用Vivado-HLS实现低latency 除法器

1         Vivado HLS 简介

2         创建一个Vivado-HLS工程

2.1      打开Vivado HLS GUI

2.2      创建新工程

2.3      添加源文件

2.4      添加测试文件

2.5      创建solution

3         C Validation

4         C Synthesis. 13

5         Explore 不同新的Solution. 15

        Xilinx Vivado High-Level Synthesis (HLS) 工具将 C, C++,或者 SystemC 设计规范，算法转成 Register Transfer Level （RTL）实现，可综合到Xilinx FPGA。

• 将DSP算法快速转到RTL FPGA 实现
• 将C 至 RTL时间缩短 4 倍
• 基于 C 语言的验证时间缩短100倍
• RTL 仿真时间缩短 3 倍
  

       双击桌面上Vivado HLS GUI 图标， 或从Start > All Programs >

       Vivado <version> > Vivado HLS GUI

       打开GUI之后，Vivado-HLS welcome界面如下所示：

       在 Welcome Page, 选择Create New Project

       指定顶层需要综合的源文件名,并添加文件.

       本除法器设计采用移位算法

#include "radix2div.h"

quotient_t radix2div (

        dividend_t   dividend,  // (numerator)

        divisor_t    divisor,   // (denominator)

        remainder_t   *remainder  //

  ) {

#pragma AP latency max=3

#pragma AP pipeline

  quotient_i_t quo, y;          // <quo>+1 bits unsigned

  subtract_t   sub_out, rem_r;    // <divisor>+1 bits signed

  boolean_t    last_bit, next_bit;

  loop_cnt_t   i;

  ///////////////////////////////////////////////

  last_bit = 0;

  rem_r = 0;

  if (LOOP_MAX > 32)

    quo = 0ULL;

else

    quo = 0;

  //////////////////////////////////////////////////

  div_booth_label0:  for (i = 0; i < LOOP_MAX; i = i+1) {

        // concurrent blocks

        sub_out = rem_r - divisor;

        y = dividend & 1 <<  (LOOP_MAX-i-2);

        if ( y == 0 )

            next_bit = 0;

        else

            next_bit = 1;

       if (sub_out < 0) { // remainder - denominator is negative

            quo = quo << 1;

            if (i != LOOP_MAX-1) {

                rem_r = rem_r << 1;

                rem_r = rem_r | next_bit;

            }

        }   

        else { // remainder - denominator is positive

            quo = quo << 1;

            quo = quo | 1;

            if (i != LOOP_MAX-1) {

                rem_r = sub_out << 1;

                rem_r = rem_r | next_bit;

            }

            else

              rem_r = sub_out;

        }   

      } // end for

*remainder = rem_r;

return quo;

}

       添加测试文件.

#include <stdio.h>

#include <math.h>

#include "radix2div.h"

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

quotient_t radix2div (

        dividend_t   dividend,  // (numerator)

        divisor_t    divisor,   // (denominator)

        remainder_t   *remainder  //

  );

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

int test_divider (dividend_t    dividend,

                  divisor_t     divisor

                  )

{

    quotient_t quotient;

    remainder_t remainder;

    quotient = radix2div(dividend,divisor,&remainder);

    fprintf(stdout, ">>>>>>>>> dividend = %u,  divisor = %u   quotient = %u   remainder = %u \n",

             dividend, divisor, quotient, remainder);

    fprintf(stdout, ">>>>>>>>>-------------------- \n");

    if ((quotient == dividend/divisor) && (remainder == dividend-(divisor*quotient)) ) {

        printf ("PASS \n");

    }

    else {

        printf ("FAIL \n");

        return 1;

    }

}

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

int main () {

int i, j;

dividend_t max_num;

max_num = 0;

j = LOOP_MAX-1;

for (i = 0; i < j; i = i+1) {

  max_num = max_num + pow(2,i);

}

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

test_divider (max_num,1);

test_divider (2,pow(2,9)-1);

test_divider (max_num,pow(2,9)-1);

test_divider (8,1);

test_divider (99,10);

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

}

       创建solution, 时钟约束, 并选器件.

       打开包括工程信息Vivado HLS GUI.

3      C Validation

       在将c/c++/system c 转换成RTL之前，必须先验证C 设计，确保其功能是正确的

       点击 “Run C Simulation” 图标，

       现在可以对设计做C 综合，生成RTL代码. 当综合完成，, GUI 更新综合结果. 包括资源使用，latency等。

        为了达到了预先要求为3 个时钟周期， 将latency 的directive设置为3。

5      Explore 不同新的Solution

       project -> new solution。

       在同一个工程里面，可以使用同一套源代码，进行不同solutions的尝试。