【ZYNQ】教你用 Vivado HLS 快速设计一个 IP

Xilinx 推出的 Vivado HLS 工具可以直接使用 C、C++或 System C 来对 Xilinx 系列的 FPGA 进行编程，从而提高抽象的层级，大大减少了使用传统 RTL 描述进行 FPGA 开发所需的时间。

Vivado HLS 的功能简单地来说就是把 C、C++ 或 SystemC 的设计转换成 RTL 实现，这样就可以在 Xilinx FPGA 或 Zynq 芯片的可编程逻辑中综合并实现，我们仍然是在进行硬件设计，只不过使用的不再是硬件描述语言。

以实现 LED 闪烁为例，通过使用 HLS 生成一个 LED 闪烁 IP，并导入到 Vivado 中验证，学习掌握使用 HLS 快速设计 IP 的方法。

• 开发环境：Windows

• 软件版本：Vivado 2017.4

• 验证平台：黑金 ZYNQ 7035

HLS 设计

• 打开 HLS，点击 Create New Project：

• 填写工程名字，选择工程保存路径，注意不可包含中文，点击 Next：

• 填写顶层函数名字，点击 Next：

• 暂时不添加文件，点击 Next：

• Clock Period 为运行时钟的周期，默认是 10ns，Clock Uncertainty 默认为时钟周期的 12.5%。点击 ... 选择芯片类型：

• 我们使用的验证板卡为黑金的 ZYNQ7035 开发板，搜索选中 xc7z035fbg676，点击 OK：

• 点击 Finsh，工程配置完成：

• 等待工程创建完毕，如图所示：

• 添加源文件，右键 Source-->New File：

• 在工程目录下新建 src 文件夹，创建 .c 文件，文件命名和顶层函数一致：

• 在源文件中添加源代码，代码功能是实现一个 LED 的闪烁：

#include <ap_cint.h>

#define DELAY 50000000

void led_ctrl(uint1 *led)
{
    int i = 0;

    for(i = 0; i < DELAY; i++)
    {
        if(i < DELAY / 2)
        {
            *led = 1;
        }
        else
        {
            *led = 0;
        }
    }
}

• 如下图所示：

• 点击 Run C synthesis 对代码进行综合：

• 综合完成后可以查看综合报告：

• 重点关注生成的接口信息，如图所示：

• 此次我们实现的功能相对比较简单，采用更为简单的 ap_ctrl_none 和 ap_none 协议来综合，在源代码中添加两行指令：

#pragma HLS INTERFACE ap_none port=led
#pragma HLS INTERFACE ap_ctrl_none port=return

• 保存后再次进行综合：

• 综合完成后查看综合报告，端口简化了许多：

• 点击 Export RTL 导出 IP：

• 保持默认设置，点击 OK：

• 等待导出完成：

• 在目录下可以看到导出的 IP：

• 如果在导出 RTL 时报如下错误：

• 参考解决方案：HLS 2017.4 导出 RTL 报错：ERROR: [IMPL 213-28] Failed to generate IP.

IP 验证

• 创建 Vidado 基础工程，在工程目录下创建 ip_repo 文件夹，将 HLS 创建的 IP 复制过来并解压缩：

• 在 Vivado 中导入创建的 IP，点击菜单栏 Tool-->Settings：

• 点击 IP --> Repository，点击右侧 + 号：

• 找到 IP 存放路径，点击 Select：

• 在弹出的界面中可以看到已经识别出来的 IP，点击 OK：

• 创建 Block Design，首先导入一个 Utility Vector Logic：

• 将其配置成 1 位位宽的非门：

• 导入我们创建的 IP：

• 如图连接两个 IP 并创建外部端口：

• 选择 Validate Design 验证设计，验证无误后保存设计：

• 执行 Generate Output Products 和 Create HDL Wrapper：

• 由于验证板卡时钟为差分输入，这里将 wrapper 文件稍作修改：

• 添加约束文件：

• 点击 Generate Bitstream，对设计进行综合、实现、并生成 Bitstream 文件。

板级验证

• 将比特流文件下载到开发板中，实现效果：

参考来源

• 正点原子领航者
• 黑金 ZYNQ7035

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