對于邏輯級數較高的路徑，常用的方法之一是在其中插入流水寄存器，將路徑打斷，從而降低邏輯延遲，這在HDL代碼中實現起來比較容易。此外，從RTL代碼風格角度講，對于關鍵模塊，設計時常將其輸入/輸出端口寄存。這起到了隔離關鍵路徑的作用。

但是，如果使用的RTL代碼是HLS轉換生成的，例如使用Vitis HLS綜合的，其可讀性較差，想要在其生成的HDL代碼中插入寄存器就變得比較困難。為此，我們想到了能否在C代碼中插入寄存器，并保證Vitis HLS綜合后的結果是寄存器。

這要解決四個問題：一是這樣的C代碼要具備一定的可復用性，比如，以模板函數的形式呈現。二是這樣的C代碼是參數化的，尤其是數據類型，因為需要寄存的數據其數據類型不盡相同。這仍然可以借助模板函數實現。三是保證這個函數不被優化合并掉。因為這個函數功能比較單一，輸出等于輸入，這就要用到INLINE的功能。四是C語言是不具備時序特征的，要實現輸出與輸入的延遲，就要借助相應的pragma，我們想到了Latency。

在此基礎上，我們構造了下面的C++代碼。不難看出，這是一個模板函數，數據類型是參數化的，使用了三個pragma。其中PIPELINE用于限定II為1，LATENCY用于限定延遲為1，INLINE用于防止該函數被合并。

看一個具體的使用案例，如下圖所示代碼。功能很簡單，就是實現兩個數的相加。這里對兩個輸入數據a和b分別做了寄存，同時對結果c也做了寄存。最終的綜合報告顯示Latency為2，和我們預期的一致。對于生成的HDL代碼，將其添加到Vivado中進行綜合，綜合后的結果也是符合預期的。

這里，我們對比一下三種情形。情形1：不添加流水寄存器；情形2：僅對輸出添加流水寄存器；情形3：輸入輸出均添加流水寄存器。Vitis HLS綜合結果以及其生成的HDL代碼在Vivado下的綜合結果對比如下圖所示。首先，可以看到Latency符合預期，同時II始終為1；其次，Vivado下綜合后的資源利用率與Vitis HLS的結果是不一致的。這一點也很容易理解，因為Vivado綜合時會有很多優化。

進一步，我們看到這里的延遲為1，如果需要兩級延遲，就要兩次調用模板函數。能否將延遲的時鐘周期也設置成參數呢？答案是肯定的，如下圖代碼所示。這里定義了L，用來管理延遲的時鐘周期個數，對應pragma Latency的min和max值。

原文標題：在C代碼中插入寄存器

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