High Level Synthesis (HLS) 是一種自動化設計流程，將高階描述語言（如 C、C++ 或 SystemC）轉換為硬體描述語言（如 VHDL 或 Verilog），以生成數位電路設計。這一過程不僅簡化了設計流程，還能提高設計的效率和可重用性。HLS 的重要性在於其能夠在設計過程的早期階段進行高層次的抽象和優化，使設計者能夠專注於功能和性能，而非底層的硬體實現細節。
在數位電路設計中，HLS 的角色非常關鍵。它允許設計者在更高的抽象層次上進行思考，促進了快速原型製作和迭代設計。HLS 的技術特徵包括自動化的數據流分析、行為建模、資源共享和時間優化等。這些特徵使得設計者能夠在多個設計變數之間進行平衡，例如功耗、性能和面積（Area）。
當設計者使用 HLS 時，他們能夠在早期識別潛在的瓶頸和問題，並能夠利用高層次的優化技術來改善最終的電路性能。這種方法不僅縮短了設計週期，還提高了設計的質量，因為它使得設計者能夠在更高的抽象層次上驗證其設計的正確性和有效性。
High Level Synthesis 的組成部分和運作原理可以分為幾個主要階段，包括行為描述、資源分配、時間分析和電路生成。每一階段都有其特定的功能和相互作用，形成一個完整的設計流程。
在 HLS 的第一階段，設計者使用高階描述語言來描述系統的行為。這些語言能夠清楚地表達算法和數據流，並提供了更高的抽象層次來進行設計。行為描述通常包括數據結構、控制流和功能邏輯，這些都是最終電路設計的基礎。
接下來，HLS 進行資源分配，這一過程旨在將行為描述中的操作映射到具體的硬體資源上。這包括確定所需的運算單元、存儲器和其他硬體組件。資源分配的有效性直接影響到最終電路的性能和功耗，因此這一階段需要謹慎考慮。
時間分析是 HLS 中的一個關鍵步驟，設計者需要確保生成的電路能夠在預定的時鐘頻率下運行。這一過程涉及到對數據路徑的評估，確保所有信號在正確的時間到達目的地，並且滿足設計的時序要求。時間分析的結果將影響後續的電路生成和優化。
最後，HLS 將所有的設計信息轉換為硬體描述語言（如 VHDL 或 Verilog），這一過程稱為電路生成。生成的電路描述可以直接用於後續的綜合和實現階段。這一階段還可能包括一些自動化的優化措施，以進一步提高電路的性能和效率。
High Level Synthesis 與其他設計技術之間的比較顯示了其獨特的優勢和挑戰。例如，與傳統的 RTL 設計流程相比，HLS 提供了更高的抽象層次，使設計者能夠在更早的階段進行驗證和優化。然而，傳統 RTL 設計通常提供更細緻的控制，這對於某些高性能的應用可能是必要的。
在與其他自動化設計工具（如綜合工具）比較時，HLS 的優勢在於其能夠加速設計流程，並減少人為錯誤的可能性。HLS 的缺點在於其生成的電路可能不如手動設計的電路那麼高效，特別是在對性能要求極高的應用中。
實際應用中，HLS 在嵌入式系統、數位信號處理（DSP）和高性能計算等領域得到了廣泛的應用。例如，在一個 DSP 應用中，設計者可以使用 HLS 來快速實現濾波器或轉換器，並在短時間內進行多次迭代，最終生成高效的硬體實現。
High Level Synthesis 是一種自動化設計流程，將高階描述語言轉換為硬體描述語言，以提高數位電路設計的效率和可重用性。