HLS入门——点亮LED仿真
- 一、HLS简介
- （一）什么是HLS？
- （二）HLS能做什么？
- （三）HLS的使用
- （四）HLS的优势
- （五）HLS与VHDL/Verilog编程技术的关系
- （六）HLS的关键技术问题与局限性
- 二、点亮LED仿真
- （一）创建项目
- （二）添加文件
- （三）仿真与综合
- 三、总结
- 四、引用
一、HLS简介
（一）什么是HLS？
HLS是一种设计方法，使用HSL可以更快地开发电子系统，特别是那些需要特定硬件加速的复杂系统。通过使用HLS，你可以用高级语言（如C或C++）编写代码，然后自动转换成硬件描述语言（HDL），从而加速开发过程。
（二）HLS能做什么？
HLS允许开发者在更高的抽象层次上工作，这意味着你可以专注于算法和功能，而不是硬件的具体细节。当你需要优化性能或功耗时，HLS工具可以自动为你找到最佳的硬件实现方案。
（三）HLS的使用
- 编写代码：使用C或C++等高级语言编写你的算法或系统。
- 配置HLS工具：设置性能目标（如速度、面积或功耗）和约束条件。
- 综合：HLS工具将高级代码转换成硬件描述语言（HDL），如Verilog或VHDL。
- 验证：检查生成的HDL代码是否符合预期的功能和性能。
- 实现：将HDL代码用于FPGA或ASIC的生产。
（四）HLS的优势
- 加速开发：减少从概念到实现的时间。
- 提高效率：自动优化可以提高系统的性能和功耗。
- 灵活性：可以在不同的硬件平台上实现相同的高级代码。
- 可扩展性：随着技术的发展，HLS工具可以适应新的硬件和需求。
（五）HLS与VHDL/Verilog编程技术的关系
HLS与传统的VHDL/Verilog编程技术之间存在紧密的联系，但它们在设计流程和抽象层次上有所不同：
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抽象层次：HLS提供了比VHDL/Verilog更高的抽象层次。开发者可以使用C/C++等高级语言来描述算法和逻辑，而不是直接使用VHDL/Verilog来设计硬件的门级或寄存器传输级（RTL）实现。
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设计流程：在HLS中，开发者首先用高级语言编写代码，然后通过HLS工具自动转换成VHDL或Verilog代码。相比之下，VHDL/Verilog编程需要开发者直接用这些硬件描述语言来编写代码。
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自动化：HLS的一个主要优势是自动化。它自动化了许多硬件设计任务，如资源分配、时序分析和优化，这在VHDL/Verilog编程中通常需要手动完成。
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目标一致性：尽管方法不同，但HLS和VHDL/Verilog编程的最终目标是相同的，即生成可以部署在FPGA或ASIC上的硬件设计。
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协同工作：HLS生成的HDL代码可以与手写的VHDL/Verilog代码结合使用，形成混合设计。这允许开发者在某些部分利用HLS的自动化优势，而在其他部分则利用VHDL/Verilog的精确控制。
（六）HLS的关键技术问题与局限性
尽管HLS提供了许多优势，但在实际应用中也存在一些关键技术问题和局限性：
- 语言支持：并非所有高级语言的特性都能被HLS工具完美支持，某些特性可能需要特别的处理或无法综合。
- 性能预测：预测HLS工具综合后的性能可能具有挑战性，因为自动化优化过程可能引入不可预见的结果。
- 调试难度：与传统的VHDL/Verilog相比，调试HLS生成的硬件可能更加困难，因为问题可能出现在高级代码或综合过程中。
- 特定领域限制：HLS可能在某些特定类型的硬件设计中表现更好，而在其他类型（如需要极端时序控制的设计）中可能不如手写VHDL/Verilog代码。
- 学习曲线：对于习惯于VHDL/Verilog的硬件工程师来说，学习HLS和相关工具可能需要一定的时间和努力。
- 工具依赖性：HLS的结果很大程度上依赖于所使用的特定工具和版本，不同的工具可能有不同的优化策略和结果。
二、点亮LED仿真
使用的是Vivado HLS 2019.2
（一）创建项目
①打开Vivado HLS，点击Create New Project
②输入相关工程信息
③选择顶层函数
④其他都点next，直到finish
（二）添加文件
①源文件添加
点击Source，右键后，选择New File,创建文件
led.h
#ifndef _SHIFT_LED_H_
#define _SHIFT_LED_H_
#include "ap_int.h"
#define CNT_MAX 100000000
//#define CNT_MAX 100,100M时钟频率下计数一秒钟所需要的计数次数
#define FLASH_FLAG CNT_MAX-2
// typedef int led_t;
// typedef int cnt_t;
typedef ap_int<1> led_t;
typedef ap_int<32> cnt_t;
void flash_led(led_t *led_o , led_t led_i);
#endif
led.cpp
#include "led.h"
void flash_led(led_t *led_o , led_t led_i){
#pragma HLS INTERFACE ap_vld port=led_i
#pragma HLS INTERFACE ap_ovld port=led_o
cnt_t i;
for(i=0;i<CNT_MAX;i++){
if(i==FLASH_FLAG){
*led_o = ~led_i;
}
}
}
②仿真测试文件添加
右键Test Bench，选择New File
tb_led.cpp
#include "led.h"
#include <stdio.h>
int main(){
led_t led_i=0x01;
led_t led_o;
const int SHIFT_TIME = 4;
int i;
for(i=0;i<SHIFT_TIME;i++){
flash_led(&led_o , led_i);
led_i = led_o;
printf("shift_out is %d \n",(int)(led_o&0x01));
}
}
（三）仿真与综合
①点击project->project settings->synthesis->browser->选择顶层函数
②点击project->Run C Simulation(输出01交替，表示C仿真结果正确）
③点击Solution->Run C Synthesis->Active Solution
生成的总结文件（Synthesis(solution1)(flash_led_csynth.rpt)）里有端口表格
以及solution1\impl\verilog中，有已经生成好的.v文件
在Helloworld.cpp界面，右边的Drective界面，右键led_o，进入如下界面：
按下图来配置后点击OK
然后点击联合仿真：
结果：
三、总结
此次学习了如何使用Xilinx Vivado HLS 2019.2版本来实现一个简单的LED点亮仿真项目。这个过程包括了创建项目、添加源文件、编写C/C++代码、配置HLS工具、进行仿真与综合，以及最终的验证和实现步骤。
HLS（高级综合）作为一种设计方法，它允许开发者使用高级语言（如C或C++）来编写算法或系统，然后自动将其转换成硬件描述语言（HDL），如Verilog或VHDL。这种方法的优势在于能够加速开发过程，提高效率，增加灵活性，并具备可扩展性。
四、引用
【HarrietLH】基于FPGA实现LED的闪烁——HLS
【终极末影龙】HLS入门-LED闪烁仿真
