目录
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- 一、引言
- 二、案例
- 三、实验
- 四、小结
- 五、时间线
一、引言
之前HLS工具帮忙生成的m_axi和s_axi接口，可以很简单的挂接到PS端，进行通信。这次学习的是其他接口的lab，这些接口虽然不能直接与PS端进行通信，但与dma等模块进行组合后，也可以完成与PS端的通信。
之所以要学其他接口，是因为m_axi和s_axi接口功能特定，无法自己更改成自己想要的读写方式。
HLS生成电路：接口功能+模块功能，都可以按照自己的想要的生成。
涉及的接口：ap_hs、ap_fifo、ap_ack、ap_vld、ap_ovld、ap_stable、ap_memory、ap_none和ap_bus。
二、案例
以一个FIR（有限冲击响应滤波器）的例子，来实验这些接口。
1、fir.h文件。
#ifndef __FIR_H__
#define __FIR_H__
typedef int dtype;
// volatile表示不要对变量进行优化。 为了防止同个变量名读出的结果一直一样，避免被优化掉。
void fir(volatile dtype *in,volatile dtype *out,unsigned int length);
#endif
2、fir.cpp文件。
#include "fir.h"
void fir(volatile dtype *in,volatile dtype *out,unsigned int length)
{
dtype para1,para2,para3; // 3个参数，表示3个抽头的滤波器。
para1=1;para2=1;para3=1;
dtype d0=0,d1=0,d2=0;
for(int i=0;i<length;i++)
{
// 每次进来一个数in，就把该数保存到d1里，而d1又把数保存到d2中，如此往复。
// 每次进来一个数，先做延迟，一个in的就产生一个out出去。
d2=d1;d1=d0;d0=*in;
*out=para1*d0+para2*d1+para3*d2;
}
}
3、main.cpp文件。
#include "fir.h"
int main()
{
dtype in[10];
dtype out[10];
// 赋值
for(int i=0;i<10;i++)
{
in[i]=1;
}
// 进去10个数，出来10个数
fir(in,out,10);
return 0;
}
4、预期目标。
一个周期，in一个数，out一个数。至少周期数是length。
三、实验
1、第一次尝试。
第一次综合的结果出现了问号，这是因为length的长度是不确定的，综合工具也不知道需要多少个latency才能完成一个功能。一种比较笨的方法，是可以直接把length改成定值，后续再改回来就好，但比较麻烦。有一个选项可以告诉HLS循环多少次，在Vivado HLS Directive Editor的LOOP_TRIPCOUNT中，等价于#pragma HLS LOOP_TRIPCOUNT min=100 max=100 avg=100命令。这个命令只对性能评估有作用，解决问号的问题，但对模块的功能，并没有影响。
添加命令后的测试结果。
2、第二次尝试。
首先，看接口部分，in_r的接口类型默认是ap_none，只有一个端口，没有啥使能之类的。out_r的类型是ap_vld，表示还有一个out_r_ap_vld信号，当out_r输出一次时，就会拉高一个周期的out_r_ap_vld脉冲信号，连续输出十次，就出现拉高out_r_ap_vld信号十个周期。
为了做接口部分的修改，先对接口做一个学习。这些接口可以在选项卡中看到。
1°ap_none：仅仅有数据，没有数据有效信号的这种接口，就是ap_none。测试时，把out_r信号的接口给改成ap_none，发现也确实没有了vld信号。这种ap_none在一个地方有用到，就是组合逻辑的实现时。
2°ap_vld：产生一个数据有效的标志。因为，在1°提到的，在数据传输中，如果只单独有数据信号，在传输中无法判断哪些信号是有效的，必须要一个数据有效信号，而ap_vld接口就产生了这种数据的有效信号。再举个输入的例子，如果把in的接口设成ap_vld，那么当数据输入时，也会有一个数据的有效信号输入，如果模块需要检测到4个数据输入后，再进行工作，就会不断等待4个vld的标志。如果在输出模块与输入模块之间，都使用ap_vld接口，可以实现点对点的通信，也即相连基本没有阻碍。但也会存在一个问题，就是后面一个模块是否可以接收数据，前一个模块是不知道的，如果一直发出去，后一个模块无法接收，那还是会出错。需要一个ready反馈信号，变成了3°中的ap_hs信号。
3°ap_hs：handshake，即握手信号，后续用的非常多的一个接口类型。握手是为了解决模块间是否能通信而诞生的，之前在AXI等很多地方都学过，但一直无法很有把握说自己懂了，这次用一段篇幅整理下。
3_1°举一个例子，A模块需要通过握手信号，往B模块中传4个数据。握手信号包括vld和ready两个。
3_2°当A模块数据准备好，放在数据线上后，开始拉高vld信号，但ready信号还是低的，表示模块B没有准备好接收数据。
3_3°当B准备好可以接收数据时，ready信号被拉高，此时满足了vld&ready的结果为1的条件，放在数据线上的数据就被传入B模块了。
3_4°B接收完数据。vld信号为高，表示A模块待输出的下一个数据也准备好了，放在数据线上了。但B模块还无法接收，所以数据在数据线上一直保持，直到ready为1，可以接收。并且后面ready和vld持续为1，表示同时发送和接收多个数据了。
3_5°vld为0时，表示A模块数据还没有准备好，需要等待下，即使此时ready为1，B模块可以接数据了，数据线上没准备好的数据，也不会传输到B模块中。
3_6°这里将输入接口和输出接口设为ap_hs，可以发现输出多了一个ack信号，就是之前讲的ready信号。
3_7°仿真跑跑波形。得到下面的图。
4°ap_ack：这种接口相当于ap_hs的特例，即原来的vld信号给去除掉了。数据传输时只有data和ack两根线，当后一级模块需要接收X个数据时，就会发出X个脉冲的ack信号，而前一级模块收到ack为1的情况，就会把数据传输给后一级模块。这种接口适合于前一级模块的数据都是有效的情况。这种接口其实不是很保险，因为前一级模块的数据很难做到都有效，或者说很难ack一为高，数据就准备好。
5°ap_fifo：和ap_hs非常的像，会形成一个fifo的通路，ap_hs中的vld和ready相当于ap_fifo中的wr_en和full（read和empty）。更改后综合的效果如下面这图。
5°ap_ovld：这种接口和ap_vld基本是一样的，没啥区别，只是将输入的信号设为ap_ovld后，是没有效果的，只针对输出有效。但ap_vld对输入和输出都是有效的。
6°ap_stable：这个接口和ap_none很像，用于表示某个接口的信号在一次工作期间都是稳定的，用在配置寄存器中非常多，比如fir模块中的length就可以做成ap_stable的形式，每次工作期间都是个常数，但这次工作和下次工作期间可能会发生变化。再举个例子：卷积运算时需要KX和KY来配置kernel的大小，33或55，先配置好，单次运算的过程中，并不会发生改变。
7°ap_memory：之前数组就是这种，假设数据来源于存储器的接口。
7°ap_bus：这种接口是Xilinx自己定义的一个接口，基本上用不着。通常都是用ap_hs来代替其。
四、小结
ap_hs最重要，很多都是其变形。ap_stable也是个重点。
五、时间线
一些关键时间点的记录：
2021年04月13日：学习各种接口，并综合测试。
后续可能做的工作：暂无，但接口的很多思想可以在其他功能设计中体现。