如何在 Vivado HLS 中使用定点 sin 函数

Question

我正在计算极坐标系中给定的两条直线的交点：

typedef ap_fixed<16,3,AP_RND> t_lines_angle;
typedef ap_fixed<16,14,AP_RND> t_lines_rho;

bool get_intersection(
        hls::Polar_< t_lines_angle, t_lines_rho>* lineOne,
        hls::Polar_< t_lines_angle, t_lines_rho>* lineTwo,
        Point* point)
{
    float angleL1 = lineOne->angle.to_float();
    float angleL2 = lineTwo->angle.to_float();
    t_lines_angle rhoL1 = lineOne->rho.to_float();
    t_lines_angle rhoL2 = lineTwo->rho.to_float();
    t_lines_angle ct1=cosf(angleL1);
    t_lines_angle st1=sinf(angleL1);
    t_lines_angle ct2=cosf(angleL2);
    t_lines_angle st2=sinf(angleL2);
    t_lines_angle d=ct1*st2-st1*ct2;

    // we make sure that the lines intersect
    // which means that parallel lines are not possible
    point->X = (int)((st2*rhoL1-st1*rhoL2)/d);
    point->Y = (int)((-ct2*rhoL1+ct1*rhoL2)/d);

    return true;
}

在对我们的 FPGA 进行综合后，我看到浮点正弦（和余弦）的 4 个实现每个实现需要 4800 个 LUT，这 4 个函数总共需要 19000 个 LUT。我想通过使用定点正弦来减少 LUT 数量。 I already found a implementation of CORDIC 但我不确定如何使用它。该函数的输入是一个整数，但我有一个 ap_fixed 数据类型。如何将此 ap_fixed 映射为整数？以及如何将我的 3.13 固定点映射到所需的 2.14 固定点？

Answer 1

在我一位同事的帮助下，我找到了一个非常简单的解决方案，不需要任何手写实现或对定点数据的操作：

使用 #include "hls_math.h" 以及 hls::sinf() 和 hls::cosf() 函数。

重要的是，函数的输入应该是 ap_fixed<32, I>，其中 I <= 32。函数的输出可以分配给不同的类型，例如 ap_fixed<16, I>

示例：

void CalculateSomeTrig(ap_fixed<16,5>* angle, ap_fixed<16,5>* output)
{
    ap_fixed<32,5> functionInput = *angle;
    *output = hls::sinf(functionInput);
}

LUT消耗：

在我的例子中，LUT 的消耗减少到每次函数实现的 400 个 LUT。

Answer 2

您可以使用位切片获取 ap_fixed 变量的小数部分和整数部分，然后对它们进行操作以获取新的 ap_fixed。也许是这样的：

constexpr int max(int a, int b) { return a > b ? a : b; }

template <int W2, int I2, int W1, int I1>
ap_fixed<W2, I2> convert(ap_fixed<W1, I1> f)
{
    // Read fraction part as integer:
    ap_fixed<max(W2, W1) + 1, max(I2, I1) + 1> result = f(W1 - I1 - 1, 0);
    // Shift by the original number of bits in the fraction part
    result >>= W1 - I1;
    // Add the integer part
    result += f(W1 - 1, W1 - I1);
    return result;
}

我没有很好地测试过这段代码，所以请持保留态度。

如何在 Vivado HLS 中使用定点 sin 函数

How to use a fixed point sin function in Vivado HLS

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