FPGA OS

وقت تشغيل نظام التشغيل لتطبيقات FPGA

حقوق الطبع والنشر (C) 2018-2020 ، Wuklab ، UCSD.

هذا هو نظام التشغيل (OS) يعمل داخل FPGA يوفر تجريدات OS مألوفة (على سبيل المثال ، MM ، SCED ، NET) لتطبيقات FPGA. هذا هو نموذج أولي للبحث في المرحلة المبكرة. تتم كتابة معظم الكود في Xilinx HLS. تم اختباره على VCU118 و VCU108.

لقد تم الإعلان عن علني للأغراض التعليمية. آمل أن تجدها مفيدة.

مبادئ تنظيم قاعدة البيانات

• اجعل كل مقلع فرعي عنوان IP من تلقاء نفسه. هذا يعني أنه يجب أن يكون له البرامج النصية الخاصة به ، ورمز RTL أو HLS ، و Testbench.
• سوف التسلسل الهرمي IPS الاعتماد. نحتاج إلى التعبير عن الطلب بشكل صريح في البرامج النصية للبناء المقابلة.
• يجب التعبير عن المشروع الكبير النهائي في رسم تخطيطي أو رمز RTL ثابت الذي يضعف نوى IP الصغيرة.
• بشكل عام ، سيتألف هذا المشروع من العديد من IPs الصغيرة ، وسيتم استخدامها داخليًا لبناء تلك الكبيرة. هدفنا هو أن نكون قادرين على إعادة استخدام IPS قدر الإمكان ، وأن نكون قادرين على بناء IPs جديدة بسهولة.

دلائل قاعدة الشفرات

• الجانب المضيف:
  • host/ : مكدس شبكة الجانب المضيف وبرامج تشغيل DMA
• جانب FPGA:
  • alloc/ : تخصيص الذاكرة
  • mm/ : إدارة الذاكرة
  • net/ : النظام الفرعي للشبكة
  • kernel/ : بعض الكود المتعلق بالعلاقات العامة
  • system/ : الأنظمة المتكاملة الكبيرة النهائية
• كلا العالم:
  • app/ : يمكن أن يكون للتطبيق كل من FPGA ورمز المضيف.
  • include/ : ملفات الرأس المستخدمة من قبل كل من FPGA ورمز المضيف. على سبيل المثال ، رؤوس الشبكة.
    • include/fpga : الرؤوس المستخدمة من قبل HLS فقط
    • include/uapi : الرؤوس المستخدمة من قبل كل من HLS ورمز المضيف
• المساعدون
  • tools/ : مساعدين مختلفين
  • scripts/ : ملفات نص القالب
• ولدت
  • generated_ip/ : جميع IPS التي تم إنشاؤها هنا
  • generated_hls_project/ : مشروع Vivado HLS
  • generated_vivado_project/ : مشروع Vivado

شكل:

• عام
  • اجعلك قابلاً للقراءة للآخرين.
  • إزالة المساحات النهائية وعلامات التبويب.
  • حاول استخدام نمط ترميز Linux kernel.
• Vivado HLS
  • جميع Vivado HLS Script استخدام run_hls.tcl الاسم.
• Verilog
• IP
  • الاسم IP يتكون. استخدم اسم النظام الفرعي كبادئة. على سبيل المثال ، mm_axi_wrapper هو IP AXI WRIPPER تحت النظام الفرعي MM.

دروس

البناء Howto

• اكتب make help في رؤية شرح مفصل.
• اكتب make على المستوى الأعلى سوف يقوم بتجميع المشروع بأكمله باستخدام اللوحة الافتراضية.
  • سيتم تجميع kernel IPS أولاً
  • يقيم نظام كبير في system/ المجلد
• اكتب make في كل مقلع فرعي سيجمع هذا المجلد فقط.

سير العمل: يجب عليك تجميع المشروع عند تنزيل رمز المصدر أولاً. جميع IPs الصغيرة والمتوسطة والمشاريع الكبيرة ستكون جاهزة للاستخدام. بعد ذلك ، يمكنك التركيز على IPS التي تقوم ببناءها. سوف تنعكس التغييرات تلقائيا داخل فيفادو.

أيضًا ، انتبه إلى اللوحة التي تستهدفها.

كيف استخدم نص Vivado

الهدف من استخدام البرامج النصية ذات شقين

• اجعل عملية البناء أسهل
• استخدم GIT لتتبع ملفات المصدر فقط. لأنه بشكل افتراضي ، ستقوم Vivado بإنشاء ملفات حفنة ، ويجب عدم تعقب جميعها بواسطة GIT. في هذا المشروع ، يتم وضع جميع الملفات المتعلقة بوضع مشروع Vivado ضمن generated_vivado_project/ المجلد/ المجلد ، في نفس المجلد حيث يوجد البرنامج النصي والرمز المصدر المقابل.

يتم إنشاء البرامج النصية لضعف المشروع في Vivado بواسطة Vivado نفسها. ويمكن استخدام تلك البرامج النصية لإعادة بناء المشروع بأكمله كما هو.

هذه هي خطواتي غير المنطقية لإنشاء واختراق تلك البرامج النصية:

يجري:

• قم بتشغيل البرنامج النصي:
  • vivado -mode tcl -source run_vivado.tcl
    • سيتم إنشاء generated_vivado_project/ في المجلد الحالي
    • سيتم تعبئة عنوان IP جديد وتصديره إلى المجلد generated_ip/ .
  • إذا كنت لا ترغب في كتابة ذلك في كل مرة ، فاستخدم قالبًا.

الخلق:

• قم بإنشاء البرنامج النصي على المستوى الأعلى:
  • استخدم Vivado GUI لإنشاء مشروع جديد ، إضافة المصادر الحالية/TB/XDC ، تعيين جزء.
  • استخدم write_project_tcl لإنشاء البرنامج النصي. يجب أن تدع البرنامج النصي الجديد يعرف أنه يجب وضع المشروع الذي يعاني من ذلك تحت المجلد generated_vivado_project . ويجب عليك تسمية البرنامج النصي إلى run_vivado.tcl .
  • إذا لم يكن هناك تصميم مخطط للكتلة (BD) داخل المشروع ، فاستخدم: write_project_tcl -force -no_copy_sources -target_proj_dir ./generated_vivado_project ./run_vivado.tcl
  • إذا كانت هناك تصميمات BD داخل المشروع ، فاستخدم: write_project_tcl -force -target_proj_dir ./generated_vivado_project ./run_vivado.tcl

الاختراق:

• إضافة مسارات IP إلى البرنامج النصي على المستوى الأعلى:

  • يجب إضافة هذا إلى كل نص.
  • جميع عناوين IP التي تم إنشاؤها في generated_ip/ المجلد. هذا يجعل تتبع IP أسهل. يمكنك إضافة أسطر قليلة إلى البرنامج النصي بحيث تعرف Vivado أين تبحث عن IPs جديدة. تحقق من scripts/template_vivado_ip.tcl لتلك الخطوط.

• حزمة IP تلقائيًا:

  • يجب إضافة هذا إلى كل نص.
  • نريد أن ندع البرنامج النصي لحزم IP تلقائيًا. يمكن تحقيق ذلك عن طريق إضافة خطوط قليلة في نهاية البرنامج النصي. لاحظ أنك تحتاج إلى تحديد موقع الوجهة واسم IP وما إلى ذلك. جميع عناوين IP التي تم إنشاؤها في generated_ip/ . على سبيل المثال ، ipx::package_project -root_dir ../../generated_ip/mm_axi_wrapper -vendor wuklab -library user -taxonomy UserIP -import_files -set_current false -force
  • حزمة A BD كـ IP: ipx::package_project -root_dir ../../generated_ip/mm_axi_rab_vcu118 -vendor wuklab -library user -taxonomy UserIP -module THE_BD_NAME -import_files

• أضف المزيد من ملفات المصدر/XDC/محاكاة:

  • الحل الأول ، قم بتغيير البرنامج النصي الذي تم إنشاؤه يدويًا. حاول معرفة كيفية إضافة هذه الملفات الموجودة ، ثم يمكنك تعديل البرنامج النصي بطريقة مماثلة. نصائح: البحث top.v ، add_files إلخ.
  • الحل الثاني ، أضف الملفات عبر Vivado GUI ، ثم استخدم write_project_tcl مرة أخرى لإنشاء برنامج نصي آخر. ثم تحقق من الاختلافات.

• Autogenerate BD Wrapper

  • يجب إضافة هذا إذا كان التصميم الأعلى هو BD
  • والسبب هو: إذا كان BD يحتوي على واجهة AXI ، فإن هذا AXI سيحتاج إلى خاصية تردد محددة مسبقًا (لا يعني أنه يجب تشغيله على هذا ، مجرد خاصية.). بشكل افتراضي ، هو 100 ميغاهيرتز. إذا تم إنشاء IP من هذا BD ، واستخدامه بواسطة IP أكبر ، فلا يمكن تغيير هذا التردد ، وهو أمر غير متكافئ للغاية. ومع ذلك ، إذا قمت بإنشاء غلاف لـ BD ، وقمنا بتعبئة المشروع بأكمله كـ IP ، فيمكن تحديث خاصية التردد تلقائيًا أثناء تكامل IP.

• إعدادات أخرى:

  • مهم!
  • مهما كانت التغييرات التي أجريتها عبر Vivado GUI (على سبيل المثال ، ترتيب التجميع ، وترتيب XDC ، وملف محاكاة أعلى) ، وإذا كنت ترغب في حفظه ليستخدمه الآخرون ، فأنت بحاجة إلى استخدام write_project_tcl لإنشاء برنامج نصي جديد وحفظ التغييرات المقابلة. بمجرد أن تتعرف على أوامر Vivado ، يجب أن تكون قادرًا على القيام يدويًا عن طريق تغيير البرنامج النصي.

تحذيرات:

• مراجعة البرنامج النصي الذي تم إنشاؤه
  • تحقق مما إذا كان هناك أي ملفات مصدر داخل مجلد Vivado يتم إنشاؤه تلقائيًا في البرنامج النصي. يحدث هذا إذا تم استخدام write_project_tcl بشكل صحيح. وجود ملفات تم إنشاؤها تلقائيًا يساوي بشكل أساسي مشكلة الدجاج والبيئة.

في الوقت الحالي ، يمكنك العثور على نصوص مثال على mm/axi_wrapper/run_vivado.tcl ، و mm/sys/run_vivado.tcl .

Howto التعامل مع إصدار IP

يدعم Vivado إصدار IP واحد فقط في كل إصدار. إنه أمر رائع إذا استخدمنا نصًا تم إنشاؤه. لحسن الحظ ، هناك طريقة واحدة للتغيير. الكود التالي يحل محل سلسلة IP بمتغير. ومع ذلك ، كن حذرًا إذا كان لدى IP المحدث منافذ مختلفة.

 set axis_data_fifo [get_ipdefs -filter NAME==axis_data_fifo]
Replace all `xilinx.com:ip:axis_data_fifo:1.1` with `$axis_data_fifo

Howto استخدم نص Vivado HLS

نص Vivado HLS أسهل نسبيًا من نص Vivado. يمكنك العثور على نص القالب في scripts/template_run_hls.tcl . يجب عليك تخصيص الأجزاء ، والملفات المضافة ، والتردد ، وهكذا. إذا كنت ترغب تلقائيًا في إنشاء HLS متعددة تلقائيًا ضمن نفس المجلد ، فاستخدم scripts/template_generate_hls.sh

مراجع

• ug1118 Vivado إنشاء وتعبئة IP مخصص