极客对Xilinx Vivado HLS工具使用经验和心得

众所周知 Hackaday.com 网站上聚集着众多极客（Geeker），他们打破传统，标新立异，敢于尝试新的东西，今天这篇文章搜集了这些极客对Xilinx Vivado HLS工具使用经验和心得。

Xilinx Vivado HLS是一个高级综合工具，能够将 C 语言转换成硬件描述语言（HDL）,也就是说我们可以用 C 语言来实现 HDL 模块编程了。

图1 Vivado HLS工作流程

第一位 Hacker是来自新西兰的 Mike Field，他是一个硬件Hacker，还建立了自己的网站（ www.hamsterworks.com ），他详细总结了Vivado HLS的使用步骤，他认为这个很有趣，值得每个人去尝试，Vivado HLS是一个IDE开发环境，开发人员编写C工程代码，测试代码，然后利用HLS转换为HDL硬件语言逻辑。

图2 Xilinx赠送给Mike Field的MicroZed开发套件

Tips技巧    作者总结如下：

1. HLS工具会将C语言代码转换成伪机器代码，都可以用FPGA逻辑（乘，加，递增等）来实现。

2. 循环操作代码分析，主要是根据语法。不能够被充分执行的循环会导致吞吐量的瓶颈，如果一个复杂的乘运算要花费30个周期，并且你要执行256次那么延迟时间就会介于30和7680周期之间。然而如果你使用原语指令（#pragma HLS_PIPELINE）将其展开256次，那么实现方式就会变成7680级流水线，每个循环还可以接受新的数据。

3. 函数调用可能会引起分离的逻辑实例，支持子函数的创建，也可能引起一系列仲裁接口用于访问单个函数逻辑实例。

4. 对于这些伪机器代码如何连接会生成一个计划时间表，并且会充分考虑到期望的性能约束条件（时钟速度等）。

5. 然后代码生成器会将伪机器代码映射为HDL逻辑逻辑代码（Verilog或VHDL），使用简单的流水线接口来处理参数和和、返回值。其实你还可以添加其它语法或者数据类型来构造AXI协议接口的模块。

6. 最后你就可以将转换后的代码或者IP核添加到传统的HDL工程中。

看起来很简单，其实最重要的是最后我们要进行代码优化，排除bug。我们可以定制很多数据类型（n位的整数，或者固定精度的整数等），灵活的使用这些数据类型，可以帮助我们精简逻辑代码，提升系统设计性能。

第二位 Hacker是 Darren，他直接录制了一个说明视频。介绍了如何利用Vivado HLS生成FIR滤波算法的HDL代码，并将代码添加到ISE工程中，经过综合实现布局布线等操作后生成FPGA配置文件，下载到FPGA开发板中，Darren采用的目标板卡是Spartan-3 FPGA。

图3 基于Vivado HLS生成FIR滤波算法