前言

HLS 是Xilinx推出的高层次综合工具，可以用来加速算法的设计。我在之前，用这玩意儿做了些简单的图像算法的处理的，感觉还是比手撸Verilog代码要来的快一点，正好现在在学习数字信号处理，先拿HLS来进行一些简单的算法验证还是可以的。

1 使用HLS生成正余弦波形

1.1 使用matlab产生ram 中存储的波形数据

产生正余弦信号的波形，其中采样频率40MHz,正余弦的频率为1.25MHz。生成将一个周期内的正余弦数据进行保存。

clear all; close all; clc;
Fs = 40*10^6;   %采样频率
Fcarrier = 1.25*10^6;   %载波速率
Fsymbol = 100*19^3;    %符号速率t = 0 : Fcarrier/Fs : 1 - Fcarrier/Fs; % 一个周期内的的信号
y1 = 255*sin(2*pi*t);
y2 = 255*cos(2*pi*t);
y1 = round(y1);
y2 = round(y2);
fid = fopen('./rom.txt', 'w+');     %打开一个文件并写入
fprintf(fid, '%d ,', y1);
fprintf(fid, '\r\n');
fprintf(fid, '%d ,', y2);subplot(211);plot(t,y1);title('正弦信号');
subplot(212);plot(t,y2);title('余弦信号');

2 HLS中完成信号的产生

先把套路搞起来，HLS的主要步骤就是 C仿真，C综合，C-RTL的联合仿真。

C仿真就是对C代码进行仿真，比如自己写了一个C的算法函数的实现，可以先给一个C的激励，来测试算法是否正确。C仿真通过后，就可以进行C综合。
C综合就是把C代码通过在HLS添加约束，最终能够对应上FPGA内部的资源。同时能够生成电路上对应的接口。
C-RTL cosimulation就是通过C仿真的代码，和RTL电路进行联合的仿真。这个过程，就和在FPGA开发中进行仿真是类似的。

首先搞个头文件，这里面引入比较重要的数据类型 ap_int.h 这个头文件。在C/C++当中，存储数据都是以字节为单位的，因此，一个数据最少就需要使用8bit来表示。在FPGA中，可以对这个进行更加灵活的表示，位宽可以是任意的，这个 “ap_int.h” 就是这么一个可以自定义位宽的头文件。通过模板的形式，传递模板参数，生成不同的数据类型。

2.1 头文件

#ifndef __ASK_TX_H_
#define __ASK_TX_H_#include "ap_int.h"void ask_mod(ap_uint<1> symbol, ap_int<16> *sin, ap_int<16> *cos);#endif

2.2 实现文件

这个实现的文件，就是实现整个算法模块的主要部分。通过HLS的directive，添加对应的约束，可以调节接口的类型，时序的优化，内部资源的占用等等。。。

#include "tx_ask.h"void ask_mod(ap_uint<1> symbol, ap_int<16> *sin, ap_int<16> *cos)
{#pragma HLS PIPELINE II=1
#pragma HLS INTERFACE ap_ctrl_none port=return
#pragma HLS INTERFACE axis register both port=cos
#pragma HLS INTERFACE axis register both port=sin
#pragma HLS INTERFACE axis register both port=symbol// counter for lookup tablestatic ap_int<8> counter = 0;// lut store the waveap_int<16> sin_table[32] = {0 ,50 ,98 ,142 ,180 ,212 ,236 ,250 ,255 ,250 ,236 ,212 ,180 ,142 ,98 ,50 ,0 ,-50 ,-98 ,-142 ,-180 ,-212 ,-236 ,-250 ,-255 ,-250 ,-236 ,-212 ,-180 ,-142 ,-98 ,-50 };
#pragma HLS RESOURCE variable=sin_table core=ROM_1P_BRAM latency=1ap_int<16> cos_table[32] = {255 ,250 ,236 ,212 ,180 ,142 ,98 ,50 ,0 ,-50 ,-98 ,-142 ,-180 ,-212 ,-236 ,-250 ,-255 ,-250 ,-236 ,-212 ,-180 ,-142 ,-98 ,-50 ,0 ,50 ,98 ,142 ,180 ,212 ,236 ,250 };
#pragma HLS RESOURCE variable=cos_table core=ROM_1P_BRAM latency=1if(symbol == 1){*sin = sin_table[counter.range(4, 0)];*cos = cos_table[counter.range(4, 0)];}else{*sin = 0;*cos = 0;}// counter self increasecounter += 1;// clear the counterif(counter == 32){counter = 0;}
}

2.3 仿个真

仿真比较简单啊，就是产生一些符号，然后调用前面的函数，实现不同波形的输出。

#include "tx_ask.h"int main()
{ap_uint<1> symbol[64] = {0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1,0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1,0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1,0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1,0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1,0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1,0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1,0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1,};ap_int<16> sin, cos;for(int i = 0; i < 64; i ++){for(int j = 0; j < 400; j ++){ask_mod(symbol[i], &sin, &cos);}}return 0;
}

3 结果

最后就可以把仿真的结果拿出来看一看。

可以看到，当符号为1的时候，就产生了正余弦波形，为0的时候，就没有正余弦产生。其实这个就有点ASK调制那味儿了。
可以看到，这里就产生了这么两个正余弦信号。去观察这个正余弦信号的话，可以发现他们的频率是1.25M

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