利用Vitis HLS tcl shell一鍵跑通視覺加速例程

本文給想直接使用Vitis HLS 工具在 Standalone 模式下調(diào)用 Xilinx Vision Library L1 API 的小伙伴提供了一個非常容易上手的腳本文件。

在論壇上遇到在高層次綜合工具中調(diào)用視覺庫遇到的大多數(shù)問題都和 opencv 庫以及Xilinx Vision 庫的安裝路徑有關(guān)，如今 Vitis HLS 2020.1 之后的版本都不再提供OpenCV 的預(yù)編譯庫，就更需要開發(fā)者們將各自工作環(huán)境中的庫路徑，環(huán)境變量都設(shè)置好。希望這篇博文能給大家調(diào)用 Vitis Vision Library 提供向?qū)?，提升效率?/span>

Vitis Vision庫

Vitis Vision 庫是 Xilinx 官方將 Opencv 功能轉(zhuǎn)換至易于在 FPGA 中部署的視覺加速庫，可在Vitis 環(huán)境中實(shí)施。其中 Vitis Vision 庫的 L1 目錄提供了在 Vitis HLS 層級部署的應(yīng)用實(shí)例設(shè)計(jì)。這個實(shí)例設(shè)計(jì)中 C-sim 的流程中需要調(diào)用 OpenCV 用于測試平臺功能，因此需要現(xiàn)有的OpenCV 安裝。

Vitis Vision庫：（或點(diǎn)擊閱讀原文進(jìn)入）

https://github.com/Xilinx/Vitis_Libraries/tree/master/vision

為了適應(yīng)各種用戶環(huán)境，從2020.1版本開始，Xilinx 不再提供帶有 Vivado / Vitis 工具的OpenCV 的預(yù)安裝版本。盡管 Vitis 在綜合布局布線Vision庫的流程中不需要 OpenCV，但是運(yùn)行示例設(shè)計(jì)仿真是必需的。

本文使用 Vitis 2020.2 版本介紹了如何創(chuàng)建獨(dú)立的 Vitis HLS TCL 文件，用戶只要在將該 tcl腳本拷貝在 Vision Lirary 的實(shí)例目錄中，即可在命令行模式下跑完 Vitis_HLS C仿真，綜合，聯(lián)合仿真以及導(dǎo)出 IP 等全部流程。

Vision 的官方文檔中包含使用 Vitis HLS standalone 模式的教程，該信息位于以下位置：

https://github.com/Xilinx/Vitis_Libraries/blob/master/vision/docs/getting-started-with-hls.rst

https://xilinx.github.io/Vitis_Libraries/vision/2020.1/index.html#

要利用示例設(shè)計(jì)或在用戶測試平臺中引用 OpenCV 庫，必須執(zhí)行以下步驟：

-安裝 OpenCV 工具版本3.x

OpenCV 在Linux 的安裝和環(huán)境設(shè)置請參考附錄A, 在 Windows 環(huán)境下建議使用 Mingw 編譯Opencv 安裝包。

-設(shè)置環(huán)境變量以引用 OpenCV 安裝路徑

-下載 Vitis Version library

-創(chuàng)建 TCL 腳本并在 Vitis HLS 命令行執(zhí)行

注意：2020.1 Vitis Vision 庫已使用 OpenCV 庫的3.3版進(jìn)行了驗(yàn)證。比該版本更新的任何版本都可以使用，但是，版本4.x可能相對于3.x版本具有庫功能更改，可能需要修改示例設(shè)計(jì)測試平臺。因此，建議使用 OpenCV 3.x 版運(yùn)行示例設(shè)計(jì)。OpenCV 庫僅提供測試平臺功能，不是必需的，并且不會以任何方式影響 Vision 內(nèi)核的實(shí)現(xiàn)。

• 環(huán)境設(shè)置

Linux 環(huán)境變量設(shè)置要求：

source < path-to-Vitis-installation-directory >/settings64.shsource < part-to-XRT-installation-directory >/setup.shexport DEVICE=< path-to-platform-directory >/< platform >.xpfm

export OPENCV_INCLUDE=< path-to-opencv-include-folder >

export OPENCV_LIB=< path-to-opencv-lib-folder >

export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:< path-to-opencv-lib-folder>

Windows 環(huán)境變量設(shè)置要求：

示例如下所示，并且每個用戶的設(shè)置會有所不同，具體取決于 OpenCV 和編譯器工具的安裝目錄。

注意：必須在用戶的環(huán)境中正確設(shè)置 LD_LIBRARY_PATH 動態(tài)庫的搜索路徑環(huán)境變量和OpenCV PATH 信息，此腳本和 Vitis Vision 示例設(shè)計(jì)才能正常工作。此外，OpenCV 的包含庫和二進(jìn)制文件的路徑必須包含在系統(tǒng)的環(huán)境變量中。否則，將導(dǎo)致仿真期間庫包含錯誤。

• 操作步驟

要運(yùn)行 Vitis HLS tcl 腳本，請執(zhí)行以下操作：

-將修改好的 tcl 腳本放在 / vision / L1 / example / resize 目錄中

-打開 Vitis HLS 命令行外殼并 cd / vision / L1 / example / resize 目錄

-運(yùn)行以下命令：vitis_hls -f run_hls_standalone.tcl

• Vitis HLS TCL腳本詳細(xì)解釋

該AR提供了一個 TCL 腳本，用于在 makefile 流之外運(yùn)行 L1 調(diào)整大小示例設(shè)計(jì)。該腳本基于Windows 環(huán)境。該腳本基于以下環(huán)境設(shè)置：

-OpenCV 版本3.4.11

Linux:

set XF_PROJ_ROOT"/home/vicky/Xilinx/Vitis_Libraries-master/vision"

set OPENCV_INCLUDE"/home/vicky/opencv/include"

set OPENCV_LIB"/home/vicky/opencv/lib"

Windows：

- OpenCV include directory /Data/OpenCV/build_win64/install/include

- OpenCV library directory /Data/OpenCV/build_win64/install/x64/mingw/lib

- Vitis Vision Directory /Data/Vitis_Libraries/Vitis_Libraries-master/vision/

TCL腳本文件包含以下部分，本文將逐一介紹

·代表 OpenCV 和項(xiàng)目環(huán)境的變量聲明

·項(xiàng)目創(chuàng)建命令

·使用 Vitis Vision 庫添加設(shè)計(jì)文件包括路徑

·使用 OpenCV 和 VitisVision 庫添加 Testbench 文件包括路徑

·使用 OpenCV 鏈接器參考進(jìn)行 C 仿真

·Vitis HLS IP 綜合

·具有 OpenCV 鏈接器參考的 RTL 協(xié)同仿真

· 導(dǎo)出IP

1.變量聲明：

變量聲明部分的第一部分聲明了一些變量，這些變量復(fù)制makefile流和該流生成的settings.tcl文件的環(huán)境變量。這些變量指向 Vitis Vision Includes，OpenCV 頭文件和 OpenCV預(yù)編譯的庫。這些位置可能會根據(jù)用戶系統(tǒng)的安裝路徑而有所不同。

設(shè)置 XF_PROJ_ROOT“ C：/ Data / Vitis_Libraries / Vitis_Libraries-master / vision”＃Vitis Vision庫的包含目錄

設(shè)置 OPENCV_INCLUDE“ C：/ Data / OpenCV / build_win64 / install /include” ＃OpenCV頭文件目錄

設(shè)置 OPENCV_LIB“ C：/ Data / OpenCV / build_win64 / install / x64 /mingw / lib” ＃OpenCV 編譯的庫目錄

下一個變量聲明部分有助于創(chuàng)建 Vitis HLS 項(xiàng)目，并有助于使腳本可移植：

·設(shè)置 PROJ_DIR“ $ XF_PROJ_ROOT /L1 / examples / resize”

·設(shè)置 SOURCE_DIR“ $ PROJ_DIR /”

·設(shè)置 PROJ_NAME“ hls_example”

·設(shè)置 PROJ_TOP“ resize_accel”

·設(shè)置 SOLUTION_NAME“ sol1”

·設(shè)置 SOLUTION_PART“xcvu11p-flgb2104-1-e”

·設(shè)置 SOLUTION_CLKP 5

最后，最后一部分聲明變量，這些變量表示 HLS 引用和使用庫所需的引用路徑和標(biāo)志。這里我們發(fā)現(xiàn)在一個易用性高的腳本中，使用變量而不是代碼有助于理解如何使用這些選項(xiàng)。

設(shè)置 VISION_INC_FLAGS“ -I $XF_PROJ_ROOT / L1 / include -std = c ++ 0x”＃Vitis Vision 包含路徑和 C ++ 11 設(shè)置

設(shè)置 OPENCV_INC_FLAGS“ -I $OPENCV_INCLUDE”＃OpenCV 包含目錄引用

設(shè)置 OPENCV_LIB_FLAGS“ -L $OPENCV_LIB”＃OpenCV 庫參考

注意：

在 Windows 中，庫引用必須包含版本號。本示例使用 OpenCV 3.4.11安裝。精確的包含格式將取決于用戶的安裝，并且可能與下面列出的格式不同。

設(shè)置 OPENCV_LIB_REF“ -lopencv_imgcodecs3411-lopencv_imgproc3411 -lopencv_core3411 -lopencv_highgui3411 -lopencv_flann3411-lopencv_features2d3411”

在 Linux include 語句不使用版本號，并給出如下：

設(shè)置 OPENCV_LIB_REF“-lopencv_imgcodecs -lopencv_imgproc -lopencv_core -lopencv_highgui -lopencv_flann-lopencv_features2d”

2.項(xiàng)目創(chuàng)建：

項(xiàng)目創(chuàng)建部分非常簡單，它會創(chuàng)建一個新的項(xiàng)目目錄和項(xiàng)目文件：

open_project -reset$PROJ_NAME

設(shè)計(jì)文件包括：

設(shè)計(jì)文件已添加到本節(jié)中的設(shè)計(jì)中。該命令：

-引用單個HLS內(nèi)核文件：add_files“ $ {PROJ_DIR} /xf_resize_accel.cpp”

-引用 Vision 庫和特定于項(xiàng)目的包含合成目錄：-cflags“ $ {VISION_INC_FLAGS} -I $ {PROJ_DIR} /build

-引用了用于 C 仿真的Vision庫和特定于項(xiàng)目的包含目錄：-csimflags“ $ {VISION_INC_FLAGS} -I $ {PROJ_DIR}/ build”

完整的命令如下所示：

add_files“ $ {PROJ_DIR}/xf_resize_accel.cpp” -cflags“ $ {VISION_INC_FLAGS} -I $ {PROJ_DIR} / build”-csimflags“ $ {VISION_INC_FLAGS} -I $ {PROJ_DIR} / build”

Testbench 文件包括：

testbench 文件將在本節(jié)中添加到設(shè)計(jì)中。命令：

-引用 Test bench 文件：add_files -tb“ $ {PROJ_DIR} /xf_resize_tb.cpp”

-引用 Vision 庫和特定于項(xiàng)目的包含目錄：-cflags“ $ {OPENCV_INC_FLAGS} $ {VISION_INC_FLAGS} -I $ {PROJ_DIR}/ build”

-引用 Vision 庫和特定于項(xiàng)目的 C 仿真目錄：-csimflags“ $ {OPENCV_INC_FLAGS} $ {VISION_INC_FLAGS} -I $ {PROJ_DIR} /build”

請注意，在測試臺標(biāo)志和設(shè)計(jì)文件標(biāo)志中添加了$ {VISION_INC_FLAGS}變量。此設(shè)置引用OpenCV 包含文件。

完整的命令如下所示：

add_files -tb“ $ {PROJ_DIR}/xf_resize_tb.cpp” -cflags“ $ {OPENCV_INC_FLAGS} $ {VISION_INC_FLAGS} -I ${PROJ_DIR} / build” -csimflags“ $ {OPENCV_INC_FLAGS} $ {PROSION_IN /建立”

3.項(xiàng)目設(shè)置:

現(xiàn)在已經(jīng)添加了所有需要的 C 源文件，執(zhí)行項(xiàng)目創(chuàng)建的最后一步。這些命令設(shè)置 HLS IP 的頂層函數(shù)，并創(chuàng)建一個所需的項(xiàng)目solution。

set_top $ PROJ_TOP＃設(shè)置HLS IP的頂級文件

open_solution -reset $SOLUTION_NAME＃創(chuàng)建項(xiàng)目解決方案

set_part $ SOLUTION_PART＃設(shè)置解決方案部分

create_clock -period $SOLUTION_CLKP＃設(shè)置項(xiàng)目目標(biāo)時(shí)鐘周期

4.c-sim：

本部分通過將 HLS IP 和 Testbench 設(shè)計(jì)發(fā)送給編譯器進(jìn)行編譯和執(zhí)行，來執(zhí)行 HLS 流的 C仿真階段。此命令用于設(shè)置編譯器鏈接器標(biāo)志和 testbench 文件，以及：

-引用 OpenCV包含和預(yù)編譯的庫目錄：-ldflags“ -L $ {OPENCV_LIB} $ {OPENCV_LIB_REF}”

-包括用于驗(yàn)證測試臺的圖像作為主要功能的參數(shù)：-argv“ $ {XF_PROJ_ROOT} /data/128x128.png”

完整的命令如下所示：

csim_design -ldflags“ -L ${OPENCV_LIB} $ {OPENCV_LIB_REF}” -argv“ $ {XF_PROJ_ROOT} /data/128x128.png”

5.C到RTL綜合：

本部分執(zhí)行 Vitis HLS C 到 RTL 合成階段。此階段不需要標(biāo)志或選項(xiàng)。

csynth_design

6.C/RTL協(xié)同仿真：

本部分在合成后執(zhí)行 Vitis HLS IP的 RTL 協(xié)同仿真。HLS 會自動根據(jù) C test bench 生成RTLtestbench 進(jìn)行協(xié)同仿真，以下指令用于設(shè)置編譯器鏈接器標(biāo)志和 testbench 文件，以及：

-引用 OpenCV包含和預(yù)編譯的庫目錄：-ldflags“ -L $ {OPENCV_LIB} $ {OPENCV_LIB_REF}”

-包括用于驗(yàn)證測試平臺的圖像：-argv“ $ {XF_PROJ_ROOT} /data/128x128.png”

完整的命令如下所示：

cosim_design -ldflags“ -L ${OPENCV_LIB} $ {OPENCV_LIB_REF}” -argv“ $ {XF_PROJ_ROOT} /data/128x128.png”

7.導(dǎo)出IP：

Vitis HLS 流程的最后階段是設(shè)計(jì)的輸出。本示例導(dǎo)出RTL的設(shè)計(jì)并運(yùn)行 Vivado Synthesis，以獲取準(zhǔn)確的資源利用率和估計(jì)的時(shí)序結(jié)果。

export_design -flow syn -rtlverilog

注意：導(dǎo)出 RTL 的設(shè)計(jì)并運(yùn)行 Vivado Synthesis 進(jìn)行布局布線的過程需要在 Vivado 工具中先載入有效的 license