HLS Math Library：csim和C/RTL co-sim仿真不一致？（1）

• 2020 年 3 月 12 日
• 笔记

HLS数学库中的函数是可综合的位近似（bit-approximate）的函数。所谓位近似，其实反映了函数的实现精度。这里的精度是指HLS库中的函数与标准库（math.h或cmath.h）中的函数的数值差异。通常采用ULP（Unit of Least Precision）来度量，ULP的典型值为1~4。这种精度上的差异既会影响C仿真，也会影响C/RTL协同仿真。

我们来看一个典型案例，头文件内容和函数定义部分分别如下图所示。不难看出，这里使用了C++中的cmath库，因此其中的sinf、cosf和sqrtf都来自这个库。

为了观察C仿真的结果和C/RTL协同仿真的结果，Testbench中特地将res写入到文件res.dat中保存。这样，C仿真时会生成res.dat文件，位于工程目录下的build文件夹里，具体路径如下所示。

solution1csimbuild

同样地，C/RTL协同仿真时也会生成res.dat，位于工程目录下的wrapc_pc文件夹里，具体路径如下所示。

solution1simwrapc_pc

比较这两个文件可以发现，C仿真的结果和C/RTL协同仿真的结果部分值是不一致的，如下图所示。

也可以在C/RTL协同仿真生成的波形中查看到结果，如下图所示。

可以看到小数部分是有差异的，用户要决定这种差异是否是可以接受的。为什么会有这种差异？其实就是因为C仿真时用的函数来源于cmath.h中，而C/RTL协同仿真用的是HLS数学库中的函数综合后的结果，存在精度损失，也就是前文所说的ULP。

一种更巧的方法是在Testbench中能够检查到这些精度损失的值，同时检查精度损失是否在可接受范围内，这就需要定义误差值。误差是期望值与真实值之差。这里期望值由cpp_math_sw决定，如下图所示。

cpp_math_sw和cpp_math的内容完全一样，但cpp_math_sw是作为testbench文件输入给VivadoHLS的，如下图所示。

紧接着，我们定义误差，并将不一致的结果写入文件，如下图所示。其中，fp_strmo为ofstream定义的输出文件流，AbsError为用户定义的可接受的绝对误差，diff则是实际误差值。

C仿真时，cpp_math和cpp_math_sw的输出结果是一致的。但在C/RTL协同仿真时，由于cpp_math中的函数采用了HLS数学库中的可综合函数，从而引入了误差。上述Testbench可以检查到误差超过允许范围之内的输入值，并将其写入文件中。最终生成的文件如下图所示。

那么，是否还有其他方法，在C仿真阶段就能检测出这种误差呢？