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。