HLS：数据类型学习与综合测试_ap_fixed

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一、引言

在HLS中使用float、double等浮点数据类型，会消耗大量的FPGA资源。本次Lab学学HLS中的很多数据类型。

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二、自定义精度整型

任意精度的整数。

除了一些常用的乘加运算，还有如下的。

1、Concatenation运算：拼接运算，可以把两个ap_int<>变量拼起来，后面一列说了用法。
2、Range运算：取出某些bit位。用于长位宽数据中，某些bit可能有特殊含义时使用。
3、主要用到的，也就红色和绿色框中的一些计算。绿色框的是按位与…等。

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三、自定义定点数

为了替换float和double而用。

描述：ap_fixed<W,I,Q,O> 变量名

解释1：W为定点数数据的总位宽，I为定点数数据的整数部分。I的值越高，数据能表示的范围越大，但对应的精度会变小。比如：
ap_fixed<12,11> var2; —— 有11位整数部分的数据，小数部分的精度只有0.5。
解释2：Q为round mode取舍设置的值，O为saturation mode溢出设置的值，通常选用SC_RND和SC_SAT。SC_RND为四舍五入的方式。SC_SAT为溢出时选范围内最大的那个数。

更详细的内容，可以查看UG902。后续有机会再继续补充这部分详细的例子。

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四、实验程序

1、datatype.h文件。

#ifndef __DATATYPE_H__
#define __DATATYPE_H__

#include <ap_fixed.h>
#include <ap_int.h>

// 位宽的设计需要自己验证，这里dtype_mul为6可能是会溢出的。
typedef ap_int<4> dtype_in;
typedef ap_int<8> dtype_mul;
typedef ap_int<11> dtype_out;

void datatype_test(dtype_in in1[8],dtype_in in2[8],dtype_out *out);

#endif
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2、datatype.cpp文件。

#include "datatype.h"
// 把in1和in2的8个元素两两相乘，结果放到tp，并求和
void datatype_test(dtype_in in1[8],dtype_in in2[8],dtype_out *out)
{
	dtype_mul tp[8];
	for(int i=0;i<8;i++)
	{
		tp[i]=in1[i]*in2[i];
	}
	dtype_out sum=0;
	for(int i=0;i<8;i++)
	{
		sum+=tp[i];
	}
	*out=sum;
}
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3、main.cpp文件。

#include "datatype.h"

int main()
{
	dtype_in in1[8];dtype_in in2[8];dtype_out out;

	for(int i=0;i<8;i++)
	{
		in1[i]=i;
		in2[i]=-i;
	}

	datatype_test(in1,in2,&out);
}
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4、设计预期。
使用组合逻辑的方式，来完成模块功能。HLS使用这东西做组合逻辑，很方便，性能也不错。

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五、实验测试

1、没有优化时的结果，非组合逻辑的目标。花费了34个时钟周期。

2、添加下面命令RESHAPE后。

#pragma HLS ARRAY_RESHAPE variable=in2 complete dim=1
#pragma HLS ARRAY_RESHAPE variable=in1 complete dim=1
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综合后的接口已经变成32bit，但out接口为ap_vld类型，需要将其变为ap_none，用于组合逻辑的接口。

但此时循环并没有展开，还不是并行的，需要使用UNROLL和PIPELINE来实现。

3、UNROLL和PIPELINE操作。

#pragma HLS UNROLL
#pragma HLS LATENCY min=0 max=0
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时钟复位都没有了，已经变成组合逻辑了，但接口部分还没有设置完，组合逻辑也不需要start、done还有ap_vld的接口。

4、接口修改。

	#pragma HLS INTERFACE ap_none port=in2
	#pragma HLS INTERFACE ap_none port=out
	#pragma HLS INTERFACE ap_none port=in1
	#pragma HLS INTERFACE ap_ctrl_none port=return
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5、数据类型运算测试。

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六、补充内容

数学函数库的支持。

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七、时间线

一些关键时间点的记录：

2021年04月13日：数据类型学习，定点数的初步学习。
后续可能做的工作：UG902手册中相关部分和例子的学习。