C++ 任意精度定点类型 - 2023.2 简体中文

C++ 函数可利用 Vitis HLS 所含的任意精度定点类型。下图汇总了这些定点类型的基本功能：

• 字型可采用有符号 (ap_fixed) 或无符号 (ap_ufixed) 类型。
• 可定义任意大小 W 的字。
• 小数点 I 前的位数还可定义代码字的小数位数 W-I（在下图中以 B 来表示）。
• 可选择舍入或量化 (Q) 类型。
• 可选择上溢行为（O 和 N）。

在使用 ap_[u]fixed 类型的超大阵列时以及在 C 语言仿真期间，任意精度定点类型会占用更多存储器。

使用定点类型的优势包括：

• 支持轻松显示小数。
• 当变量包含的整数位数和小数位数不同时，可处理小数点的对齐。
• 当小数位数太少无法准确表示结果精度时，有多个选项可用于处理舍入方式。
• 当结果大于可显示的整数位数时，有多个选项可用于处理变量上溢方式。

请查看如下示例中的代码，其中汇总了各项属性。首先，包含 ap_fixed.h 头文件。随后使用 typedef 语句定义 ap_fixed 类型：

• 10 位输入：8 位整数值和 2 个小数位。
• 6 位输入：3 位整数值和 3 个小数位。
• 用于累加的 22 位变量：17 位整数值和 5 个小数位。
• 用于表示结果的 36 位变量：30 位整数值和 6 个小数位。

函数不含用于管理执行运算后的小数点对齐的代码。对齐自动执行。

以下代码样本显示的类型为 ap_fixed。

#include "ap_fixed.h"

typedef ap_ufixed<10,8, AP_RND, AP_SAT> din1_t;
typedef ap_fixed<6,3, AP_RND, AP_WRAP> din2_t;
typedef ap_fixed<22,17, AP_TRN, AP_SAT> dint_t;
typedef ap_fixed<36,30> dout_t;

dout_t cpp_ap_fixed(din1_t d_in1, din2_t d_in2) {

 static dint_t sum;
 sum += d_in1; 
 return sum * d_in2;
}

通过使用 ap_(u)fixed 类型，C++ 仿真可保证位精度。快速仿真可确认算法及其准确性。综合后，RTL 会显示完全相同的位精确行为。

在此代码中可为任意精度定点类型自由赋予字面值。如以上示例中使用的测试激励文件中所示（请参阅以下示例），其中已声明 in1 和 in2 的值，并对其赋予常量值。

赋予含运算符的字面值时，字面值必须首先强制转换为 ap_(u)fixed 类型。否则，C 语言编译器和 Vitis HLS 会将字面值解释为整数或 float/double 类型，并且可能无法找到合适的运算符。如以下示例所示，在 in1 = in1 + din1_t(0.25) 的赋值中，字面值 0.25 强制转换为 ap_fixed 类型。

#include <cmath>
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <cstdlib>
using namespace std;
#include "ap_fixed.h"

typedef ap_ufixed<10,8, AP_RND, AP_SAT> din1_t;
typedef ap_fixed<6,3, AP_RND, AP_WRAP> din2_t;
typedef ap_fixed<22,17, AP_TRN, AP_SAT> dint_t;
typedef ap_fixed<36,30> dout_t;

dout_t cpp_ap_fixed(din1_t d_in1, din2_t d_in2);
int main()
 {
 ofstream result;
 din1_t in1 = 0.25;
 din2_t in2 = 2.125;
 dout_t output;
 int retval=0;


 result.open(result.dat);
 // Persistent manipulators
 result << right << fixed << setbase(10) << setprecision(15);

 for (int i = 0; i <= 250; i++)
 {
 output = cpp_ap_fixed(in1,in2);

 result << setw(10) << i;
 result << setw(20) << in1;
 result << setw(20) << in2;
 result << setw(20) << output;
 result << endl;

 in1 = in1 + din1_t(0.25);
 in2 = in2 - din2_t(0.125);
 }
 result.close();

 // 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 passes
 return retval;
}