Board從入門到精通系列（八）

終于到了HLS部分。HLS是High Level Synthesis的縮寫，是一種可以將高級程序設計語言C，C++，SystemC綜合為RTL代碼的工具。生產力的發展推動了設計模式。在電子技術初級階段，人們關注的是RLC電路，通過建立微分方程求解電路響應。門級電路是對RLC的初步封裝，人們進而采用布爾代數、卡諾圖進行電路設計與分析。之后隨著集成電路進一步發展，門電路可以集成為寄存器、觸發器、ROM等宏單元，設計工具也變得更為高度模塊化。算法級別的電路設計，則一直沒有特別好的工具，直到出現了HLS。HLS可以將算法直接映射為RTL電路，實現了高層次綜合。從這個層面上講，System Generator也是一種高層次綜合工具，因為它將matlab算法描述綜合為RTL代碼。如果今后機器學習、人工智能獲得重大突破，或許會出現將人類自然語言綜合為RTL代碼的工具，不知我們是否能見證它的面世。HLS的學習資源可以參考。本節給出較為通用的矩陣與向量相乘例子，從全串行到全并行進行了一步步優化實現。矩陣實驗室Matlab是比較常用的數學仿真軟件。本博主用的是R2013a版本。為了驗證矩陣向量相乘正確性，我們先用matlab生成測試矩陣和向量，并利用matlab計算結果。代碼如下：[plain]?

clear;??

clc;??

close?all;??

N?=?5;??

A?=?randi([1,100],N,N);??

b?=?randi(100,N,1);??

c?=?A*b;??

KKK_SaveToCHeaderFile(A,'A.h');??

KKK_SaveToCHeaderFile(b,'b.h');??

KKK_SaveToCHeaderFile(c,'c.h');??

這里給出的是A*b = c的簡單例子，A為5X5矩陣，b為5X1向量，結果c為5X1向量。其中KKK_SaveToCHeaderFile()是將矩陣、向量保存為C語言數組的子函數，定義如下：[plain]?

function?[]?=?KKK_SaveToCHeaderFile(var,fn)??

fid?=?fopen(fn,'w');??

var?=?reshape(var.',1,[]);??

fprintf(fid,'%d, ',var);??

fclose(fid); ?

給出測試例程中，A如下：[plain]?

82??10??16??15??66??

91??28??98??43??4??

13??55??96??92??85??

92??96??49??80??94??

64??97??81??96??68 ?

b如下：[plain]?

76??

75??

40??

66??

18 ?

得到的c如下：980015846165552312422939運行matlab腳本之后，生成三個文件：A.h，b.h，c.h，這些是作為HLS程序的輸入數據和參考結果。下面我們用HLS工具實現上述矩陣X向量的功能。第一步，運行Vivado HLS。

選擇第一項，Create New Project，建立新工程MatrixMultiply

輸入路徑和工程名之后，點Next。

添加頂層模塊文件。這里我們Top Functions輸入MatrixMultiply，然后New File...，新建一個.c文件，命名為MatrixMultiply.c（后綴不要省略！），然后點Next添加頂層文件測試腳本。這里New一個文件TestMatrixMultiply.c（后綴不要省略！），然后Add前面用Matlab生成的A.h，b.h，c.h，如下圖所示：

點Next，選擇解決方案配置，如下圖所示

其余保持默認，只修改Part Selection部分，改為ZedBoard。改完后，Finish即可進入主界面，如下圖所示

可以看出，Vivado HLS界面很像很像Xilinx SDK，不同的是前者負責PL部分開發，后者負責PS軟件編寫，定位不同決定了二者今后的路必然走向分歧。將MatrixMultiply.c內容改為：[cpp]?

typedef?int?data_type;??

#define?N?5??

void?MatrixMultiply(data_type?AA[N*N],data_type?bb[N],data_type?cc[N])??

{??

????int?i,j;??

????for(i?=?0;i

????{??

????????data_type?sum?=?0;??

????????for(j?=?0;j