如何在HLS中使用AXI4-Stream接口

Lauren的FPGA

发布于 2022-12-21 20:29:37

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AXI4-Stream接口在进行数据传输时是顺序传输的，类似于FIFO，先进先出，这意味着需要映射为AXI4-Stream接口的函数形参只能被读取或只能被写入（赋值）。同时，AXI4-Stream传输数据的位宽是按Byte（字节）对其的，这意味着如果数据位宽不是8的整数倍，那么就需要对数据进行扩展，类如，若数据是12-bit，就需要将其扩展为16-bit，具体是高4位补零还是符号位扩展取决于传输数据是无符号数还是有符号数。此外，传输数据的最大位宽是4096-bit。再来看一下AXI4-Stream是如何工作的。如下图所示。Producer和Consumer之间只有数据通道TDATA和其他握手信号如TREADY、TLAST、TVALID。其中TVALID为高表明Producer发送的数据有效，TLAST为高时表明此时发送的是最后一笔数据，TREADY为高时表明Consumer可以接收数据。

注：既然是将函数形参设置为AXI4-Stream接口，这就要求该函数必须的待综合的顶层函数。

如果需要使用AXI4-Stream接口，就不得不用Vitis HLS的库HLS::stream。Vitis HLS提供了两种方式用于将形参映射为AXI4-Stream接口。第一种是通过Pragma INTERFACE设置，此时需要在C++代码里使用HLS Stream库，如下所示。

在使用Pragma INTERFACE时，Vitis HLS提供了register_mode，如上图所示，共4个可选值。其中Forward是将TDATA和TVALID使用寄存器输出；Reverse只把TREADY使用寄存器输出；Both则是将TDATA/TVALID和TREADY都使用寄存器输出；而Off则是关闭寄存器输出功能。Xilinx建议至少保证一个方向是寄存器输出即可以选择Forward或Reverse，但不要选择Off。

第二种方式较为直接，需用用到axis或axiu数据类型，前者针对有符号数，后者针对无符号数。两者军需添加头文件ap_axi_sdata.h。我们通过一个案例进行说明，如下图所示。这里注意代码第20行和第21行。第20行定义了数据类型为ap_int<32>，第21行定义了axis类型，其中数据类型为ap_int<32>，其余三个参数依次对应TUSER、TID和TDEST的位宽。这里为0，表明设计不需要这三个辅助信号。使用这种方式就不需要再通过Pragma INTERFACE指定其接口类型了。