Synteza bloku wideo Vivado HLS IP: 12 kroków

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:03

Czy kiedykolwiek chciałeś przetwarzać wideo w czasie rzeczywistym bez dodawania dużych opóźnień lub w systemie wbudowanym? Czasami używa się do tego układów FPGA (Field Programmable Gate Arrays); jednak pisanie algorytmów przetwarzania wideo w językach specyfikacji sprzętu, takich jak VHDL lub Verilog, jest w najlepszym razie frustrujące. Wejdź do Vivado HLS, narzędzia Xilinx, które pozwala programować w środowisku C++ i generować z niego kod języka specyfikacji sprzętu.

Wymagane oprogramowanie:

• Vivado HLS
• Vivado
• (Jeśli korzystasz z rejestrów AXI) Vivado SDK

(Opcjonalnie) Pobierz przykłady wykonane przez Xilinx tutaj:

Przykłady wideo Xilinx HLS

Krok 1: Co to jest Vivado HLS?

Vivado HLS to narzędzie używane do przekształcania kodu podobnego do c++ w struktury sprzętowe, które można zaimplementować na FPGA. Zawiera IDE do tego rozwoju. Po zakończeniu opracowywania kodu dla HLS możesz wyeksportować wygenerowany adres IP w formacie do użytku z Vivado.

Pobierz załączone pliki i umieść je w pobliżu miejsca, w którym będziesz tworzyć swój projekt. (zmień ich nazwę z powrotem na „top.cpp” i „top.h”, jeśli mają losową nazwę)

Krok 2: Biblioteka wideo HLS

Biblioteka wideo HLS ma dokumentację z projektami referencyjnymi w tym dokumencie: XAPP1167 Innym dobrym źródłem jest strona Wiki Xilinx na ten temat.

Uruchom Vivado HLS.

Utwórz nowy projekt.

Pobierz pliki pobrane w poprzednim kroku i dodaj je jako pliki źródłowe. (Uwaga: pliki nie są kopiowane do projektu, lecz pozostają tam, gdzie są)

Następnie użyj przycisku Przeglądaj, aby wybrać górną funkcję.

Na następnej stronie wybierz część Xilinx, której używasz.

Krok 3: Syntetyzowanie

Rozwiązanie => Uruchom syntezę C => Aktywne rozwiązanie

Po ~227.218 sekundach powinno być zrobione. (Uwaga: rzeczywisty czas syntezy będzie się różnić w zależności od wielu czynników)

Krok 4: Wersjonowanie i inne informacje do eksportu

Numery wersji współdziałają z Vivado, aby umożliwić aktualizację adresu IP w projekcie. Jeśli jest to drobna zmiana wersji, można to zrobić na miejscu, podczas gdy główne zmiany wersji wymagają ręcznego dodania nowego bloku i usunięcia starego. Jeśli interfejsy nie uległy zmianie, a aktualizacja wersji jest niewielka, można ją zaktualizować odbywa się to całkowicie automatycznie, naciskając przycisk aktualizacji adresu IP. Możesz uruchomić „report_ip_status” w konsoli Vivado tcl, aby sprawdzić stan swojego adresu IP.

Ustaw numery wersji i inne informacje w Rozwiązanie => Ustawienia rozwiązania…

Alternatywnie te ustawienia można ustawić podczas eksportu.

Krok 5: Eksportowanie do biblioteki IP Vivado

Rozwiązanie => Eksportuj RTL

Jeśli nie ustawiłeś szczegółów biblioteki IP w poprzednim kroku, możesz to zrobić teraz.

Krok 6: Analiza syntezy i eksportu

Na tym ekranie możemy zobaczyć statystyki dotyczące naszego wyeksportowanego modułu, pokazujące, że spełnia on nasz okres zegara wynoszący 10 ns (100 MHz) i ile każdego zasobu wykorzystuje.

Dzięki połączeniu tego, naszego raportu syntezy i naszej analizy Dataflow, możemy zobaczyć, że zajmuje to 317338 cykli zegara * okres zegara 10ns * 14 etapów potoku = 0,04442732 sekundy. Oznacza to, że całkowite opóźnienie dodane przez nasze przetwarzanie obrazu jest mniejsze niż jedna dwudziesta sekundy (przy taktowaniu docelowym 100 MHz).

Krok 7: Dodawanie biblioteki IP w Vivado

Aby użyć zsyntetyzowanego bloku IP, musisz dodać go do Vivado.

W Vivado dodaj repozytorium IP do swojego projektu, przechodząc do katalogu IP i klikając prawym przyciskiem myszy „Dodaj repozytorium…”

Przejdź do katalogu projektu Vivado HLS i wybierz katalog swojego rozwiązania.

Powinien zgłosić adres IP, który znalazł.

Krok 8: Wykonanie aktualizacji

Czasami musisz wprowadzić zmiany w swoim bloku HLS po włączeniu go do projektu Vivado.

Aby to zrobić, możesz wprowadzić zmiany i ponownie zsyntetyzować i wyeksportować adres IP z wyższym numerem wersji (zobacz szczegóły we wcześniejszym kroku dotyczące zmian głównego/pobocznego numeru wersji).

Po zmianie eksportu nowej wersji odśwież swoje repozytoria IP w Vivado. Można to zrobić, gdy Vivado zauważy zmianę adresu IP w repozytorium lub aktywować ręcznie. (Uwaga, jeśli odświeżysz repozytoria adresów IP po uruchomieniu, ale przed zakończeniem eksportu w HLS, adresu IP tymczasowo nie będzie, poczekaj na zakończenie i odśwież ponownie.)

W tym momencie powinno pojawić się okno z informacją, że adres IP na dysku został zmieniony i daje możliwość jego aktualizacji za pomocą przycisku „Aktualizuj wybrane”. Jeśli zmiana była drobną zmianą wersji i żaden z interfejsów się nie zmienił, następnie naciśnięcie tego przycisku automatycznie zastąpi stary adres IP nowym, w przeciwnym razie może być wymagana więcej pracy.

Krok 9: Dodatkowe szczegóły i informacje

Poniższe kroki zawierają więcej informacji o tym, jak działa synteza HLS i co można z nią zrobić.

Aby zapoznać się z przykładem projektu używającego bloku IP zsyntetyzowanego przez HLS, zobacz tę instrukcję.

Krok 10: Wyjście i wejście

Wyjścia i wejścia do końcowego bloku IP są określane na podstawie przeprowadzonej przez syntezator analizy przepływu danych do iz górnej funkcji.

Podobnie jak w VHDL lub verilog, HLS pozwala określić szczegóły dotyczące połączeń między IP. Poniższe wiersze są tego przykładem:

void image_filter(AXI_STREAM& video_in, AXI_STREAM& video_out, int&x, int&y) {

#pragma HLS INTERFACE axis port=video_in bundle=INPUT_STREAM #pragma HLS INTERFACE axis port=video_out bundle=OUTPUT_STREAM #pragma HLS INTERFACE s_axilite port=x bundle=CONTROL_BUS offset=0x14#pragma HLS INTERFACE s_axilite port=y bundle=CONTROL_BUS offset

Możesz zobaczyć, w jaki sposób te dyrektywy wpływają na porty wyświetlane w bloku IP.

Krok 11: Interfejs rejestru AXI

Aby uzyskać wejście/wyjście do/z twojego bloku IP do PS, dobrym sposobem na zrobienie tego jest użycie interfejsu AXI.

Możesz określić to w swoim kodzie HLS, w tym przesunięcia, które będą używane do późniejszego dostępu do wartości w następujący sposób:

void image_filter(AXI_STREAM& video_in, AXI_STREAM& video_out, int&x, int&y) {

#pragma INTERFEJS HLS s_axilite port=x bundle=CONTROL_BUS offset=0x14

#pragma INTERFEJS HLS s_axilite port=y bundle=CONTROL_BUS offset=0x1C #pragma HLS przepływ danych

x = 42;

y = 0xDEADBEEF; }

Po prawidłowym połączeniu w Vivado możesz uzyskać dostęp do wartości za pomocą tego kodu w Vivado SDK:

#include "parametry.h"

#define xregoff 0x14 #define yregoff 0x1c x = Xil_In32(XPAR_IMAGE_FILTER_0_S_AXI_CONTROL_BUS_BASEADDR+xregoff); y = Xil_In32(XPAR_IMAGE_FILTER_0_S_AXI_CONTROL_BUS_BASEADDR+yregoff);

Dzięki temu otrzymasz 42 w x i 0xdeadbeef w y

Krok 12: Pragma przepływu danych

Wewnątrz #pragma DATAFLOW sposób implementacji kodu zmienia się z normalnego C++. Kod jest potokowy, dzięki czemu wszystkie instrukcje są uruchamiane przez cały czas w różnych częściach danych (pomyśl o tym jak o linii montażowej w fabryce, każda stacja pracuje nieprzerwanie wykonując jedną funkcję i przekazując ją do następnej stacji)

z obrazka widać, że każda z dyrektyw

Pomimo tego, że wydają się być normalnymi zmiennymi, obiekty img są w rzeczywistości zaimplementowane jako małe bufory między poleceniami. Używanie obrazu jako danych wejściowych do funkcji „zużywa” go i sprawia, że nie można już z niego korzystać. (Stąd potrzeba duplikatów poleceń)