System Generator从入门到放弃(九)-利用Vivado HLS block实现Vivado HLS调用C/C++代码

夜未央，流星落，情已殇

反正人生不是在此处失败，就是在彼处失败。失败者才不管别的有多重要。任性一回，不然一辈子都憋屈。by 毛利

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System Generator从入门到放弃(九)-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。

System Generator从入门到放弃(九)-利用Vivado HLS block实现VivadoHLS调用C/C++代码