自作回路を cocotb でシミュレーションする2（Vitis HLS で multiplier を作成2）

”自作回路を cocotb でシミュレーションする1（Vitis HLS で multiplier を作成1）”の続き。

cocotb でサンプルをやってきたが、自作回路を cocotb でシミュレーションしてみようということで、前回は、乗算器（mulitplier）のソースコードとテストベンチを貼って、Vitis HLS 2022.1 の multiplier プロジェクトを作成した。今回は、multiplier プロジェクトの C シミュレーション、C コードの合成、C/RTL 協調シミュレーションを行った。

C シミュレーションを行った。結果を示す。


C コードの合成を行った。
Latency は 3 クロックだった。


合成された Verilog HDL ファイルだが、multiplier.v と multiplier_mul_mul_16s_16s_32_4_1.v が生成された。
今回は、2 つの Verilog HDL コードのみを使用する。
multiplier.v のポート宣言部分を確認した。ブロック・レベルのインターフェースは ap_ctrl_hs で入力は ap_none, 出力は、ap_vld だった。


C/RTL 協調シミュレーションを行った。
レイテンシは 3 クロックだった。


C/RTL 協調シミュレーションの波形を示す。


multiplier.v を貼っておく。

// ==============================================================
// RTL generated by Vitis HLS - High-Level Synthesis from C, C++ and OpenCL v2022.1 (64-bit)
// Version: 2022.1
// Copyright (C) Copyright 1986-2022 Xilinx, Inc. All Rights Reserved.
// 
// ===========================================================

`timescale 1 ns / 1 ps 

(* CORE_GENERATION_INFO="multiplier_multiplier,hls_ip_2022_1,{HLS_INPUT_TYPE=cxx,HLS_INPUT_FLOAT=0,HLS_INPUT_FIXED=0,HLS_INPUT_PART=xc7z020-clg400-1,HLS_INPUT_CLOCK=10.000000,HLS_INPUT_ARCH=others,HLS_SYN_CLOCK=2.150000,HLS_SYN_LAT=3,HLS_SYN_TPT=none,HLS_SYN_MEM=0,HLS_SYN_DSP=0,HLS_SYN_FF=4,HLS_SYN_LUT=25,HLS_VERSION=2022_1}" *)

module multiplier (
        ap_clk,
        ap_rst,
        ap_start,
        ap_done,
        ap_idle,
        ap_ready,
        a,
        b,
        c,
        c_ap_vld,
        ap_return
);

parameter    ap_ST_fsm_state1 = 4'd1;
parameter    ap_ST_fsm_state2 = 4'd2;
parameter    ap_ST_fsm_state3 = 4'd4;
parameter    ap_ST_fsm_state4 = 4'd8;

input   ap_clk;
input   ap_rst;
input   ap_start;
output   ap_done;
output   ap_idle;
output   ap_ready;
input  [15:0] a;
input  [15:0] b;
output  [31:0] c;
output   c_ap_vld;
output  [31:0] ap_return;

reg ap_done;
reg ap_idle;
reg ap_ready;
reg c_ap_vld;

(* fsm_encoding = "none" *) reg   [3:0] ap_CS_fsm;
wire    ap_CS_fsm_state1;
wire  signed [31:0] grp_fu_53_p2;
wire    ap_CS_fsm_state4;
reg   [3:0] ap_NS_fsm;
reg    ap_ST_fsm_state1_blk;
wire    ap_ST_fsm_state2_blk;
wire    ap_ST_fsm_state3_blk;
wire    ap_ST_fsm_state4_blk;
wire    ap_ce_reg;

// power-on initialization
initial begin
#0 ap_CS_fsm = 4'd1;
end

multiplier_mul_mul_16s_16s_32_4_1 #(
    .ID( 1 ),
    .NUM_STAGE( 4 ),
    .din0_WIDTH( 16 ),
    .din1_WIDTH( 16 ),
    .dout_WIDTH( 32 ))
mul_mul_16s_16s_32_4_1_U1(
    .clk(ap_clk),
    .reset(ap_rst),
    .din0(b),
    .din1(a),
    .ce(1'b1),
    .dout(grp_fu_53_p2)
);

always @ (posedge ap_clk) begin
    if (ap_rst == 1'b1) begin
        ap_CS_fsm <= ap_ST_fsm_state1;
    end else begin
        ap_CS_fsm <= ap_NS_fsm;
    end
end

always @ (*) begin
    if ((ap_start == 1'b0)) begin
        ap_ST_fsm_state1_blk = 1'b1;
    end else begin
        ap_ST_fsm_state1_blk = 1'b0;
    end
end

assign ap_ST_fsm_state2_blk = 1'b0;

assign ap_ST_fsm_state3_blk = 1'b0;

assign ap_ST_fsm_state4_blk = 1'b0;

always @ (*) begin
    if ((1'b1 == ap_CS_fsm_state4)) begin
        ap_done = 1'b1;
    end else begin
        ap_done = 1'b0;
    end
end

always @ (*) begin
    if (((ap_start == 1'b0) & (1'b1 == ap_CS_fsm_state1))) begin
        ap_idle = 1'b1;
    end else begin
        ap_idle = 1'b0;
    end
end

always @ (*) begin
    if ((1'b1 == ap_CS_fsm_state4)) begin
        ap_ready = 1'b1;
    end else begin
        ap_ready = 1'b0;
    end
end

always @ (*) begin
    if ((1'b1 == ap_CS_fsm_state4)) begin
        c_ap_vld = 1'b1;
    end else begin
        c_ap_vld = 1'b0;
    end
end

always @ (*) begin
    case (ap_CS_fsm)
        ap_ST_fsm_state1 : begin
            if (((ap_start == 1'b1) & (1'b1 == ap_CS_fsm_state1))) begin
                ap_NS_fsm = ap_ST_fsm_state2;
            end else begin
                ap_NS_fsm = ap_ST_fsm_state1;
            end
        end
        ap_ST_fsm_state2 : begin
            ap_NS_fsm = ap_ST_fsm_state3;
        end
        ap_ST_fsm_state3 : begin
            ap_NS_fsm = ap_ST_fsm_state4;
        end
        ap_ST_fsm_state4 : begin
            ap_NS_fsm = ap_ST_fsm_state1;
        end
        default : begin
            ap_NS_fsm = 'bx;
        end
    endcase
end

assign ap_CS_fsm_state1 = ap_CS_fsm[32'd0];

assign ap_CS_fsm_state4 = ap_CS_fsm[32'd3];

assign ap_return = 32'd0;

assign c = grp_fu_53_p2;

endmodule //multiplier

multiplier_mul_mul_16s_16s_32_4_1.v を貼っておく。

`timescale 1 ns / 1 ps

  module multiplier_mul_mul_16s_16s_32_4_1_DSP48_0(clk, rst, ce, a, b, p);
input clk;
input rst;
input ce;
input signed [16 - 1 : 0] a;
input signed [16 - 1 : 0] b;
output signed [32 - 1 : 0] p;

reg signed [32 - 1 : 0] p_reg; 

reg signed [16 - 1 : 0] a_reg; 
reg signed [16 - 1 : 0] b_reg; 

reg signed [32 - 1 : 0] p_reg_tmp; 

always @ (posedge clk) begin
    if (ce) begin
        a_reg <= a;
        b_reg <= b;
        p_reg_tmp <= a_reg * b_reg;
        p_reg <= p_reg_tmp;
    end
end

assign p = p_reg;

endmodule
`timescale 1 ns / 1 ps
module multiplier_mul_mul_16s_16s_32_4_1(
    clk,
    reset,
    ce,
    din0,
    din1,
    dout);

parameter ID = 32'd1;
parameter NUM_STAGE = 32'd1;
parameter din0_WIDTH = 32'd1;
parameter din1_WIDTH = 32'd1;
parameter dout_WIDTH = 32'd1;
input clk;
input reset;
input ce;
input[din0_WIDTH - 1:0] din0;
input[din1_WIDTH - 1:0] din1;
output[dout_WIDTH - 1:0] dout;



multiplier_mul_mul_16s_16s_32_4_1_DSP48_0 multiplier_mul_mul_16s_16s_32_4_1_DSP48_0_U(
    .clk( clk ),
    .rst( reset ),
    .ce( ce ),
    .a( din0 ),
    .b( din1 ),
    .p( dout ));

endmodule