时至今日,信息产业升级对快速芯片设计提出了新的要求。EDA领域尤为重要,同时也是被国家认定的卡脖子的工业软件领域之一。EDA中的高层次综合工具是作为新一代的芯片前端设计工具得到人们追捧,它可以帮助软件开发人员快速通过高级语言实现硬件电路的设计。人们认为软件定义硬件（SDH）的方向是未来EDA工具智能化的重要发展趋势,本研究针对软件定义硬件的高层次综合方法在核心框架、关键算法、工具设计等做出了主要的工作及贡献:1)提出了一种软件定义硬件的高层次综合新方法框架-FastHLS,设计了从二进制指令代码到结构、结构再到系统级电路逐步构造的完整处理过程,即建构过程及其完整工具链。整个处理过程的核心思想是通过降维,将高层次综合问题转化为二进制指令代码翻译的结构与建构的问题,通过设计新算法在结构的维度上寻找满足资源、性能约束条件需求的同构结构,构造这种结构后将其转化为各种硬件体系架构（例如:专用的同步时序逻辑电路、RISC处理器、VLIW架构的处理器结构等）,最终映射到一种抽象的HAC硬件结构完成软件定义硬件的设计,实现了不依赖高级语言编译器下完成So C级的高层次综合工作,有效的解决了软件开发和硬件自动化设计耦合关系。2)提出了FastHLS核心算法和关键技术的实现细节,其中包括结构优化方法、架构生成方法、特殊结构翻译、调试策略与机制、动态冗余剔除方法等。为了快速实现电路的建构,设计了一种H（I,ω）建构算子,并给出了实现方法和过程,通过反复迭代指令模板完成指令级到模块级的结构构造;为了能够进一步使结构同构满足性能和资源需求,因此设计了两种结构优化算法:一种是基于最小资源建构约束下尽可能提升性能的Min R-PI优化算法;另一种是优先结构全翻译在并行性及性能优先前提下进行资源约束的Bal R-PI优化算法。通过这两个算法可以为开发人员提供更多的硬件结构方案;为了让高层次综合工具达到更好的兼容软件开发及代码可重用目的,设计了RCB-Detect静态分析算法用于检测代码中重复指令序列,并给出可重用模块的组合方案和模块引用建议;为了解决特殊结构、冗余剔除及代码调试上的相关问题,设计了一些特殊指令结构的翻译,例如中断处理、存储器的访问等,设计了在结构上完成动态冗余剔除的算法,可以榨出更多的硬件资源。3)完成了FastHLS工具的开发和评估,对整个工具链进行了实验测试。实验测试结果中发现无论在编译速度、可综合性、芯片资源占用情况等都取得了比同类工具更好的结果。最终,本研究使得高层次综合在可重用性、可靠性、易用性、应用性得到了突破。