引言
Descriptor 描述子运算的整个代码量比较少，因此本章节就是描述子运算 HLS解析 的最后一章节
该章节依旧是以代码注释的方式呈现。
需要额外关注的是，整个代码从输入到输出他的数据流向是怎么样？数据经过了哪些函数处理，进行了什么操作？
最后打包成AXI-Stream 协议格式输出。
windowSliderProc函数
windowSliderProc是滑动窗口处理的行方向控制核心。
// 模板参数说明：// ROWS/COLS：图像的最大行数/列数（配置参数，用于适配不同尺寸图像）// DEPTH：像素数据深度（如8位、16位，由图像类型决定）// NPC：每周期处理的像素数（Xilinx专用宏，如XF_NPPC1=1像素/周期，XF_NPPC8=8像素/周期）// WORDWIDTH：数据总线宽度（由DEPTH和NPC计算，如8位×8像素=64位）// TC：列循环迭代次数提示（用于HLS综合时的性能优化参考）// WIN_SZ：滑动窗口的尺寸（如31表示31×31的窗口）// WIN_SZ_SQ：滑动窗口尺寸的平方（如31×31=961，用于缓冲区大小计算）template<int ROWS, int COLS, int DEPTH, int NPC, int WORDWIDTH, int TC, int WIN_SZ, int WIN_SZ_SQ>void windowSliderProc(
hls::stream<ap_uint<8>> &img, // 输入图像数据流（8位像素数据）
hls::stream<ap_uint<88>> &dataPackStreamIn, // 输入辅助数据打包流（88位，用于特征计算等）
hls::stream<ap_uint<336>> &dataPackStreamOut, // 输出打包数据流（窗口数据+辅助数据，共336位）
ap_uint<8> win_size, // 滑动窗口的实际尺寸（与WIN_SZ一致，此处为31）
uint16_t img_height, uint16_t img_width // 图像的实际高度和宽度（像素级）) {
// 窗口行索引数组：存储当前滑动窗口所覆盖的图像行的索引（如31×31窗口的行索引可能为[2,3,...,32]）
ap_uint<13> row_ind[WIN_SZ];#pragma HLS ARRAY_PARTITION variable=row_ind complete dim=1 // 数组完全分区：将row_ind的所有元素拆分到独立硬件资源，支持并行访问（无冲突）
uint16_t shift_x = 0; // 列方向偏移量（预留变量，当前未使用）
ap_uint<13> row, col; // 行、列循环变量（ap_uint<13>适配图像尺寸最大为8192，满足多数场景）
// 窗口像素缓存：用于暂存滑动窗口内的像素数据，支持列方向滑动
// 维度为[WIN_SZ行][每周期像素数 + 窗口列数-1]，确保窗口滑动时能缓存足够的历史数据
XF_PTNAME(DEPTH) src_buf[WIN_SZ][XF_NPIXPERCYCLE(NPC) + (WIN_SZ - 1)];#pragma HLS ARRAY_PARTITION variable=src_buf complete dim=1 // 行完全分区：窗口的每一行可并行访问#pragma HLS ARRAY_PARTITION variable=src_buf complete dim=2 // 列完全分区：每行的像素可并行访问，加速窗口数据提取
// 行缓冲区：存储滑动窗口覆盖的多行图像数据（按"周期"粒度存储，非像素粒度）
// 维度为[WIN_SZ行][列数/NPC]（因NPC个像素打包成1个周期数据）
XF_SNAME(WORDWIDTH) buf[WIN_SZ][(COLS >> XF_BITSHIFT(NPC))];#pragma HLS ARRAY_PARTITION variable=buf complete dim=1 // 行完全分区：并行访问不同行的缓冲区数据#pragma HLS RESOURCE variable=buf core=RAM_S2P_BRAM // 资源约束：指定使用双端口BRAM（块RAM）存储，适合大容量数据（避免占用寄存器资源）
// 初始化窗口行索引：初始窗口覆盖从0开始的连续WIN_SZ行（如31行窗口初始索引为0~30）
for (int init_row_ind = 0; init_row_ind < win_size; init_row_ind++) {#pragma HLS LOOP_TRIPCOUNT min=WIN_SZ max=WIN_SZ // 告知HLS循环迭代次数范围（WIN_SZ次），辅助综合工具优化硬件结构
row_ind[init_row_ind] = init_row_ind; // 索引初始化为0,1,2,...,win_size-1
}
// 预读初始行数据到行缓冲区buf：为窗口滑动提供初始数据
// 读取范围：从窗口中心行（win_size>>1，即win_size/2）到窗口最后一行（row_ind[win_size-1]）
// 目的：避免窗口首次滑动时缓冲区为空，确保初始窗口数据完整
read_lines:
for (int init_buf = row_ind[win_size >> 1]; init_buf < row_ind[win_size - 1]; init_buf++) {#pragma HLS LOOP_TRIPCOUNT min=WIN_SZ max=WIN_SZ // 迭代次数约为WIN_SZ/2（窗口半高）
// 按"周期"粒度读取列数据（每周期处理NPC个像素，因此列数需除以NPC）
for (col = 0; col < img_width >> XF_BITSHIFT(NPC); col++) {#pragma HLS LOOP_TRIPCOUNT min=TC max=TC // 列循环次数提示（与TC参数一致）#pragma HLS pipeline // 流水线优化：每个时钟周期处理一个列，提升数据读取吞吐量（目标II=1）#pragma HLS LOOP_FLATTEN OFF // 禁止循环合并：避免与外层循环合并，保证流水线稳定性
buf[init_buf][col] = img.read(); // 从输入图像流读取数据，存入行缓冲区对应位置
}
}
// 处理顶部边界：当窗口顶部超出图像范围时，填充0（边界填充策略）
// 覆盖窗口上半部分（前WIN_SZ>>1行），避免访问图像外的无效数据
for (col = 0; col < img_width >> XF_BITSHIFT(NPC); col++) {#pragma HLS LOOP_TRIPCOUNT min=TC max=TC // 列循环次数提示
for (int init_buf = 0; init_buf < WIN_SZ >> 1; init_buf++) {#pragma HLS LOOP_TRIPCOUNT min=WIN_SZ max=WIN_SZ // 行循环次数为窗口半高（WIN_SZ/2）#pragma HLS UNROLL // 循环展开：并行填充边界数据，无延迟
buf[init_buf][col] = 0; // 顶部边界填充0（可根据需求修改为镜像/复制等其他策略）
// 注：注释掉的"buf[row_ind[win_size>>1]][col]"表示另一种策略（复制中心行数据）
}
}
// 行方向滑动主循环：窗口从图像中心行开始，向下滑动至覆盖底部边界
// 循环范围：[窗口半高, 图像高度+窗口半高]，确保窗口完全覆盖图像及边缘（包括超出图像底部的部分）
Row_Loop:
for (row = (win_size >> 1); row < img_height + (win_size >> 1); row++) {#pragma HLS LOOP_TRIPCOUNT min=ROWS max=ROWS // 告知HLS循环迭代次数范围（约为图像行数ROWS）
// 调用lineProcess处理当前行的列方向滑动：
// 功能：提取当前行中窗口覆盖的列数据、处理列方向边界、打包窗口数据与辅助数据
lineProcess<ROWS, COLS, DEPTH, NPC, WORDWIDTH, TC, WIN_SZ, WIN_SZ_SQ>
(img, dataPackStreamIn, dataPackStreamOut, buf, src_buf, img_width, img_height, row_ind, row, win_size);
// 更新窗口行索引：实现窗口向下滑动（类似"队列左移"，旧行索引循环复用）
ap_uint<13> zero_ind = row_ind[0]; // 保存窗口最顶部的行索引（即将被移出窗口）
for (int init_row_ind = 0; init_row_ind < WIN_SZ - 1; init_row_ind++) {#pragma HLS LOOP_TRIPCOUNT min=WIN_SZ max=WIN_SZ // 迭代次数为窗口尺寸-1#pragma HLS UNROLL // 并行更新索引，无延迟
row_ind[init_row_ind] = row_ind[init_row_ind + 1]; // 索引左移（每行上移一个位置）
}
row_ind[win_size - 1] = zero_ind; // 最旧的索引移至窗口底部（循环利用，实现窗口整体下移）
} // Row_Loop结束}
windowSlider函数
// 模板参数说明：
// NMS：非极大值抑制配置开关（1启用/0禁用，用于后续特征筛选）
// SRC_T：输入图像数据类型（此处固定为XF_8UC1，8位单通道灰度图）
// ROWS/COLS：图像最大尺寸（HEIGHT/WIDTH为全局宏定义，适配多尺度图像）
// NPC：每周期处理像素数（默认1，即1像素/时钟周期）
template<int NMS, int SRC_T, int ROWS, int COLS, int NPC=1>
void windowSlider(
hls::stream<ap_uint<8>> &src, // 输入原始图像数据流（8位像素数据）
hls::stream<ap_uint<88>> &dataPackStreamIn, // 输入辅助数据打包流（88位，如预处理参数/坐标信息）
hls::stream<ap_axiu<32,1,1,1>> &descriptor_out, // 输出特征描述符流（AXI-Stream协议，32位数据位宽）
unsigned short imageheight, unsigned short imagewidth, // 当前尺度图像实际宽高
ap_uint<8> img_level // 图像金字塔层级（0-3，对应不同缩放尺度）
) {
#pragma HLS inline off // 禁止函数内联：保持函数独立性，避免综合时逻辑混乱，便于优化与调试
#pragma HLS DATAFLOW // 数据流优化：子函数并行执行（windowSliderProc与Descriptors同时运行），通过中间流传递数据，最大化硬件吞吐量
// 中间数据流：连接windowSliderProc输出与Descriptors输入，传递336位打包数据（窗口像素+辅助信息）
hls::stream<ap_uint<336>> dataPackStream;
// 调用滑动窗口核心处理函数windowSliderProc：
// 模板参数解析：
// ROWS/COLS：图像最大尺寸；XF_DEPTH(SRC_T,NPC)：由输入类型计算像素深度（8位）；
// NPC：每周期像素数（1）；XF_WORDWIDTH(SRC_T,NPC)：计算总线宽度（8位×1=8位）；
// (COLS>>XF_BITSHIFT(NPC))+(31>>1)：列循环次数提示（图像列数+窗口半宽，适配边缘处理）；
// 31：滑动窗口尺寸（31×31）；31*31：窗口尺寸平方（用于缓冲区配置）
windowSliderProc<ROWS, COLS, XF_DEPTH(SRC_T, NPC), NPC,
XF_WORDWIDTH(SRC_T, NPC), (COLS >> XF_BITSHIFT(NPC)) + (31 >> 1), 31, 31 * 31>
(src, dataPackStreamIn, dataPackStream, 31, imageheight, imagewidth);
// 调用描述符生成函数：将打包的窗口数据转换为AXI-Stream格式的特征描述符输出
// 输入：中间数据流dataPackStream；输出：descriptor_out；参数包含图像宽高与金字塔层级
Descriptors(dataPackStream, descriptor_out, imagewidth, imageheight, img_level);
}
comDescriptor_accel函数
// 函数功能：特征描述符计算加速器顶层入口（FPGA/ASIC硬件加速入口函数）
// 负责接收输入数据流、解析图像尺度、调用滑动窗口处理流水线，输出特征描述符
void comDescriptor_accel(
hls::stream<ap_uint<8>> &srcStream, // 输入原始图像数据流（8位像素，首数据为图像层级）
hls::stream<ap_uint<88>> &dataStreamIn, // 输入辅助数据数据流（88位，首数据未实际使用）
hls::stream<ap_axiu<32,1,1,1>> &descriptor_out // 输出特征描述符流（AXI-Stream协议，供下游模块使用）
) {
// 硬件接口约束：
#pragma HLS INTERFACE ap_ctrl_none port=return // 无控制接口（纯数据流驱动，无start/stop信号），适配流水线硬件设计
#pragma HLS INTERFACE axis register both port=srcStream // srcStream接口：AXI-Stream协议，输入输出均寄存器缓存
#pragma HLS INTERFACE axis register both port=dataStreamIn // dataStreamIn接口：同上，AXI-Stream带寄存器缓存
#pragma HLS INTERFACE axis register both port=descriptor_out // descriptor_out接口：同上，AXI-Stream带寄存器缓存
// 读取图像金字塔层级（srcStream首字节存储，0-3对应4个缩放尺度）
ap_uint<8> img_level = srcStream.read();
// 读取辅助数据首包（未实际使用，仅占位接收，适配数据流同步）
ap_uint<88> img_level2 = dataStreamIn.read();
// 多尺度图像尺寸数组：对应4个金字塔层级（0-3）的图像宽高（像素级）
// 层级0：480行×640列；层级1：320×427；层级2：213×284；层级3：142×190（按比例缩放）
unsigned short imageheight[4] = {480, 320, 213, 142};
unsigned short imagewidth[4] = {640, 427, 284, 190};
// 调用滑动窗口处理函数windowSlider，启动特征提取流水线：
// 模板参数：NMS=1（启用非极大值抑制）、SRC_T=XF_8UC1（8位单通道图像）、
// ROWS=HEIGHT（全局宏定义最大行数）、COLS=WIDTH（全局宏定义最大列数）、NPC=1（1像素/周期）
// 实参：输入流、输出流、当前尺度图像宽高（由img_level索引获取）、图像金字塔层级
windowSlider<1, XF_8UC1, HEIGHT, WIDTH, 1>(
srcStream, dataStreamIn, descriptor_out,
imageheight[img_level], imagewidth[img_level], img_level
);
}
整体总结
各个模块的功能和核心联系
从输入到输出的数据流向：
srcStream（8 位）→ comDescriptor_acceldataStreamIn（88 位）→ comDescriptor_accel
comDescriptor_accel → windowSlider（转发 srcStream 和 dataStreamIn）
windowSlider 中：srcStream → windowSliderProcdataStreamIn → windowSliderProcwindowSliderProc → dataPackStream（336 位）
dataPackStream（336 位）→ Descriptors
Descriptors → descriptor_out（32 位 AXI-Stream）
ORB-SLAM3硬件加速项目系列
点击图片中的 #slam移植系列 获取全部文章。
至此，本系列已经完成了两个模块的详解。后续会讲解一些额外的辅助模块。