System Generator从入门到放弃(六)-利用Vivado HLS block实现VivadoHLS调用C/C++代码

文章目录

• System Generator从入门到放弃(六)-利用Vivado HLS block实现Vivado HLS调用C/C++代码
• 一、利用Vivado HLS block实现Vivado HLS调用C/C++代码
• 1、简介
• 2、利用Vivado HLS block实现Vivado HLS调用C/C++代码 流程
  • 2.1 Vivado HLS完成中值滤波设计
  • 2.2 将HLS设计导入System Generator
  • 2.3 仿真测试
• 3、Vivado HLS block详解

  System Generator是Xilinx公司进行数字信号处理开发的一种设计工具，它通过将Xilinx开发的一些模块嵌入到Simulink的库中，可以在Simulink中进行定点仿真，可以设置定点信号的类型，这样就可以比较定点仿真与浮点仿真的区别。并且可以生成HDL文件，或者网表，可以在ISE中进行调用。或者直接生成比特流下载文件。能够加快DSP系统的开发进度。

一、利用Vivado HLS block实现Vivado HLS调用C/C++代码

1、简介

  Vivado HLS是Xilinx FPGA开发套件中的一款软件，可以使用C/C++语言进行设计，并转换为RTL级模型。System Generator中的Vivado HLS block可以将HLS开发软件设计的C/C++代码整合到Simulink环境中，利用Simulink强大的仿真特性对设计进行仿真测试。   ug948中提供的官方例程为图像的中值滤波，该设计将一副256*256大小的RGB图像，添加噪声后提取出其中的Y通道，使用C++语言完成中值滤波。该设计将在Simulink环境下进行仿真。   本次设计的流程是利用Vivado HLS建立C/C++代码，Export RTL–>System Generator–>Vivado。

2、利用Vivado HLS block实现Vivado HLS调用C/C++代码 流程

2.1 Vivado HLS完成中值滤波设计

  建立相关HLS中的程序，其中Source中建立MedianFilter.cpp程序，程序如下： PS:这部分例程在官方ug948-design-files.zipLab2中找到。

MedianFilter.cpp

#include "MedianFilter.h"
#define WINDOW_SIZE  3
typedef unsigned char PixelType;

#define PIX_SWAP(a,b) { PixelType temp=(a);(a)=(b);(b)=temp; }
#define PIX_SORT(a,b) { if ((a)>(b)) PIX_SWAP((a),(b)); }

PixelType OptMedian9(PixelType * p)
{
	PIX_SORT(p[1], p[2]) ; PIX_SORT(p[4], p[5]) ; PIX_SORT(p[7], p[8]) ;
	PIX_SORT(p[0], p[1]) ; PIX_SORT(p[3], p[4]) ; PIX_SORT(p[6], p[7]) ;
	PIX_SORT(p[1], p[2]) ; PIX_SORT(p[4], p[5]) ; PIX_SORT(p[7], p[8]) ;
	PIX_SORT(p[0], p[3]) ; PIX_SORT(p[5], p[8]) ; PIX_SORT(p[4], p[7]) ;
	PIX_SORT(p[3], p[6]) ; PIX_SORT(p[1], p[4]) ; PIX_SORT(p[2], p[5]) ;
	PIX_SORT(p[4], p[7]) ; PIX_SORT(p[4], p[2]) ; PIX_SORT(p[6], p[4]) ;
	PIX_SORT(p[4], p[2]) ;
    return(p[4]) ;
}

PixelType Mean(PixelType* buffer)
{
    PixelType i, j, min;
    unsigned int sum;
    for (i = 0;i<9; i++) {
    	sum+=buffer[i];
    }
    sum/=(WINDOW_SIZE*WINDOW_SIZE);
    return sum;
}

PixelType Min(PixelType* buffer)
{
    PixelType i, j, min;
    min = buffer[0];
    for (i = 1;i<9; i++) {
        if (min>buffer[i]) min = buffer[i];
    }
    return min;
}



void MedianFilter(PixelType row1, PixelType row2, PixelType row3, PixelType* V)
{
#pragma AP PIPELINE  II=1
	/*
	 * Create a local Pixel Buffer based on WindowSize
	 */
	static PixelType pixelWindowBuffer[WINDOW_SIZE*WINDOW_SIZE];

	PixelType sortBuffer[WINDOW_SIZE*WINDOW_SIZE];

    /*
    * Each Iteration Interval Update the Pixel Buffers
    */
	for(int i = 0;i<WINDOW_SIZE;++i) {
		for(int j=0;j<(WINDOW_SIZE-1);++j) {
			pixelWindowBuffer[WINDOW_SIZE*i + (WINDOW_SIZE-j-1)] = pixelWindowBuffer[WINDOW_SIZE*i + (WINDOW_SIZE-j-1)-1];
		}
	}

    /*
     * Update the first Pixel of each row
     */
    pixelWindowBuffer[0] = row1;
    pixelWindowBuffer[3] = row2;
    pixelWindowBuffer[6] = row3;

    for(int k = 0;k<9;++k) {
    	sortBuffer[k] = pixelWindowBuffer[k];
    }

    *V = OptMedian9(sortBuffer);
}

MedianFilter.h

#ifndef __MEDIAN__FILTER__
#define __MEDIAN__FILTER__
void MedianFilter(unsigned char R, unsigned char G, unsigned char B, unsigned char* V);
#endif

  右键Solution->C Synthesis->Active Solution，综合设计源文件。

  当综合完成时， Vivado HLS displays 将显示this message:

• Finished C synthesis.

  完成后，再右键Solution->Export RTL，Format Selection选择为“System Generator for DSP”，点击OK将设计源文件打包为System Generator可以使用的形式。

当Export RTL完成时， Vivado HLS displays 将显示:

• Finished export RTL

2.2 将HLS设计导入System Generator

Xilinx block

• Vivado HLS block（->Index）：调用HLS代码
• System Generator（->Basic Elements）：系统管理
• Gateway In（->Basic Elements）：数据输入
• Gateway Out（->Basic Elements）：数据输出

其它block

• 图像处理相关Block
• Scope（Simulink->Commonly Used Blocks）：示波器

  添加一个Vivado HLS block，双击打开该block：

  点击Browse，将路径指定到HLS工程的Solution文件夹下。如果路径选择错误，或者HLS工程综合或导出失败导致solution文件夹下没有可用的System Generator文件，软件会提示错误。

  设置完毕后，block端口也会随之改变，部分端口名称以ap_开头，表示与block之间的ap_hs通信协议。model的整体连接图如下：

  其中包含几个子系统，各子系统及其作用如下：

• Noisy Image：导入一副256*256的图像，转换为一维数据，并为其添加椒盐噪声；
• RGB2Y：将R、G、B通道转换为Y通道（Y=0.299R+0.587G+0.114B，可以简化为只用两个乘法器的形式Y=0.299(R-G)+0.114*(B-G)+G）；
• LineBuffer：缓存器存储数据；
• Noisy Input Image/Filtered Image：缓存数据，将一维数据转换为二维图像显示。

2.3 仿真测试

  在Noisy Image子系统下，打开Image From File这个block（属于Computer Vision System Toolbox库）。点击Browse，将路径指向一副256256大小的彩色图片。将仿真时间设置为256256*2，确保可以完成一次图像滤波。运行结果如下：

  Use the toolbar button Up

to Parent to return to the top level   保存后，进行仿真，结果如下： PS:运行时间比较久，要耐心等待！！

  可以看到经过中值滤波后，很好地滤除了图像中的椒盐噪声。

3、Vivado HLS block详解

摘自：https://blog.csdn.net/FPGADesigner/article/details/80985418   该block支持C、C++和System C三种设计源文件。使用是首先需要在Vivado HLS开发环境下将设计源文件打包到Solution目录下，然后在block中指向该目录，将设计导入到System Generator设计中。

  点击“Edit”可以打开与该solution对应的Vivado HLS工程，允许设计者修改；修改后点击“Refresh”更新block的端口信息。

  block默认采用RTL-model进行仿真，如果HLS中包含C仿真模型，可以选中“Use C simulation model if available”，选择C仿真模型。

  当选中“Display signal types”时，输入和输出的数据类型会显示在图标上，设计者可以根据该提示设置向此block输入的数据，如下图：

  C/C++数据类型和System Generator数据类型之间的转换关系如下表：

  在Vivado HLS中进行设计时有如下限制：

• 设计不能是纯组合逻辑，综合到RTL设计后必须包含一个时钟和时钟使能输入信号；
• 顶层模块中不能包含C/C++模板语法；
• C仿真模型与block通信时支持ap_hs通信协议，但不支持ap_memory和ap_bus接口。