指针作为C语言精华,对于软件设计者比较好理解,但是在xilinx vivado HLS高级语言综合的设计中,由于其综合后对应的硬件元素难以用软件的概念解释,常常令程序设计者和VHLS工具使用者头痛。本文采用浅显易懂的描述方式,结合具体的c代码例子,详细描述了常用三种指针的设计类型,以及其作为顶层函数参数时,采用不同的编码风格和HLS约束策略,满足设计者对指针作为RTL接口的需求。
1. 基本指针类型
基本指针类型指的是指针没有运算或者没有多次的存取(读写)。指针作为top函数的参数时,指针综合为wire型或者握手协议类型接口。如下例子1-1:
void pointer_basic (dio_t *d) {
staTIc dio_t acc = 0;
acc += *d;
*d = acc;
}
例子1-1 基本类型指针作为顶层函数参数
在这个例子中,只是简单的读写指针指向的变量值,并没有对指针做偏移或者指针(地址)运算,其接口综合为线型的RTL接口。
2. 指针运算类型。
指针作为top层函数参数,并且函数中有对指针运算时,我们称之为指针运算类型。指针运算常常限制指针可能综合的接口类型。如下例中,指针做了偏移运算用于累加数据,从第二个值开始读出累加,并将每次累加结果写入上一个地址中。
void pointer_arith (dio_t *d) {
staTIc int acc = 0;
int i;
for (i=0;i《4;i++) {
acc += *(d+i+1);
*(d+i) = acc;
}
}
例子1-2 指针运算类型作为顶层函数参数
下面代码例子1-3是这个指针运算类型仿真的testbench。因为函数pointer_arith内部的for循环进行数据累加,testbench通过数组d[5]分配了地址空间并对数组赋值。
int main () {
dio_t d[5], ref[5];
int i, retval=0;
FILE *fp;
// Create input data
for (i=0;i《5;i++) {
d[i] = i;
ref[i] = i;
}
// Call the funcTIon to operate on the data
pointer_arith(d);
// Save the results to a file
fp=fopen(“result.dat”,“w”);
printf(“ Din Dout\n”, i, d);
for (i=0;i《4;i++) {
fprintf(fp, “%d \n”, d[i]);
printf(“ %d %d\n”, ref[i], d[i]);
}
fclose(fp);
// Compare the results file with the golden results
retval = system(“diff --brief -w result.dat result.golden.dat”);
if (retval != 0) {
printf(“Test failed!!!\n”);
retval=1;
} else {
printf(“Test passed!\n”);
}
// Return 0 if the test
return retval;
}
例子1-3 指针运算类型作为顶层函数参数的testbench
在C编译环境下仿真上面例子1-3的代码,结果如下:
Din Dout
0 1
1 3
2 6
3 10
Test passed!
指针运算带来的问题是,通常情况下,指针偏移是不规则的,不能按顺序存取指针数据。而Wire,握手类型或者Fifo接口类型没有办法乱序存取数据。
对于wire类型接口来说,当设计本身准备好接收数据时可以读入数据,或者当数据准备好ready时,可以写出数据。对握手和Fifo类型接口,当控制信号允许操作进行时,读入或写出数据。
在上面wire,握手或者FIFO类型接口的情况下,数据从0元素开始,必须按顺序到达(写入)。在指针运算的例子1-2中,第一个数据从索引1开始读入(i从0开始,0+1=1),对应于testbench中数据d[5]的第二个元素。
当这种情况在硬件应用时,需要某种格式的数据索引,这种情况对于wire类型,或者握手类型还是Fifo类型来说,都不支持。像上例1-2指针运算的代码,只能综合成ap_bus接口,因为这种接口带有地址,当数据存取(读写)时,用于对应的数据索引指示。
还有一种方法,代码必须修改成如下例子1-4的风格,用数据array作为接口替代指针。这种方法应用了array作为top层参数时综合成RAM接口(ap_memory)的原理,memory接口可以用地址作为数据的索引并且可以乱序执行,不必顺序存取操作。
void array_arith (dio_t d[5]) {
staTIc int acc = 0;
int i;
for (i=0;i《4;i++) {
acc += d[i+1];
d[i] = acc;
}
}
例子1-4 指针运算类型作为顶层函数参数修改为array
Wire类型、握手类型或Fifo类型接口仅仅可用在数据流方式,因此不能用在与指针运算相关的地方(除非数据从索引0开始并顺序处理)。同时注意,如果想综合为FIFO接口,Fifo接口类型必须是只读或者只写,不能有读又有写操作。
3. 多次读写(存取)指针类型
多次读写指针类型一般用作描述一个数据流方式的接口。
当top层函数参数使用指针,函数体对指针进行多次存取操作时,必须仔细考虑。在同一函数中对一个指针多次的读或者写,就会有多次指针存取发生,从而引起下列问题:
1. 对任何函数指针参数的多次存取要使用volatile限定符。
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