本期主题：
HLS的接口类型定义
往期链接：
- Xilinx HLS基础介绍（一）——HLS概念以及接口管理
目录
- 1.Vitis HLS AXI4 接口概述
- 2.顶层函数的实参类型与接口关系
- 2.1 寄存器接口 S_AXILITE
- 2.2 存储器接口 m_axi
- 2.3 串流接口 axi4_stream
- 1. axi4_stream的工作原理
- 2. axis的结构体
1.Vitis HLS AXI4 接口概述
IP可通过Vitis HLS来生成，IP需要与其他模块通信，一般来说有两种方式：
1.软件控制：通过
寄存器的方式，通过在ARM处理器上运行应用程序，这些程序来访问操作寄存器，从而实现操作IP的目的；
2.自同步：这种模式下，IP将公开所有信号，这些信号用来启动/停止内核，这些信号其他IP和系统的控制；
Vivado IP 流程支持 存储器、串流和寄存器 接口范例，其中每个范例都支持不同接口协议与外部世界进行通信，这些都是AXI4接口，包括：
- 存储器范例 (m_axi)：内核通过存储器（如 DDR、HBM、PLRAM/BRAM/URAM）来访问数据；
- 串流范例 (axis)：数据从其它串流源（例如，视频处理器或其它内核）串流至内核中，也可从该内核流出；
- 寄存器范例 (s_axilite)：内核通过寄存器接口来访问数据，软件则通过寄存器读/写来访问数据；
更为详细的描述如下：
| 范例 | 描述 | 接口类型 |
|---|---|---|
| 存储器 | 内核通过存储器（如 DDR、HBM、PLRAM/BRAM/URAM 支持的接口协议）来访问数据 | ap_memory、BRAM、AXI4 存储器映射 (m_axi) |
| 串流 | 受支持的接口数据将从其它串流源（如视频处理器或其它内核）串流至内核，并且可从内核流出 | ap_fifo, AXI4-Stream (axis) |
| 寄存器 | 内核通过寄存器读取和写入所执行的寄存器接口来访问数据 | ap_none、ap_hs、ap_ack、ap_ovld、ap_vld和 AXI4-Lite 适配器 (s_axilite) |
2.顶层函数的实参类型与接口关系
| C语言实参类型 | 受支持范例 | 默认范例 |
|---|---|---|
| 标量变量（通过值来传递） | 寄存器 | 寄存器 |
| 数组 | 存储器、串流 | 存储器 |
| 指针 | 存储器、串流 、寄存器 | 寄存器 |
| 参考值 | 寄存器 | 寄存器 |
| hls::stream | 串流 | 串流 |
2.1 寄存器接口 S_AXILITE
在vivado IP流程中，默认执行流程是由寄存器来控制IP的。寄存器是通过s_axilite接口，默认的控制协议为 ap_ctrl_hs 。
s_axilite接口可提供下列功能特性：
- 控制协议：采用 块级控制协议 中的块控制协议；
- 标量实参：顶层函数的实参映射到s_axilite接口，ARM可对此寄存器空间执行读/写操作；
- 偏移规则：指定寄存器的偏移地址；
- 捆绑规则：使用s_axilite接口指定多个捆绑，为每个捆绑创建一个独立的接口适配器；
示例code：
#include <stdio.h>
void example(char *a, char *b, char *c)
{
#pragma HLS INTERFACE s_axilite port=a bundle=BUS_A
#pragma HLS INTERFACE s_axilite port=b bundle=BUS_A
#pragma HLS INTERFACE s_axilite port=c bundle=BUS_A
#pragma HLS INTERFACE s_axilite port=return bundle=BUS_A
*c += *a + *b;
}
综合结果如下图所示：
- 实参a、b是s_axilite接口，ARM可对此寄存器空间进行写；
- 实参c也是axilite接口，并且有输入、输出的信号；
2.2 存储器接口 m_axi
AXI4存储器映射（m_axi）允许内核在全局存储器（DDR、HBM和PLRAM）内读写数据。
看一个例子：
void example(volatile int *a) {
//Port a is assigned to an AXI4 master interface
#pragma HLS INTERFACE mode=m_axi depth=50 port=a
....
}
综合出的结果为：
一般来说，axilite会和m_axi组合起来使用，HLS中axilite适合用来去配置寄存器，m_axi适合对全局存储器进行读写执行。
2.3 串流接口 axi4_stream
1. axi4_stream的工作原理
AXI4-Stream 是专为传输任意单向数据而设计的协议。其中：
- TDATA是按照时钟周期来传输的数据；
- TVALID是生产者发出的此时数据有效的信号；
- TREADY是使用者回复的信号，代表此时可以进行数据接收；
- TLAST 信号表明这是串流的最后一个字节；
生产者、使用者的交互图如下：
详细的AXI4-stream的介绍可查看官方文档（UG1307）
2. axis的结构体
如果我们要用vitis_hls中的接口来描述axis，那么就需要通过接口定义TDATA、TVALID、TREADY信号。
AXIS在HLS中的结构体定义如下：
template <typename T, size_t WUser, size_t WId, size_t WDest> struct axis
{ .. };
其中，
- T：代表串流的数据类型
- Wuser：TUSER的信号宽度
- Wid：TID的信号宽度
- Wdest：Tdest信号的宽度
去除了AXI4的旁路元素（即Wuser、Wid、Wdest参数设置为0），这种就是不含旁路的AXI4-stream，也称为hls::stream，这种信号只有数据信息。
重点：
- hls::axis、ap_axiu、ap_axis的使用仅限于顶层函数接口，因为它包含着AXI4-STREAM的旁路信息，这种信号无法在内部函数或变量上使用；
对于内部串流，必须使用 hls::stream 信号
