指針作為C語言精華，對于軟件設(shè)計(jì)者比較好理解，但是在xilinx vivado HLS高級語言綜合的設(shè)計(jì)中，由于其綜合后對應(yīng)的硬件元素難以用軟件的概念解釋，常常令程序設(shè)計(jì)者和VHLS工具使用者頭痛。本文采用淺顯易懂的描述方式，結(jié)合具體的c代碼例子，詳細(xì)描述了常用三種指針的設(shè)計(jì)類型，以及其作為頂層函數(shù)參數(shù)時(shí)，采用不同的編碼風(fēng)格和HLS約束策略，滿足設(shè)計(jì)者對指針作為RTL接口的需求。

1. 基本指針類型

基本指針類型指的是指針沒有運(yùn)算或者沒有多次的存取（讀寫）。指針作為top函數(shù)的參數(shù)時(shí)，指針綜合為wire型或者握手協(xié)議類型接口。如下例子1-1：

void pointer_basic （dio_t *d） {

static dio_t acc = 0;

acc += *d;

*d = acc;

}

例子1-1 基本類型指針作為頂層函數(shù)參數(shù)

在這個(gè)例子中，只是簡單的讀寫指針指向的變量值，并沒有對指針做偏移或者指針（地址）運(yùn)算，其接口綜合為線型的RTL接口。

2. 指針運(yùn)算類型。

指針作為top層函數(shù)參數(shù)，并且函數(shù)中有對指針運(yùn)算時(shí)，我們稱之為指針運(yùn)算類型。指針運(yùn)算常常限制指針可能綜合的接口類型。如下例中，指針做了偏移運(yùn)算用于累加數(shù)據(jù)，從第二個(gè)值開始讀出累加，并將每次累加結(jié)果寫入上一個(gè)地址中。

void pointer_arith （dio_t *d） {

static int acc = 0;

int i;

for （i=0;i《4;i++） {

acc += *（d+i+1）;

*（d+i） = acc;

}

}

例子1-2 指針運(yùn)算類型作為頂層函數(shù)參數(shù)

下面代碼例子1-3是這個(gè)指針運(yùn)算類型仿真的testbench。因?yàn)楹瘮?shù)pointer_arith內(nèi)部的for循環(huán)進(jìn)行數(shù)據(jù)累加，testbench通過數(shù)組d［5］分配了地址空間并對數(shù)組賦值。

int main （） {

dio_t d［5］， ref［5］;

int i， retval=0;

FILE *fp;

// Create input data

for （i=0;i《5;i++） {

d［i］ = i;

ref［i］ = i;

}

// Call the function to operate on the data

pointer_arith（d）;

// Save the results to a file

fp=fopen（“result.dat”，“w”）;

printf（“ Din Dout\n”， i， d）;

for （i=0;i《4;i++） {

fprintf（fp， “%d \n”， d［i］）;

printf（“ %d %d\n”， ref［i］， d［i］）;

}

fclose（fp）;

// Compare the results file with the golden results

retval = system（“diff --brief -w result.dat result.golden.dat”）;

if （retval ！= 0） {

printf（“Test failed！！！\n”）;

retval=1;

} else {

printf（“Test passed！\n”）;

}

// Return 0 if the test

return retval;

}

例子1-3 指針運(yùn)算類型作為頂層函數(shù)參數(shù)的testbench

在C編譯環(huán)境下仿真上面例子1-3的代碼，結(jié)果如下：

Din Dout

0 1

1 3

2 6

3 10

Test passed！

指針運(yùn)算帶來的問題是，通常情況下，指針偏移是不規(guī)則的，不能按順序存取指針數(shù)據(jù)。而Wire，握手類型或者Fifo接口類型沒有辦法亂序存取數(shù)據(jù)。

對于wire類型接口來說，當(dāng)設(shè)計(jì)本身準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)時(shí)可以讀入數(shù)據(jù)，或者當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好ready時(shí)，可以寫出數(shù)據(jù)。對握手和Fifo類型接口，當(dāng)控制信號允許操作進(jìn)行時(shí)，讀入或?qū)懗鰯?shù)據(jù)。

在上面wire，握手或者FIFO類型接口的情況下，數(shù)據(jù)從0元素開始，必須按順序到達(dá)（寫入）。在指針運(yùn)算的例子1-2中，第一個(gè)數(shù)據(jù)從索引1開始讀入（i從0開始，0+1=1），對應(yīng)于testbench中數(shù)據(jù)d［5］的第二個(gè)元素。

當(dāng)這種情況在硬件應(yīng)用時(shí)，需要某種格式的數(shù)據(jù)索引，這種情況對于wire類型，或者握手類型還是Fifo類型來說，都不支持。像上例1-2指針運(yùn)算的代碼，只能綜合成ap_bus接口，因?yàn)檫@種接口帶有地址，當(dāng)數(shù)據(jù)存取（讀寫）時(shí)，用于對應(yīng)的數(shù)據(jù)索引指示。

還有一種方法，代碼必須修改成如下例子1-4的風(fēng)格，用數(shù)據(jù)array作為接口替代指針。這種方法應(yīng)用了array作為top層參數(shù)時(shí)綜合成RAM接口（ap_memory）的原理，memory接口可以用地址作為數(shù)據(jù)的索引并且可以亂序執(zhí)行，不必順序存取操作。

void array_arith （dio_t d［5］） {

static int acc = 0;

int i;

for （i=0;i《4;i++） {

acc += d［i+1］;

d［i］ = acc;

}

}

例子1-4 指針運(yùn)算類型作為頂層函數(shù)參數(shù)修改為array

Wire類型、握手類型或Fifo類型接口僅僅可用在數(shù)據(jù)流方式，因此不能用在與指針運(yùn)算相關(guān)的地方（除非數(shù)據(jù)從索引0開始并順序處理）。同時(shí)注意，如果想綜合為FIFO接口，F(xiàn)ifo接口類型必須是只讀或者只寫，不能有讀又有寫操作。

3. 多次讀寫（存取）指針類型

多次讀寫指針類型一般用作描述一個(gè)數(shù)據(jù)流方式的接口。

當(dāng)top層函數(shù)參數(shù)使用指針，函數(shù)體對指針進(jìn)行多次存取操作時(shí)，必須仔細(xì)考慮。在同一函數(shù)中對一個(gè)指針多次的讀或者寫，就會有多次指針存取發(fā)生，從而引起下列問題：

1. 對任何函數(shù)指針參數(shù)的多次存取要使用volatile限定符。

2. 對于Top層函數(shù)，如果要做RTL代碼的混合仿真（co-sim），任何這種指針參數(shù)必須有這個(gè)接口存取次數(shù)的詳細(xì)說明。

3. 確保在綜合前驗(yàn)證C功能，確定符合功能要求，保證C模型正確。

如果設(shè)計(jì)模型要求函數(shù)參數(shù)指針多次存取，推薦使用數(shù)據(jù)流模式模型化設(shè)計(jì)，使用數(shù)據(jù)流模型可以避免我們將會在下面討論到的，使用多次讀寫指針帶來的一些問題。

這個(gè)章節(jié)使用設(shè)計(jì)例子1-5 糟糕的數(shù)據(jù)流類型指針（pointer_stream_bad）解釋，當(dāng)多次存取指針時(shí)，為什么要使用volatile限定符。同時(shí)使用設(shè)計(jì)例子1-8 好的數(shù)據(jù)指針類型（pointer_stream_better）來說明，為什么當(dāng)top層函數(shù)參數(shù)包含有這種指針接口的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該用C testbench仿真驗(yàn)證確保設(shè)計(jì)的行為級模型正確。

在下面的例子1-5中，指針d_i讀了4次并且d_o寫了2次，設(shè)計(jì)的本意是存取操作通過fifo接口，綜合后的RTL以數(shù)據(jù)流的方式讀入或者寫出數(shù)據(jù)。

void pointer_stream_bad （ dout_t *d_o， din_t *d_i） {

din_t acc = 0;

acc += *d_i;

acc += *d_i;

*d_o = acc;

acc += *d_i;

acc += *d_i;

*d_o = acc;

}

例子1-5 糟糕的數(shù)據(jù)流指針類型

用于驗(yàn)證的C testbench如下：

int main （） {

din_t d_i;

dout_t d_o;

int retval=0;

FILE *fp;

// Open a file for the output results

fp=fopen（“result.dat”，“w”）;

// Call the function to operate on the data

for （d_i=0;d_i《4;d_i++） {

pointer_stream_bad（&d_o，&d_i）;

fprintf（fp， “%d %d\n”， d_i， d_o）;

}

fclose（fp）;

// Compare the results file with the golden results

retval = system（“diff --brief -w result.dat result.golden.dat”）;