HLS可以用于將C語言函數(shù)轉(zhuǎn)換成硬件模塊。這是一個革命性的工具，從此軟件人員也可以創(chuàng)建硬件模塊。下面從軟件工程師的角度，介紹使用HLS創(chuàng)建硬件模塊時的注意事項。為了避免重復(fù)，請先閱讀UG871 《Vivado Design Suite Tutorial: High-Level Synthesis》。

進行硬件加速，要先準備好用來生成硬件模塊的函數(shù)，它需要保存在一個單獨的文件里。在創(chuàng)建工程時，指定它做為頂層函數(shù)。同時也要準備一個實現(xiàn)相同功能的函數(shù)，它不會被生成硬件模塊，用于驗證硬件模塊的功能是否正確。最后還要準備一個測試的main（）函數(shù)，它分別調(diào)用前面所述的兩個軟件函數(shù)，并比較它們輸出的結(jié)果是否一致。在C語言驗證和RTL驗證時，HLS工具都會調(diào)用它。
創(chuàng)建HLS工程的具體步驟，請參考UG871 《Vivado Design Suite Tutorial: High-Level Synthesis》。假設(shè)已經(jīng)創(chuàng)建好HLS工程。下面介紹最基本的約束。

下面是一個典型的C語言函數(shù)。

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

上面這個函數(shù)中，p_a是一個指針,用于存放有用于存儲大量輸入/輸出數(shù)據(jù)。CPU執(zhí)行這個函數(shù)時，CPU指令會讀寫其中的數(shù)據(jù)。如果C語言函數(shù)轉(zhuǎn)換成硬件模塊，可以生成AXI Master接口，由硬件模塊自動讀取數(shù)據(jù)，相當于集成了一個DMA控制器；也可以生成AXI Stream接口，AXI Stream Slave接口接受其它數(shù)據(jù)源生成的數(shù)，AXI Stream master接口可以作為數(shù)據(jù)源。指針原來是32位的。為了提高帶寬，這個函數(shù)中將其改成了64位的指針。下面是為其生成AXI Master接口的約束：
#pragma HLS RESOURCE variable=p_a core=AXI4M
#pragma HLS INTERFACE ap_bus depth=1024 port=p_a

為指p_a生成AXI Stream接口的約束：
#pragma HLS INTERFACE axis port= p_a

ui_vector_length是一個輸入參數(shù)，指定buffer的長度。轉(zhuǎn)換成硬件模塊后，會生成一個可寫的寄存器，可以由AXI Lite總線訪問，由CPU寫入長度。為輸入?yún)?shù)ui_vector_length生成AXI Lite寄存器的約束：
#pragma HLS RESOURCE variable=ui_vector_length core=AXI4LiteS

HLS為它生成寄存器后，還會為其生成兩個函數(shù)，用于設(shè)置和讀取。
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]是一個數(shù)組，既可以輸入?yún)?shù)又可以輸出參數(shù)。轉(zhuǎn)換成硬件模塊后，會生成可讀可寫的寄存器，因此硬件模塊既可以從它得到從CPU輸入的參數(shù)，也可以用它向CPU返回數(shù)據(jù)。由于硬件資源限制，這種數(shù)組不能太大。為數(shù)組生成寄存器的約束：

#pragma HLS RESOURCE variable=f_accum_param core=AXI4LiteS
#pragma HLS ARRAY_PARTITION variable=f_accum_param complete dim=1
HLS會為數(shù)組中每一個成員創(chuàng)建一個寄存器，也會創(chuàng)建對應(yīng)寄存器的讀寫函數(shù)。

函數(shù)的返回值也需要創(chuàng)建寄存器，這樣CPU讀這個寄存器就可以得到返回值。為返回值創(chuàng)建寄存器的約束：
#pragma HLS RESOURCE variable=return core=AXI4LiteS

HLS同樣會為返回值寄存器創(chuàng)建讀寫函數(shù)。
u64 XCmplx_dot_st_1port_GetReturn(XCmplx_dot_st_1port3a *InstancePtr);

如果是用戶自己的函數(shù)，雖然參數(shù)個數(shù)和類型可能都不一樣，都可以參照上述類型做約束。HLS生成的硬件模塊的寄存器都是無符號32位數(shù)據(jù)。必要的時候，可以使用C語言的union來做類型轉(zhuǎn)換。

約束好與CPU的接口后，需要考慮性能優(yōu)化。HLS有很多性能優(yōu)化的技巧。但是作為軟件工程師，掌握基本的就可以了。“#pragma HLS DATAFLOW”是一個很有用的優(yōu)化命令，可以給每個函數(shù)添加一個?！?pragma HLS PIPELINE”也是非常有用的優(yōu)化命令，每個循環(huán)可以添加一個。這是最簡單的優(yōu)化，而且比較有效果。
然后就可以綜合C語言的函數(shù)，HLS工具會報告生成的硬件模塊的性能、資源情況。接下來導(dǎo)出硬件模塊，做成IP，直接在Vivado IP Integrator里使用，做一個嵌入式系統(tǒng)。這種IP，可以給Zyqn中的ARM使用，也可以給MicroBlaze使用。最后編譯Vivado工程，生成bit文件。

如果要替換原來的C語言函數(shù)，還需要為硬件模塊寫驅(qū)動。HLS自動為每個輸入輸出參數(shù)生成了讀寫函數(shù)。它還為控制硬件模塊提供了下列控制函數(shù)。
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);

驅(qū)動函數(shù)的實現(xiàn)挺簡單。第一步是先調(diào)用XCmplx_dot_IsReady( )函數(shù)檢查硬件狀態(tài)。如果是就緒狀態(tài)，則進行第二步，調(diào)用輸入?yún)?shù)的寫函數(shù)，向硬件模塊寫入輸入?yún)?shù)。第三步則是等待硬件模塊完成運算，可以在循環(huán)中調(diào)用XCmplx_dot_IsDone( )函數(shù)檢查。如果完成，則進行第四步，讀取運算結(jié)果，比如調(diào)用XCmplx_dot_st_1port_GetReturn( ) 函數(shù)讀取返回值；如果結(jié)果在輸出參數(shù)中，則調(diào)用對應(yīng)參數(shù)的讀取函數(shù)得到結(jié)果。HLS生成的寄存器，都是32位的寄存器。HLS生成的驅(qū)動，缺省認為結(jié)果是無符號32位數(shù)。如果是其它類型，可以使用指針或者union來做轉(zhuǎn)換。
比如要在64位數(shù)據(jù)、32位浮點數(shù)、32位整型數(shù)據(jù)之間做轉(zhuǎn)換，可以使用下面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

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;
};
從寄存器讀到的數(shù)據(jù)，可以保存到u32_cmplx_data.real中；再以cmplx_data.real引用，就是浮點數(shù)。

用CPU做運算，CPU的運算能力通常是瓶頸。使用HLS生成硬件模塊加速后，運算能力大大提高，通常運算能力都不再是瓶頸。很多時候，存儲器和數(shù)據(jù)通道成了瓶頸。一個優(yōu)化辦法，就是提高數(shù)據(jù)通道的帶寬。C語言里，經(jīng)常用32位的指針。這種情況下，最好改成64bit的指針，可以提高數(shù)據(jù)通道的帶寬，降低運算時間。