FPGA开发之Vivado安装及HLS环境配置，并实现流水灯实例-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了FPGA开发之Vivado安装及HLS环境配置，并实现流水灯实例。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

一、HLS简介

HLS(High-Level Synthesis)高层综合，就是将 C/C++的功能用 RTL 来实现，将 FPGA 的组件在一个软件环境中来开发，这个模块的功能验证在软件环境中来实现，无缝的将硬件仿真环境集合在一起，使用软件为中心的工具、报告以及优化设计，很容易的在 FPGA 传统的设计工具中生成 IP。
传统的 FPGA 开发，首先写 HDL 代码，然后做行为仿真，最后做综合、时序分析等，最后生成可执行文件下载到 FPGA 使用，开发周期比较漫长。
使用 HLS，用高级语言开发可以提高效率。
因为在软件中调试比硬件快很多，在软件中可以很容易的实现指定的功能，而且做 RTL仿真比软件需要的时间多上千倍。

HLS与VHDL/Verilog
VHDL/Verilog对于一些算法比较简单，开发周期不长的来说是比较适用的，然而，一个开发过程，往往算法会比较复杂，并且可能会经历较长时间的仿真和调试，面对这样的问题，提出了HLS。通过高级语言编程，来实现功能模块，这样就会大大提供开发效率。
HLS的关键技术
通过高级语言实现功能，并转换为RTL电路。实际上HLS相对于一个IP生成器。
技术局限性
在性能和执行时间上，HLS 设计的平均水平明显较差，但在延迟和最大频率方面，与 RTL 差异不那么明显，且 HLS 方法还会浪费基本资源，平均而言，HLS 使用的基本 FPGA 资源比 RTL 多 41%，在以千位为单位的 BRAM 使用情况的论文中，RTL 更胜一筹。

二、Vivado安装

可参考以下网址，包含了Vivado下载及安装破解
https://www.bilibili.com/read/cv15414254/

三、HLS实现流水灯开发实例

3.1 创建HLS工程

fpga hls,fpga开发

选择顶层函数，此处暂不管

fpga hls,fpga开发

选择添加C仿真文件，此处暂不管

fpga hls,fpga开发

选择相应器件
fpga hls,fpga开发

fpga hls,fpga开发

3.2 代码编写

添加文件
①源文件添加
点击Source，右键后，选择New File,创建文件

具体代码如下：
led.h

#ifndef _SHIFT_LED_H_
#define _SHIFT_LED_H_

#include "ap_int.h"
#define CNT_MAX 100000000
//#define CNT_MAX 100,100M时钟频率下计数一秒钟所需要的计数次数
#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.cpp

#include "led.h"

void flash_led(led_t *led_o , led_t led_i){
#pragma HLS INTERFACE ap_vld port=led_i
#pragma HLS INTERFACE ap_ovld port=led_o
	cnt_t i;
	for(i=0;i<CNT_MAX;i++){
		if(i==FLASH_FLAG){
			*led_o = ~led_i;
		}
	}
}

②仿真测试文件添加
右键Test Bench，选择New File
具体代码如下：
test_led.cpp

#include "led.h"
#include <stdio.h>

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));
	}
}

3.3 综合仿真

fpga hls,fpga开发

点击project->Run C Simulation(输出01交替，表示C仿真结果正确）

fpga hls,fpga开发

点击Solution->Run C Synthesis->Active Solution

fpga hls,fpga开发

3.4 创建Vivado工程

按照下列图片实例进行即可：

fpga hls,fpga开发

选择IP->Repository,并且点击加号，选择solution，将会自动识别到IP，识别到后，点击Apply->OK

生成IP：
双击flash_led_1,默认选择
fpga hls,fpga开发

创建源文件，具体代码如下：

`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_V_ap_vld(led_o_vld), // output wire led_o_V_ap_vld
.led_i_V_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

fpga hls,fpga开发

具体代码如下：

##############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}]

fpga hls,fpga开发
运行结果如下：

四、总结

本次实验了解了什么是HLS，让我明白了在硬件逻辑难以实现的情况下，我们也可以通过利用C这样的高级语言程序编写逻辑，交由编辑器进行转换，虽然会耗费更多的资源，但可以为开发者节省下宝贵的时间

五、参考资料

https://blog.csdn.net/qq_43279579/article/details/117084706
https://www.bilibili.com/read/cv15414254/
https://blog.csdn.net/QWERTYzxw/article/details/117279573文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-752622.html

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