Diary/2022-12-4の変更点

• 追加された行はこのように表示されます。
• 削除された行はこのように表示されます。

!PYNQ/KV260のビルド
GitHubで公開されてているKria-PYNQのbaseをビルドしてみる．
ライセンスは https://github.com/Xilinx/Kria-PYNQ/blob/main/LICENSE によると
BSD 3-Clause License なので，オリジナル作るときはこれをベースにすすめればよさそう．

 git clone https://github.com/Xilinx/Kria-PYNQ.git
 cd Kria-PYNQ
 git checkout v3.0
 git submodule update --init --recursive
 source /tools/Xilinx/Vitis/2020.2/settings64.sh
 kv260/base
 make

Vivado/Vitis HLSの日付のバグを踏むので
https://support.xilinx.com/s/article/76960
をちゃんと当てとかないとダメ

また，2020.2.2のアップデートをインストールしとくのと
KV260のボードファイルを用意しておく必要があるのは注意．
ボードファイルは，
https://github.com/Xilinx/XilinxBoardStore/tree/2020.2.2/boards/Xilinx/kv260
を /tools/Xilinx/Vivado/2020.2/data/boards/board_files にコピーしとく．

ビルドがおわると，PYNQでPLをオーバーレイするのに必要な
* base.bit
* base.hwh
* base.dtbo
が生成される．


base/base.xprを開いてブロックデザインをみてみると↓のような感じ．
ロゴが入っているのがZYNQ UltraSCALE+．
左側の濃いブロックがiop_pmod0でPMODにつながっていて，
右側の濃いブロックはmipi．
{{ref_image kv260_pynq_base_s.png}}

{{ref_image kv260_pynq_base_iop_s.png}}
iop_pmod0の中身はこんな感じ．中にMicroBlazeがいる．
	    
mipiの中身はこんな感じ．Vitis HLSで作ったモジュール達が入っている．
入力はmipi_phy_ifで外から入っていて，
計算した結果はAXI Video Direct Memory Accessを介して
Zynq UltraSCALE+のS_AXI_HPI_FPDに入力されている．
{{ref_image kv260_pynq_base_mipi_s.png}}

!オリジナルIPの組み込み
Kria-PYNQ/baseにオリジナルのIPを組み込んでみる．

 mkdir myipcore
 cd myipcore
 source /tools/Xilinx/Vitis/2020.2/settings64.sh
 vitis_hls

とかして，Vitis HLS開いて，プロジェクトを作る．

プロジェクトを作ったら，たとえば，こんな感じの関数を vector_add.c に実装して，

 #include "vector_add.h"
 
 void vector_add(int a[128], int b[128], int c[128]){
 #pragma HLS INTERFACE s_axilite port=return
 #pragma HLS INTERFACE s_axilite port=a
 #pragma HLS INTERFACE s_axilite port=b
 #pragma HLS INTERFACE s_axilite port=c
   for(int i = 0; i < 128; i++){
     c[i] = a[i] + b[i];
   }
 }

こんな感じのテストベンチを vector_add_tb.c に実装．

 #include <stdio.h>
 #include "vector_add.h"
 
 int main(int argc, char **argv){
   int a[128];
   int b[128];
   int c[128];
   int c_sw[128];
 
   int i;
 
   for(i = 0; i < 128; i++){
     a[i] = i;
     b[i] = i;
     c[i] = 0;
     c_sw[i] = a[i] + b[i];
   }
 
   vector_add(a, b, c);
 
   for(i = 0; i < 128; i++){
     if(c_sw[i] != c[i]){
       printf("%d: expected %d, but the actual %d\n", i, c_sw[i], c[i]);
       return 1;
     }
   }
   return 0;
 }

C Simulation -> C Synthesis -> Co-Simulation -> Export RTLする．
仮引数のa, b, cは，それぞれs_axi_controlのオフセット512, 1024, 1536にマッピングされた．

関数の制御/ステータス信号および仮引数はすべて一つのAXI4-LiteなSlaveにまとめられる．
メモリマップは
 //------------------------Address Info-------------------
 // 0x000 : Control signals
 //         bit 0  - ap_start (Read/Write/COH)
 //         bit 1  - ap_done (Read/COR)
 //         bit 2  - ap_idle (Read)
 //         bit 3  - ap_ready (Read)
 //         bit 7  - auto_restart (Read/Write)
 //         others - reserved
 // 0x004 : Global Interrupt Enable Register
 //         bit 0  - Global Interrupt Enable (Read/Write)
 //         others - reserved
 // 0x008 : IP Interrupt Enable Register (Read/Write)
 //         bit 0  - enable ap_done interrupt (Read/Write)
 //         bit 1  - enable ap_ready interrupt (Read/Write)
 //         others - reserved
 // 0x00c : IP Interrupt Status Register (Read/TOW)
 //         bit 0  - ap_done (COR/TOW)
 //         bit 1  - ap_ready (COR/TOW)
 //         others - reserved
 // 0x200 ~
 // 0x3ff : Memory 'a' (128 * 32b)
 //         Word n : bit [31:0] - a[n]
 // 0x400 ~
 // 0x5ff : Memory 'b' (128 * 32b)
 //         Word n : bit [31:0] - b[n]
 // 0x600 ~
 // 0x7ff : Memory 'c' (128 * 32b)
 //         Word n : bit [31:0] - c[n]
 // (SC = Self Clear, COR = Clear on Read, TOW = Toggle on Write, COH = Clear on Handshake)
という感じ．

生成したIPコアをIPIに組み込むために，
IPカタログのリポジトリにmyipcoreディレクトリを追加してコアのインスタンスを生成して，
M_AXI_HPM0_LPDから制御されるps8_0_axi_periphなるAXI Interconnectの先にぶらさげる．

{{ref_image kv260_pynq_mycore_s.png}}

で，Generate Bitstreamで，しばらく待つと，
* kv260/base/base/base.runs/impl_1/base_wrapper.bit
* kv260/base/base/base.gen/sources_1/bd/base/hw_handoff/base.hwh
ができる．

両方ともKriaに転送して，
たとえば，/home/root/jupyter_notebooksの下にmyipcoreとか作って置いておく．

あとは，Juypter環境で，同じフォルダにPython3ノートを作って，

 from pynq import Overlay
 base = Overlay("./myipcore.bit")
 from pynq import MMIO
 mmio = MMIO(base_addr=base.ip_dict['vector_add_0']['phys_addr'], length=0x1000, debug=True)

として追加したvector_add_0へのハンドラ(メモリ領域へのアクセサ)を取得する．
 mmio.read(0)
とかすると，ap_idleに相当する4が返ってくる．
 for i in range(128):
     mmio.write(512+4*i, i)
     mmio.write(1024+4*i, i)
     mmio.write(1536+4*i, 0)
として，仮引数のa, b, cに相当する領域を初期化した後，
 mmio.write(0, 1)
で，処理の実行開始．処理はすぐに終わるはずなので，
 mmio.read(0)
とすると，今度はap_readyとap_idleが立った状態の6が返ってくる．
 for i in range(128):
     print(mmio.read(1536+4*i))
で，cの先のメモリを読むと，
 0
 2
 4
 6
 8
 10
 12
 14
 16
 ...
と，aとbを足した値が格納されていて，正しく処理が実行できたことがわかる．