Harvest Guo : xilinx
指針作為C語言精華，對于軟件設計者比較好理解，但是在xilinx vivado HLS高級語言綜合的設計中，由于其綜合后對應的硬件元素難以用軟件的概念解釋，常常令程序設計者和VHLS工具使用者頭痛。本文采用淺顯易懂的描述方式，結合具體的c代碼例子，詳細描述了常用三種指針的設計類型，以及其作為頂層函數(shù)參數(shù)時，采用不同的編碼風格和HLS約束策略，滿足設計者對指針作為RTL接口的需求。
- 1. 基本指針類型
基本指針類型指的是指針沒有運算或者沒有多次的存?。ㄗx寫）。指針作為top函數(shù)的參數(shù)時，指針綜合為wire型或者握手協(xié)議類型接口。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 基本類型指針作為頂層函數(shù)參數(shù)
在這個例子中，只是簡單的讀寫指針指向的變量值，并沒有對指針做偏移或者指針（地址）運算，其接口綜合為線
指針作為top層函數(shù)參數(shù)，并且函數(shù)中有對指針運算時，我們稱之為指針運算類型。指針運算常常限制指針可能綜合的接口類型
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 指針運算類型作為頂層函數(shù)參數(shù)
下面代碼例子1-3是這個指針運算類型仿真的testbench。因為函數(shù)pointer_arith內部的for循環(huán)進行數(shù)據(jù)累加，testbench通過數(shù)組d[5]分配了地址空間并對數(shù)組賦值。
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 指針運算類型作為頂層函數(shù)參數(shù)的testbench
在C編譯環(huán)境下仿真上面例子1-3的代碼，結果如下：
Din Dout
0 1
1 3
2 6
3 10
Test passed!
指針運算帶來的問題是，通常情況下，指針偏移是不規(guī)則的，不能按順序存取指針數(shù)據(jù)。而Wire，握手類型或者Fifo接口類型沒有辦法亂序存取數(shù)據(jù)。
對于wire類型接口來說，當設計本身準備好接收數(shù)據(jù)時可以讀入數(shù)據(jù)，或者當數(shù)據(jù)準備好ready時，可以寫出數(shù)據(jù)。對握手和Fifo類型接口，當控制信號允許操作進行時，讀入或寫出數(shù)據(jù)。
在上面wire,握手或者FIFO類型接口的情況下，數(shù)據(jù)從0元素開始，必須按順序到達（寫入）。在指針運算的例子1-2中，第一個數(shù)據(jù)從索引1開始讀入（i從0開始，0+1=1），對應于testbench中數(shù)據(jù)d[5]的第二個元素。
當這種情況在硬件應用時，需要某種格式的數(shù)據(jù)索引，這種情況對于wire類型，或者握手類型還是Fifo類型來說，都不支持。像上例1-2指針運算的代碼，只能綜合成ap_bus接口，因為這種接口帶有地址，當數(shù)據(jù)存取（讀寫）時，用于對應的數(shù)據(jù)索引指示。
還有一種方法，代碼必須修改成如下例子1-4的風格，用數(shù)據(jù)array作為接口替代指針。這種方法應用了array作為top層參數(shù)時綜合成RAM接口（ap_memory）的原理，memory接口可以用地址作為數(shù)據(jù)的索引并且可以亂序執(zhí)行，不必順序存取操作。
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 指針運算類型作為頂層函數(shù)參數(shù)修改為array
Wire類型、握手類型或Fifo類型接口僅僅可用在數(shù)據(jù)流方式，因此不能用在與指針運算相關的地方（除非數(shù)據(jù)從索引0開始并順序處理）。同時注意，如果想綜合為FIFO接口，Fifo接口類型必須是只讀或者只寫，不能有讀又有寫操作。
多次讀寫指針類型一般用作描述一個數(shù)據(jù)流方式的接口。
當top層函數(shù)參數(shù)使用指針，函數(shù)體對指針進行多次存取操作時，必須仔細考慮。在同一函數(shù)中對一個指針多次的讀或者
如果設計模型要求函數(shù)參數(shù)指針多次存取，推薦使用數(shù)據(jù)流模式模型化設計，使用數(shù)據(jù)流模型可以避免我們將會在
這個章節(jié)使用設計例子1-5 糟糕的數(shù)據(jù)流類型指針（pointer_stream_bad）解釋，當多次存取指針時，為什么要使用volatile限定符。同時使用設計例子1-8 好的數(shù)據(jù)指針類型（pointer_stream_better）來說明，為什么當top層函數(shù)參數(shù)包含有這種指針接口的設計時，應該用C testbench仿真驗證確保設計的行為級模型正確。
在下面的例子1-5中，指針d_i讀了4次并且d_o寫了2次，設計的本意是存取操作通過fifo接口，綜合后的RTL以數(shù)據(jù)流的方式讀入或者寫出數(shù)據(jù)。
void pointer_stream_bad ( dout_t *d_o, din_t *d_i) {
din_t acc = 0;
acc += *d_i;
acc += *d_i;
*d_o = acc;
acc += *d_i;
acc += *d_i;
*d_o = acc;
}
例子1-5 糟糕的數(shù)據(jù)流指針類型
用于驗證的C testbench如下：
int main () {
din_t d_i;
dout_t d_o;
int retval=0;
FILE *fp;
// Open a file for the output results
fp=fopen("result.dat","w");
// Call the function to operate on the data
for (d_i=0;d_i<4;d_i++) {
pointer_stream_bad(&d_o,&d_i);
fprintf(fp, "%d %d\n", d_i, d_o);
}
fclose(fp);
// Compare the results file with the golden results
retval = system("diff --brief -w result.dat result.golden.dat");
if (retval != 0) {