HLS编程环境入门——LED灯闪烁

目录

• • • 一、HLS简介
    • 二、点亮LED灯——入门级HLS程序
    • • （一）、仿真
      • • 1、新建工程
        • 2、添加源文件
        • 3、添加c仿真文件
        • 4、进行 C 仿真与 C 综合
      • (二)、烧录
      • • 1、导出 HLS 工程生成的 IP 核
        • 2、vivado工程导入ip
        • 3、在 IP Catalog 中选中由 HLS 生成的 IP，双击并生成该 IP
        • 4、烧录
        • 5、结果

一、HLS简介

1、HLS是什么
HLS是高层综合（High level Synthesis）
是将C或者c++语言编译为FPGA能够读懂和运行的RTL级别的语言
2、与VHDL或者verilog的比较
优点：用高级语言完成期望在硬件电路上实现的功能，更加抽象和容易实现。
缺点：尽管是用高级语言描述实现在硬件电路上实现功能，但会有很多限制，例如动态分配内存等函数或定义的禁用，也有很多不足，例如循环的优化始终是个大难题。
3、HLS关键技术
将高级语言转化为RTL电路；循环优化，并行处理

二、点亮LED灯——入门级HLS程序

（一）、仿真

环境：xilinx20.2
板子： Z7-Lite7020

1、新建工程

选择定成函数 这里直接next

添加c仿真文件，testbench文件，next



这里选择xc7z020clg400-2，对应Z7-Lite7020


新建工程完成页面

2、添加源文件

同样方法添加头文件

led.h代码

#ifndef _SHIFT_LED_H_
#define _SHIFT_LED_H_
#define CNT_MAX 100000000
//#define CNT_MAX 100
#define FLASH_FLAG CNT_MAX-2
typedef int led_t;
typedef int cnt_t;
void flash_led(led_t *led_o , led_t led_i);
#endif


其中计数最大值 CNT_MAX 100000000 是在 100M 时钟频率下计数一秒钟所需要的计数次数
FLASH_FLAG 是 LED 闪烁的标志，当计数到该值
时，LED 发生变化
flash_led是该工程需要设计的定成函数
后续优化代码
led.h

#ifndef _SHIFT_LED_H_
#define _SHIFT_LED_H_
#include "ap_int.h"
#define CNT_MAX 100000000
//#define CNT_MAX 100
#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.h代码

#include "led.h"
void flash_led(led_t *led_o , led_t led_i){
cnt_t i;
for(i=0;i<CNT_MAX;i++){
if(i==FLASH_FLAG){
*led_o = ~led_i;
}
}
}


变量 i 计数到 FLASH_FLAG 时 led_o 的状态发生变化

3、添加c仿真文件

test_led.cpp代码

#include "led.h"
#include
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));
}
}


后续优化设置

4、进行 C 仿真与 C 综合

选择 flash_led 作为顶层函数


c仿真

c仿真结果与预期相符

c综合

结果成功
Latency 指的是，设计电路完成一次任务需要的时间
Interval 指的是两次任务之间的时间间隔
FF触发器数量：62
LUT查找表数量：105

联合仿真


结果：和c仿真结果一致

(二)、烧录

1、导出 HLS 工程生成的 IP 核

不做改变，直接OK

导出的 IP 核将在 Solution 这个文件夹中可以找到

2、vivado工程导入ip

打开vivado，新建工程







添加ip

定位到solution

添加成功后应用

添加成功

3、在 IP Catalog 中选中由 HLS 生成的 IP，双击并生成该 IP

向工程中添加一个新的文件，用于完成本次实验




led.v是代码将生成的 HLS IP 例化进工程当中


//
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2021/05/22 14:40:22
// Design Name:
// Module Name: led
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//


`timescale 1ns / 1ps
module flash_led(
input wire clk ,
input wire rst_n ,
output wire led_o
);

wire rst ;//同步复位
wire ap_ready ;//当前可以接收下一次数据
reg ap_start ;//IP 开始工作
reg led_i_vld ;//输入数据有效
wire led_o_vld ;
reg led_i ;//输入的 led 信号
wire led_o_r ;
wire ap_done ;
wire ap_idle ;
reg [1:0] delay_cnt ;
assign rst = ~rst_n ;
assign led_o = led_o_r ;

//----------------delay_cnt------------------
always @(posedge clk) begin
if (rst==1'b1) begin
delay_cnt <= 'd0;
end
else if(delay_cnt[1]==1'b0) begin
delay_cnt <= delay_cnt + 1'b1;
end
end

//----------------ap_start------------------
always @(posedge clk) begin
if (rst==1'b1) begin
ap_start <= 1'b0;
end
else if(delay_cnt[1]==1'b1)begin
ap_start <= 1'b1;
end
end

//----------------led_i_vld------------------
always @(posedge clk) begin
if (rst==1'b1) begin
led_i_vld <= 1'b0;
end
else if(delay_cnt[1]==1'b1)begin
led_i_vld <= 1'b1;
end
end

//----------------ap_i------------------
always @(posedge clk) begin
if (rst==1'b1) begin
led_i <= 1'b0;
end
else if(led_o_vld==1'b1)begin
led_i <= led_o_r ;
end
end


flash_led_0 inst_flash_led (
.led_o_ap_vld(led_o_vld), // output wire led_o_V_ap_vld
.led_i_ap_vld(led_i_vld), // input wire led_i_V_ap_vld
.ap_clk(clk), // input wire ap_clk
.ap_rst(rst), // input wire ap_rst
.ap_start(ap_start), // input wire ap_start
.ap_done(ap_done), // output wire ap_done
.ap_idle(ap_idle), // output wire ap_idle
.ap_ready(ap_ready), // output wire ap_ready
.led_o_V(led_o_r), // output wire [0 : 0] led_o_V
.led_i_V(led_i) // input wire [0 : 0] led_i_V
);

endmodule


接下来是添加约束文件

top_pin.xdc

##############LED define##################
set_property PACKAGE_PIN P15 [get_ports { led_o}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports { led_o}]
##############Reset define##################
set_property PACKAGE_PIN P16 [get_ports { rst_n}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports { rst_n}]
##############50M CLK define##################
create_clock -period 20.000 -name clk -waveform { 0.000 10.000} [get_ports clk]
set_property PACKAGE_PIN N18 [get_ports { clk}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports { clk}]


添加ila观察中间过程

这个ip对应.v文件中的

生成bit流文件

4、烧录

完成后打开硬件烧录页面

将板子连接电脑，点击自动连接就会自动寻找已连接的板子

右键点击Program Device


这里就会自动将可烧录的程序填入，点击Program即可烧录

5、结果