与期望的结果不再相同，但是它们是在误差范围内。

步骤2:

综合设计并查看结果

1.在工具栏里点击RunCSynthesis按钮，把设计综合成RTL。

当综合完成，综合报告自动打开，如图104所示综合报告

注意通过使用任意精度类型，你可以减少延迟和资源使用（25%和60%），和在RTL硬件中的操作是不大于必要了。

2.向下滚动到接口总结报告图105

图105展示了数据端口现在是8位和24位

3.退出VIVADOHLS用户界面，返回命令提示符

总结

在这个教程中，您学习到：

•如何更新现有的标准C类型为Vivado高层次综合任意精度的类型。

•在硬件性能和使用位精确的数据类型的面积计算的优势。