Vitis Vision | 利用Vitis HLS tcl shell 一鍵跑通視覺加速例程

本文作者陳雯，Tools Product Applications Engineer, WTS China.

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(gè)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(kù)遇到的大多數(shù)問(wèn)題都和 opencv 庫(kù)以及Xilinx Vision 庫(kù)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(kù)，就更需要開發(fā)者們將各自工作環(huán)境中的庫(kù)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?

Vitis Vision庫(kù)

Vitis Vision 庫(kù)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(kù)，可在Vitis 環(huán)境中實(shí)施。其中 Vitis Vision 庫(kù)的 L1 目錄提供了在 Vitis HLS 層級(jí)部署的應(yīng)用實(shí)例設(shè)計(jì)。這個(gè)實(shí)例設(shè)計(jì)中 C-sim 的流程中需要調(diào)用 OpenCV 用于測(cè)試平臺(tái)功能，因此需要現(xiàn)有的OpenCV 安裝。

Vitis Vision庫(kù)：

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(kù)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/gettin...

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(cè)試平臺(tái)中引用 OpenCV 庫(kù)，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(qǐng)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(kù)已使用 OpenCV 庫(kù)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(duì)于3.x版本具有庫(kù)功能更改，可能需要修改示例設(shè)計(jì)測(cè)試平臺(tái)。因此，建議使用 OpenCV 3.x 版運(yùn)行示例設(shè)計(jì)。OpenCV 庫(kù)僅提供測(cè)試平臺(tái)功能，不是必需的，并且不會(huì)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 /settings64.sh source /setup.sh export DEVICE=/.xpfm

export OPENCV_INCLUDE=

export OPENCV_LIB=

export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:

Windows 環(huán)境變量設(shè)置要求：

示例如下所示，并且每個(gè)用戶的設(shè)置會(huì)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(dòng)態(tài)庫(kù)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(kù)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(kù)包含錯(cuò)誤。

操作步驟

要運(yùn)行 Vitis HLS tcl 腳本，請(qǐng)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(gè) 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 :C:/Data/OpenCV/build_win64/install/include

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

- Vitis Vision Directory :C:/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(kù)添加設(shè)計(jì)文件包括路徑

· 使用 OpenCV 和 VitisVision 庫(kù)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(kù)。這些位置可能會(huì)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(kù)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(kù)目錄

下一個(gè)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(kù)所需的引用路徑和標(biāo)志。這里我們發(fā)現(xiàn)在一個(gè)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(kù)參考

注意：

在 Windows 中，庫(kù)引用必須包含版本號(hào)。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(yǔ)句不使用版本號(hào)，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(jiǎn)單，它會(huì)創(chuàng)建一個(gè)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(gè)HLS內(nèi)核文件：add_files“ $ {PROJ_DIR} /xf_resize_accel.cpp”

-引用 Vision 庫(kù)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(kù)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(kù)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(kù)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(qǐng)注意，在測(cè)試臺(tái)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(gè)所需的項(xiàng)目solution。

set_top $ PROJ_TOP＃設(shè)置HLS IP的頂級(jí)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(guò)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(lái)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(kù)目錄：-ldflags“ -L $ {OPENCV_LIB} $ {OPENCV_LIB_REF}”

-包括用于驗(yàn)證測(cè)試臺(tái)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(huì)自動(dòng)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(kù)目錄：-ldflags“ -L $ {OPENCV_LIB} $ {OPENCV_LIB_REF}”

-包括用于驗(yàn)證測(cè)試平臺(tái)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(guò)程需要在 Vivado 工具中先載入有效的 license

附件為在 Ubuntu 18.04 版本在 2020.2 上運(yùn)行成功的 tcl shell, 大家可以下載后稍作修改，根據(jù)本文流程在自己的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，有問(wèn)題歡迎在本帖下方留言。

附錄A -掃碼下載并安裝OpenCVon Linux

1. 打開一個(gè)終端,先不要執(zhí)行任何有關(guān) Vivado 或 Vitis 的 set up 指令, 否則 CMake 會(huì)失敗.

2. 按照自己的意愿在 Home 創(chuàng)建一個(gè) home 目錄下的 opencv 目錄 –> for instance: cd ~/src_opencv

3. git clone --branch 3.4.11 https://github.com/opencv/opencv.git

creates sub-folder “opencv” with the source files –> ~/src_opencv/opencv

4. git clone --branch 3.4.11 https://github.com/opencv/opencv_contrib.git

creates sub-folder “opencv_contrib” with the sourcefiles –> ~/src_opencv/opencv_contrib

5. mkdirbuild -> this will create a sub-folder “build” ->~/src_opencv/build

6. cd build

7.跑以下指令去生成編譯 OpenCV library 的 makefile:

cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release-OPENCV_EXTRA_MODULES_PATH=~/src_opencv/opencv_contrib/modules -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=~/opencv ~/src_opencv/opencv

8. From the “build” directory 輸入以下兩個(gè)指令

make -j7

make install

9. 編譯安裝完成后，你就會(huì)看到 Opencv 庫(kù)在以下路徑中 ~/opencv

本文轉(zhuǎn)載自：?XILINX開發(fā)者社區(qū)微信公眾號(hào)