1. 前言

课时2我们介绍了Vitis HLS的设计流程，如下图所示：

算法或软件的设计和仿真都基于C/C++，通过HLS平台导出打包好的IP RTL代码，最后将该打包的IP加入到主工程使用。

本课时，我们通过一个具体的实例，演示HLS设计流程。

2. Vitis HLS设计注意事项

• 在VitisHLS中，只有一个函数可以设为顶层综合函数，但不能是main()函数。

• 任何在顶层函数下的子函数都会被综合，并且综合后得到代码的函数层级结构可以保留。

• 有些代码和结构是不可被Vitis HLS综合的，包括动态分配存储空间、与操作系统相关操作等。

3. Vitis HLS设计示例

3.1 Vitis HLS工程建立

（1）新建Vitis HLS工程，如下图所示，工程名为“HLS_StartDemo”；

 

（2）指定要综合的顶层函数名称，此处我们填写待综合的函数名称为“VectorAdd”；

 

（3）可以在建立工程的时候，暂时不添加Testbench文件。

 

（4）创建Solution，同时要指定Solution名称，模块的时钟周期以及FPGA器件型号。

 

（5）添加示例代码，示例工程代码主要包含3个文件：

其中，VectorAdd.h 为头文件；VectorAdd.cpp为源文件；VectorAdd_tb.cpp为Test Bench。该工程代码主要实现的功能是：在一个for循环内，对一个数组做加法。顶层函数如下：

 

测试的Testbench部分截图如下：

 

Testbench里既包含了测试数据，也包含了正确的输出结果用于做仿真比较。

工程文件加完后，工程结构如下图所示：

 

3.2 仿真和综合

（1）对工程进行仿真，在菜单栏中点击“C Simulation”。

 

得到的仿真输出如下，可以看到结果显示“TestPass”。

（2）仿真通过后，对工程进行综合，在菜单栏中点击“C Synthesis”。

打开综合报告，可以看到C代码被综合成RTL代码后，使用的硬件资源评估、性能评估等等。

（3）综合通过后，对工程进行联合仿真，在菜单栏中点击“Co-Simulation”。

可以查看到联合仿真后的仿真报告。报告显示了联合仿真的状态为“Pass”，并附有一些性能评估报告。

（4）联合仿真通过后，我们可以打开波形查看窗口“Open Wave Viewer…”

更加直观的查看仿真结果是什么样子，查看结果时会自动打开Vivadao。

 

其中“Block-level IO Handshake”端口为握手端口信号：

 

以下为输入输出数组或变量端口，端口包含地址总线、使能信号、写使能信号、数据总线等：

 

3.3 创建另一个Solution

（1）创建新Solution

Vitis HLS给用户提供了非常方便创建新Solution的接口。用户可以点击工具栏上的“New Solution”来给同样的工程代码创建新的Solution。

 

新的Solution命名为“solution2”，同时我们勾选“Copy directives and constraints from solution: solution1”选项，即solution2拷贝了solution1原有的directives指令（该示例中，solution1的directives指令为空）。

 

（2）给命名为“myloop”的循环添加directive指令。右键“myloop”，点击“Insert Directive…”

我们选择了“HLS PIPELINE”指令（这些指令的含义将在后面课时着重讲解）；

 

（3）针对“solution2”对工程进行综合，生成综合报告。

（4）在菜单栏中点击“Compare Reports…”，比较同样的工程在两个Solutions下综合出来的结果。

 

（5）由于在Vitis HLS 2021.1版本中，建立新工程（solution1）时即便没有添加directives，HLS会给solution默认添加“HLS PIPELINE”指令。而我们给solution2添加的directives也为“HLS PIPELINE”指令，因此两个Solutions综合编译出来的结果是一致的（大家可以尝试添加不同的directives指令，然后对比下不同Solutions综合编译出的结果）。