FPGA基础知识（三）UG902 接口综合

本文是我在学习FPGA时学到的相关知识与总结，希望可以帮助同行理解和掌握相关的FPGA知识。可以将本文档当作相应FPGA教程文档UG902的辅助文档学习。主要内容为文档中关于接口的部分。转载请注明出处。

Xilinx原版教程文档参见Xilinx Documentation navigator 中对应UG902：Vivado Design Suite User Guide High-Level Synthesis中的Manage Interface部分。

目录

Manage Interface

vivado HLS在RTL设计中创建了三个类型的管脚

时钟与复位管脚

block-level的接口协议

port-level的接口协议

管脚综合与OpenCL

block-level的接口协议

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Manage Interface

在c语言的设计中，所有的输入输出操作都直接通过函数的参数（argument）来传递；在RTL设计中这些操作的进行都必须通过具体的I/O协议来完成。

vivado HLS通过两种方法来创建相应的IO 协议

Interface Synthesis：通过标准的工业接口来实现管脚创建。

手动确定接口：可以在源码中进行描述，这可以实现任意的IO协议。

当最高层级的函数被综合时，相应的参数就会被综合为RTL管脚，这个过程叫做接口综合。

例子：

• 这个程序里面包含两个输入，in1和in2
• 指针sum，对指针指向的位置行了读和写
• 函数return和temp值

这个函数被综合为下面 图1-37这个RTL块：

vivado HLS在RTL设计中创建了三个类型的管脚

• 时钟和复位管脚ap_clk和ap_rst
• block level的接口协议，这些在图1-37中显示：ap_start、ap_done、ap_ready、ap_idle
• port level的接口协议，这些接口为顶层函数中的参数创建，in1、in2、sum_i、sum_o、sum_o_ap_vld、ap_return

时钟与复位管脚

若是设计需要大于一个时钟周期才能结束，则需要一个时钟管脚和复位管脚，添加板子enable管脚可以在Solution > Solution Settings > General and config_interface configuration. 更多相关信息在clock，reset，RTL output这一章中。我们暂不讨论。

block-level的接口协议

默认情况下，block-level的接口协议会被加入设计之中，这些信号会控制相应的block。ap_start：block可以处理数据，ap_ready：块可以接受数据   ap_idle：块空闲  ap_done：块已完成操作

port-level的接口协议

最终确认的一系列管脚是数据管脚，IO协议创建了一系列基于c语言参数的管脚。所有的IO协议如图1-39所示。port-level的IO协议用于将数据送入和送出block。

D：default

I：输入，只能read

O：输出，只能written to

IO：输入输出参数，能被read和witten。

default模式下，参数值和指针的port是简单的线连接，并不需要handshaking signal，例如上面的程序例子中输入端口就没有相应的IO协议，如果port没有IO协议，则输入数据必须保持稳定直到它被接受。

default模式下，输出的信号必须连带一个output valid signal来说明输出数据是有意义的。上面的例子中，输出的port就是连带一个output valid signal：sum_o_ap_vld。 如果没有IO协议的话，很难知道输出端口什么时候会输出数据，因此尽量要在output上运用IO协议。

如果函数有一个返回值，则ap_return就被用于提供返回值，当block-level的协议用ap_done说明函数被执行完毕，同时说明ap_return是有效的并且可以被读取。（注意，返回值不能是指针）。

可以根据图1-38理解一下相应管脚的意思。

• ap_start高位的时候，函数开始
• ap_idle低位的时候表示程序正在运行
• 输入数据会在第一个时钟之后的时钟读取，ap_ready信号在所有数据读取完之后会高位。
• 输出sum被计算出之后，output handshake : sum_o_ap_vld高位表明数据可读。
• ap_idle高位表明程序可以再次开始。

管脚综合与OpenCL

• 在综合过程中，vivado HLS会把OpenCL的API C综合为下面这些：
• 所有scalar的接口和block level的接口会被综合为单个AXI4-Lite接口
• 所有数组和指针会被综合为单个AXI4接口（关于AXI4-lite与AXI4协议有何区别）

block-level的接口协议

block-level的接口协议是ap_ctrl_none和ap_ctrl_hls和ap_ctrl_chain. 这些只能在函数和函数返回时用。即使函数没有返回值，block-level的协议依然可以被当作函数返回来用。

ap_ctrl_hs

未完 UG 902 的 P91附近