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徒然なる日々を送るソフトウェアデベロッパーの記録(2)

技術上思ったことや感じたことを気ままに記録していくブログです。さくらから移設しました。

ライン描画回路を作ってみる

今日は簡単なネタで。

Vivado HLS で昔懐かしい Bresenham line アルゴリズムを実装してみました。

simpleLine.c として、

#include "ap_cint.h"

#define SCREEN_WIDTH    (640)
#define abs(x)          (((x) >= 0) ? (x) : (-x))
#define sgn(x, y)               (((x) > 0) ? (y) : ((x) < 0) ? (-y) : 0)

void simpleLine(volatile unsigned short *vram, short xpos, short ypos, short dx, short dy, unsigned short count, unsigned short color) {
  unsigned short c;
  short delta = 0;
  unsigned short adx = abs(dx);
  unsigned short ady = abs(dy);
  int sdx = sgn(dx, 1);
  int sdy = sgn(dy, SCREEN_WIDTH);
  short a, b;
  int sx, sy;

  vram = vram + ypos * SCREEN_WIDTH + xpos;
  if (adx >= ady) {
    a = adx;
    b = ady;
    sx = sdx;
    sy = sdy;
  } else {
    a = ady;
    b = adx;
    sx = sdy;
    sy = sdx;
  }

  loop_count: for (c = 0; c < count; ++c) {
    *vram = color;
    vram = vram + sx;
    delta = delta + (b << 1);
    vram = vram + ((delta >= a) ? sy : 0);
    delta = delta - ((delta >= a) ? (a << 1) : 0);
  }
}

とし、テストベンチを tb_simpleLine.c として

#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define SCREEN_WIDTH    (640)
#define SCREEN_HEIGHT   (480)
#define LINE_LENGTH             (100.0)
#define INNER_LENGTH    (10.0)
#define VGACOLOR(c,p)   ((c >> p) & 0xf)

static void line(volatile unsigned short *vram, short xpos, short ypos, short dx, short dy, unsigned short count, unsigned short color) {
  simpleLine(vram, xpos, ypos, dx, dy, count, color);
}

static void drawLine(volatile unsigned short *vram, short xs, short ys, short xe, short ye, unsigned color) {
        short dx = xe - xs;
        short dy = ye - ys;
        unsigned short count = (abs(dx) >= abs(dy)) ? abs(dx): abs(dy);
        line(vram, xs, ys, dx, dy, count, color);
}

static void clearScreen(volatile unsigned short *vram) {
  int pos;
  for (pos = 0; pos < SCREEN_WIDTH * SCREEN_HEIGHT; ++pos) {
    vram[pos] = 0;
  }
}

int main() {
  static unsigned short v[SCREEN_WIDTH * SCREEN_HEIGHT];
  static unsigned short color[] = {
    0x00f, 0x0f0, 0xf00, 0xf0f, 0x0ff, 0xf0f, 0xfff,
    0x008, 0x080, 0x800, 0x808, 0x088, 0x808, 0x888
  };

  int i, j;
  int xh = SCREEN_WIDTH / 2;
  int yh = SCREEN_HEIGHT / 2;
  FILE *f;

  clearScreen(&v[0]);

  for (i = 0, j = 0; i < 360; i = i + 30, j = j + 1) {
    double c = cos(i * M_PI / 180.0);
    double s = sin(i * M_PI / 180.0);
    int x = xh + INNER_LENGTH * c;
    int y = yh + INNER_LENGTH * s;
    line(&v[0], x, y, (short)(c * 10000.0), (short)(s * 10000.0), LINE_LENGTH, color[j]);
  }
  drawLine(&v[0], 0, 0, 639, 20, 0xfff);
  drawLine(&v[0], 0, 20, 639, 0, 0xf00);
  drawLine(&v[0], 0, 0, 20, 479, 0x0f0);
  drawLine(&v[0], 20, 0, 0, 479, 0x00f);

  f = fopen("localram.ppm", "wb");
  fprintf(f, "P6\n640 480\n15\n");
  for (i = 0; i < SCREEN_WIDTH * SCREEN_HEIGHT; ++i) {
    fprintf(f, "%c", VGACOLOR(v[i], 8));
    fprintf(f, "%c", VGACOLOR(v[i], 4));
    fprintf(f, "%c", VGACOLOR(v[i], 0));
  }
  fclose(f);
  return 0;
}

と定義します。(テストベンチ中で ppm ファイルを出力してチェックするように設定)

Vivado HLS で論理合成したところ、LUT 400 個ほどで実装できました。
(メモリアクセスは ap_bus を使用)
for 文は semi perfect loop になるように作ってあるので、PIPELINE 指定が可能です。
実際に指定してみると回路規模はそのままで latency をドット数 + 5 くらいに抑えることが
できました。