11-1_基于HLS的加速器Overlay设计实例 - 快速生成硬件IP

介绍

本章节介绍了HLS的基本操作流程，你将熟悉HLS工程的创建、仿真、综合与实现流程。

目标

• ​ 使用Vivado HLS工具创建工程

• ​ 对设计进行仿真

• ​ 对设计进行综合

• ​ 对设计进行实现

• ​ 使用Vivado HLS分析工具对工程进行分析

步骤1:创建新的工程

1. 创建一个适用于PYNQ-Z2的HLS工程

1.1 将lab1_src目录下的3个源文件拷贝到C:\xup\hls_labs\lab1目录下；

1.2 启动 Vivado HLS工具: Start > Xilinx Design Tools > Vivado HLS 2018.2；

1.3 点击 Create New Project创建新的HLS工程；

1.4 点击Browse…选择工程目录到为 ：C:\xup\hls_labs\lab1 ,项目名称填写为：matrixmul ，点击Next；

注：工程目录与工程名称可自己定义

1.5 点击 Add Files… 按钮，添加C:\xup\hls_labs\lab1目录下的matrixmul.cpp 文件到工程中，Top Function栏内填写matrixmul；

注：matrixmul为源文件matrixmul.cpp内的函数名，本lab将会把该函数综合为可在Vivado中调用的硬件IP。

1.6 点击 Next 按钮；

1.7 点击Add Files… 按钮, 添加C:\xup\hls_labs\lab1 目录下的 matrixmul_test.cpp 到工程中；

1.8 选中 matrixmul_test.cpp文件，然后点击 Edit CFLAG… 按钮, 输入 -DHW_COSIM, 点击OK；

注：该flag会在后续的流程中使用到

1.9 点击 Next；

1.10 时钟周期设置为10ns，器件选择为xc7z020clg400-1

1.11 点击 Finish按钮，完成工程创建；

1.12 双击 matrixmul.cpp文件查看源代码内容；

步骤 2:运行 C 代码仿真 （可跳过该步骤）

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2.运行C代码仿真，检查C代码是否正确

2.1 点击 Project > Run C Simulation 或者直接点击工具栏的 按钮, 然后点击 OK 开始C代码仿真；

可以在 Console 窗口观察源代码编译过程与测试结果

2.2 双击 matrixmul_test.cpp 文件可以观察测试代码

注：因为我们在之前的步骤中对HW_COSIM进行了定义，所以matrixmul_test 的主函数会调用matrixmul 函数，对matrixmul函数的输出结果与软件计算结果进行比较并打印出来。

如果没有对HW_COSIM进行定义，则只会打印出计算结果，不会判断自定义函数是否正确。

步骤 3:C代码调试（可跳过该步骤）

3. 让代码在调试模式下运行

3.1 点击 Project > Run C Simulation 或者直接点击工具栏的 按钮, 在弹出的窗口中勾选Launch Debugger，然后点击 OK；

注：代码在编译过程中会增加-g选项，使得可执行代码中包含调试信息。

3.2 Debug窗口将被自动打开，程序停留在main() 函数入口；

3.3 在代码的第105行，输出“{“ 的位置，双击鼠标，在该位置添加断点；

3.4 在101行，调用matrixmul() 函数的位置处添加一个断点；

3.5 点击 Step Over (F6) 按钮 ( ), 观察代码执行过程中变量的变化；

3.6 点击 Resume ( ) 按钮或者按F8**，**代码将执行到 第101行；

可以观察到软件计算的结果，如下图所示；

3.7 点击 工具栏Step Into (F5) 按钮( ) 会跳转到 matrixmul 函数；

3.8 点击 工具栏Step Over (F6) 几次，观察运算过程，然后点击工具栏 Step Return (F7) 按钮可以返回到调用它的测试代码主程序内；

3.9 代码将停留在 105 行的断点处. 观察软件计算与硬件计算结果。

3.10 在第134行设置断点 (return err_cnt;位置)，点击Resume 按钮；

在Console窗口打印仿真结果。

3.11 点击工具栏 Resume按钮或者Terminate按钮结束调试会话。

步骤4：设计综合

4.切换到综合 (Synthesis) 界面，观察综合过程。

4.1 点击右上角的 ，切换到综合（Synthesis）界面；

4.2 点击 Solution > Run C Synthesis > Active Solution 或者工具栏的 按钮开始综合；

4.3 综合完成后会显示综合报告，报告中包含了性能与资源预估，以及设计的延时信息；

4.4 综合后生成的文件如下所示；

4.5 报告中还包含了顶层接口信号

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步骤5： 运行C/RTL 协同仿真，会调用Verilog/VHDL仿真工具进行仿真。

5.1 点击 Solution > Run C/RTL Cosimulation**，打开软件协同仿真工具；**

5.2 设置仿真工具为Vivado Simulator，语言为Verilog，Dunp Trace选择为all；

5.3 仿真报告如下所示；

5.4 点击工具栏的Open Wave Viewer…查看硬件仿真波形；

步骤6：导出 RTL代码与实现结果

在 Vivado HLS, 选择Verilog，导出硬件设计, and run the implementation by selecting Evaluate option.

6.1 选择 Solution > Export RTL 或者点击工具栏 按钮；

6.2 选中 Vivado synthesis, place and route 复选框来运行实现（implementation） 工具

6.3 点击 OK ，设计实现将开始运行，完成后的设计实现报告如下；

6.4 生成的IP被以zip file格式存放到了impl\ip目录下.

6.5 点击File > Exit，关闭HLS工具