软件工程师也可以做硬件开发：软件工程师使用Vivado HLS的快速入门

HLS可以用于将C语言函数转换成硬件模块。这是一个革命性的工具，从此软件人员也可以创建硬件模块。下面从软件工程师的角度，介绍使用HLS创建硬件模块时的注意事项。为了避免重复，请先阅读UG871 《Vivado Design Suite Tutorial: High-Level Synthesis》。

进行硬件加速，要先准备好用来生成硬件模块的函数，它需要保存在一个单独的文件里。在创建工程时，指定它做为顶层函数。同时也要准备一个实现相同功能的函数，它不会被生成硬件模块，用于验证硬件模块的功能是否正确。最后还要准备一个测试的main（）函数，它分别调用前面所述的两个软件函数，并比较它们输出的结果是否一致。在C语言验证和RTL验证时，HLS工具都会调用它。
创建HLS工程的具体步骤，请参考UG871 《Vivado Design Suite Tutorial: High-Level Synthesis》。假设已经创建好HLS工程。下面介绍最基本的约束。

下面是一个典型的C语言函数。

long long cmplx_dot_st_1port
(
long long* p_a,
unsigned int ui_vector_length,
unsigned int ui_test_param[2]
)

上面这个函数中，p_a是一个指针,用于存放有用于存储大量输入/输出数据。CPU执行这个函数时，CPU指令会读写其中的数据。如果C语言函数转换成硬件模块，可以生成AXI Master接口，由硬件模块自动读取数据，相当于集成了一个DMA控制器；也可以生成AXI Stream接口，AXI Stream Slave接口接受其它数据源生成的数，AXI Stream master接口可以作为数据源。指针原来是32位的。为了提高带宽，这个函数中将其改成了64位的指针。下面是为其生成AXI Master接口的约束：
#pragma HLS RESOURCE variable=p_a core=AXI4M
#pragma HLS INTERFACE ap_bus depth=1024 port=p_a

为指p_a生成AXI Stream接口的约束：
#pragma HLS INTERFACE axis port= p_a

ui_vector_length是一个输入参数，指定buffer的长度。转换成硬件模块后，会生成一个可写的寄存器，可以由AXI Lite总线访问，由CPU写入长度。为输入参数ui_vector_length生成AXI Lite寄存器的约束：
#pragma HLS RESOURCE variable=ui_vector_length core=AXI4LiteS

HLS为它生成寄存器后，还会为其生成两个函数，用于设置和读取。
void XCmplx_dot_st_1port_SetUi_vector_length(XCmplx_dot_st_1port3a *InstancePtr, u32 Data)
u32 XCmplx_dot_st_1port_GetUi_vector_length(XCmplx_dot_st_1port3a *InstancePtr)

ui_test_param[2]是一个数组，既可以输入参数又可以输出参数。转换成硬件模块后，会生成可读可写的寄存器，因此硬件模块既可以从它得到从CPU输入的参数，也可以用它向CPU返回数据。由于硬件资源限制，这种数组不能太大。为数组生成寄存器的约束：

#pragma HLS RESOURCE variable=f_accum_param core=AXI4LiteS
#pragma HLS ARRAY_PARTITION variable=f_accum_param complete dim=1
HLS会为数组中每一个成员创建一个寄存器，也会创建对应寄存器的读写函数。

函数的返回值也需要创建寄存器，这样CPU读这个寄存器就可以得到返回值。为返回值创建寄存器的约束：
#pragma HLS RESOURCE variable=return core=AXI4LiteS

HLS同样会为返回值寄存器创建读写函数。
u64 XCmplx_dot_st_1port_GetReturn(XCmplx_dot_st_1port3a *InstancePtr);

如果是用户自己的函数，虽然参数个数和类型可能都不一样，都可以参照上述类型做约束。HLS生成的硬件模块的寄存器都是无符号32位数据。必要的时候，可以使用C语言的union来做类型转换。

约束好与CPU的接口后，需要考虑性能优化。HLS有很多性能优化的技巧。但是作为软件工程师，掌握基本的就可以了。“#pragma HLS DATAFLOW”是一个很有用的优化命令，可以给每个函数添加一个。“#pragma HLS PIPELINE”也是非常有用的优化命令，每个循环可以添加一个。这是最简单的优化，而且比较有效果。
然后就可以综合C语言的函数，HLS工具会报告生成的硬件模块的性能、资源情况。接下来导出硬件模块，做成IP，直接在Vivado IP Integrator里使用，做一个嵌入式系统。这种IP，可以给Zyqn中的ARM使用，也可以给MicroBlaze使用。最后编译Vivado工程，生成bit文件。

如果要替换原来的C语言函数，还需要为硬件模块写驱动。HLS自动为每个输入输出参数生成了读写函数。它还为控制硬件模块提供了下列控制函数。
void XCmplx_dot_Start(XCmplx_dot *InstancePtr);
u32 XCmplx_dot_IsDone(XCmplx_dot *InstancePtr);
u32 XCmplx_dot_IsIdle(XCmplx_dot *InstancePtr);
u32 XCmplx_dot_IsReady(XCmplx_dot *InstancePtr);

驱动函数的实现挺简单。第一步是先调用XCmplx_dot_IsReady( )函数检查硬件状态。如果是就绪状态，则进行第二步，调用输入参数的写函数，向硬件模块写入输入参数。第三步则是等待硬件模块完成运算，可以在循环中调用XCmplx_dot_IsDone( )函数检查。如果完成，则进行第四步，读取运算结果，比如调用XCmplx_dot_st_1port_GetReturn( ) 函数读取返回值；如果结果在输出参数中，则调用对应参数的读取函数得到结果。HLS生成的寄存器，都是32位的寄存器。HLS生成的驱动，缺省认为结果是无符号32位数。如果是其它类型，可以使用指针或者union来做转换。
比如要在64位数据、32位浮点数、32位整型数据之间做转换，可以使用下面的数据结构

struct u32_cmplx{
unsigned int real;
unsigned int img;
};

union ll_data_u
{
long long ll_data;
struct sp_cmplx cmplx_data;
struct u32_cmplx u32_cmplx_data;
};
从寄存器读到的数据，可以保存到u32_cmplx_data.real中；再以cmplx_data.real引用，就是浮点数。

用CPU做运算，CPU的运算能力通常是瓶颈。使用HLS生成硬件模块加速后，运算能力大大提高，通常运算能力都不再是瓶颈。很多时候，存储器和数据通道成了瓶颈。一个优化办法，就是提高数据通道的带宽。C语言里，经常用32位的指针。这种情况下，最好改成64bit的指针，可以提高数据通道的带宽，降低运算时间。