【FPGA开发转型必读】：Vitis与传统FPGA在lib库应用的差异分析


参考资源链接：[VITIS创建与应用静态库lib文件指南](https://wenku.csdn.net/doc/sy8jf297n9?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. FPGA开发转型概述

## 简介
FPGA（现场可编程门阵列）技术历经数十年的发展，已经在通信、军事、医疗等领域占据举足轻重的地位。随着设计复杂性的提高，传统FPGA开发方式已经不能完全满足现代应用的需求。因此，越来越多的工程师开始转向使用更高效、更现代化的开发工具，如Xilinx的Vitis。

## 转型的必然性
FPGA开发的转型不仅与技术进步有关，还与市场需求紧密相关。一方面，现代FPGA的规模和复杂性要求工程师们提高生产力，而传统工具的局限性开始成为创新的障碍。另一方面，软件定义的硬件（SDSoC）理念和高层次综合（HLS）技术的兴起，也促使FPGA开发流程向更灵活、更易于维护的方向发展。

## 转型的路径
随着Vitis等集成开发环境的推出，FPGA开发人员获得了全新的设计平台。Vitis不仅仅是硬件描述语言（HDL）的替代品，它提供了一个完整的开发环境，支持从软件开发到硬件实现的全流程。本章将探讨FPGA开发转型的背景，转型的意义以及转型中的关键步骤。

# 2. Vitis开发环境基础

### 2.1 Vitis环境介绍

#### 2.1.1 Vitis的安装与配置

Vitis是Xilinx推出的统一软件平台，旨在加速可编程逻辑和异构计算应用的开发。对于开发者而言，安装Vitis环境是展开工作的第一步。这一过程包括了下载安装包、配置系统环境变量、安装必要的依赖项和验证安装。

**步骤概述：**

1. **系统要求检查**：确认操作系统版本和硬件需求是否满足Vitis支持的条件。
2. **下载安装包**：访问Xilinx官方网站或通过Vitis软件平台获取安装包。
3. **运行安装向导**：执行安装程序并遵循向导提示进行安装。
4. **配置环境变量**：安装完成后，根据提示或自行操作配置环境变量，例如`PATH`和`LD_LIBRARY_PATH`。
5. **安装依赖软件**：安装Vitis运行所需的依赖软件包，例如JRE和GraphicsMagick。
6. **验证安装**：运行Vitis IDE并创建一个新项目验证安装是否成功。

**代码块示例：**

# 示例安装脚本
tar -xvzf vitis_2022.1.tar.gz # 解压安装包
export VITIS=<Vitis安路径>
source $VITIS/settings64.sh # 配置环境变量
./xsetup # 启动安装向导

**参数说明：**

- `VITIS`：指定Vitis安装的路径。
- `settings64.sh`：包含环境变量配置的脚本。

**逻辑分析：**

上述脚本中的每一步都至关重要，特别是在配置环境变量的时候，正确设置路径可以确保在终端任何位置都能直接运行Vitis命令。

**扩展性说明：**

在实际环境中，需要根据自己的操作系统和具体需求调整安装路径和配置内容。如果遇到问题，比如许可证问题或者网络连接问题，需查看Xilinx的官方文档获取进一步的帮助。

#### 2.1.2 Vitis的工作空间和项目管理

工作空间是Vitis中管理项目的地方。用户在Vitis中创建、打开、管理项目时，都是基于工作空间的概念进行操作。理解如何高效地利用工作空间和管理项目，对于提高开发效率非常关键。

**工作空间特性：**

- **项目组织**：工作空间可以包含多个项目，可以按项目类型、项目用途等进行分组。
- **视图定制**：用户可定制工作空间的布局和信息展示方式，适应个人或团队的工作习惯。
- **版本控制集成**：Vitis支持与Git等版本控制系统集成，便于代码版本管理。

**项目管理操作示例：**

graph LR
    A[创建项目] --> B[设置项目属性]
    B --> C[配置源文件]
    C --> D[添加资源]
    D --> E[构建项目]
    E --> F[运行和调试]

**代码块示例：**

# 使用命令行创建Vitis项目
vitis -new project -name my_project -template application -location ~/vitis_workspaces

**参数说明：**

- `my_project`：新项目的名称。
- `-template application`：项目模板类型，这里是应用类型项目。
- `-location`：指定项目存储的位置。

**逻辑分析：**

上述命令行的参数指定了项目的名称、模板以及存储位置。这些参数是创建新项目时必须明确指定的，它们将直接影响项目的结构和内容。

**扩展性说明：**

在项目管理中，用户可能需要根据项目需求进行复杂的配置，如设置特定的编译器优化选项或链接脚本等。了解Vitis的项目属性设置，有助于在不同开发阶段实现更灵活的定制化开发。

### 2.2 Vitis与传统FPGA工具对比

#### 2.2.1 开发流程的变革

Vitis在传统FPGA开发流程上做了不少改进，引入了高层次综合（HLS）和异构设计的思想，使得开发者能够以更接近软件开发的方式来设计FPGA。

**开发流程对比：**

- **传统工具流程**：编写HDL代码（如VHDL/Verilog），进行仿真测试，综合、实现、生成比特流，最后进行硬件验证。
- **Vitis流程**：代码编写（支持C/C++、OpenCL等），通过HLS工具转换为硬件实现，利用Vitis的集成开发环境进行调试和仿真。

**变革要点：**

1. **C/C++的全面支持**：Vitis使得用C/C++或HLS进行FPGA开发成为可能，这对于传统硬件设计者和软件开发者来说，都降低了进入门槛。
2. **软件仿真**：提供了一个更接近真实硬件执行的软件仿真环境，让开发者在硬件实现前就进行详尽的测试。
3. **系统级调试**：Vitis提供了一套更全面的调试工具，支持系统级的调试，进一步减少了硬件验证的需求。

**逻辑分析：**

Vitis的这些改变大幅提升了开发的效率和便捷性。例如，软件开发者可以使用熟悉的编程语言开发硬件加速功能，而无需深入理解硬件描述语言。

### 2.3 Vitis lib库的基本使用

#### 2.3.1 lib库的概念和结构

Vitis平台的库（lib库）是一组预先构建好的功能模块，这些模块可以被直接引用到用户项目中以加速开发过程。在FPGA开发中，库的概念与传统软件开发中的库有相似之处，但也有其独特性。

**库的类型：**

1. **Xilinx官方库**：提供优化的硬件加速模块，如数学运算