FPGA OS

Eine Betriebssystem -Laufzeit für FPGA -Anwendungen

Copyright (C) 2018-2020, Wuklab, UCSD.

Dies ist ein Betriebssystem (OS), das in FPGA ausgeführt wird, das bekannte Betriebssystemabstraktionen (z. B. MM, Schedule, NET) für FPGA -Anwendungen bietet. Dies ist ein Forschungsprototyp im Frühstadium. Der größte Teil des Codes ist in Xilinx HLS geschrieben. Es wurde auf VCU118 und VCU108 getestet.

Es wird zu Bildungszwecken veröffentlicht. Ich hoffe, Sie finden es nützlich.

Codebasisorganisationsprinzipien

• Lassen Sie jeden Unterordner selbst ein IP sein. Dies bedeutet, dass es sich um eigene Skripte, RTL- oder HLS -Code und Testbench handelt.
• Hierarchie -IPs haben Abhängigkeit. Wir müssen die Reihenfolge ausdrücklich in den entsprechenden Gebäudeskripten ausdrücken.
• Das endgültige große Projekt sollte in einem Diagramm oder einem statischen RTL -Code ausgedrückt werden, der kleine IP -Kerne ohneliert.
• Insgesamt wird dieses Projekt viele kleine IPs bestehen und sie werden intern verwendet, um große zu bauen. Unser Ziel ist es, IPs so weit wie möglich wiederzuverwenden und neue IPs leicht zu konstruieren.

Codebasisverzeichnisse

• Hostseite:
  • host/ : Host Side Network Stack und DMA -Treiber
• FPGA -Seite:
  • alloc/ : Speicher Allocator
  • mm/ : Speicherverwaltung
  • net/ : Netzwerksubsystem
  • kernel/ : ein PR -verwandter Code
  • system/ : endgültige große integrierte Systeme
• Beide Welt:
  • app/ : Die Anwendung kann sowohl FPGA- als auch Host -Code haben.
  • include/ : Header -Dateien, die sowohl von FPGA als auch von Hostcode verwendet werden. Z. B. Netzwerke.
    • include/fpga : Nur von HLS verwendete Header
    • include/uapi : Header, die sowohl von HLS als auch von Hostcode verwendet werden
• Helfer
  • tools/ : Verschiedene Helfer
  • scripts/ : Vorlagenskriptdateien
• Generiert
  • generated_ip/ : Alle generierten IPS -Schlaf hier
  • generated_hls_project/ : Vivado HLS -Projekt
  • generated_vivado_project/ : Vivado -Projekt

Format:

• Allgemein
  • Machen Sie Ihre lesbare für andere.
  • Entfernen Sie Endräume und Registerkarten.
  • Versuchen Sie, den Linux -Kernel -Codierungsstil zu verwenden.
• Vivado HLS
  • Alle Vivado HLS -Skript verwenden run_hls.tcl -Name.
• Verilog
• IP
  • Nennen Sie ip beständig. Verwenden Sie den Subsystemnamen als Präfix. EG, mm_axi_wrapper ist die Axi -Wrapper -IP unter MM -Subsystem.

Tutorials

Howto bauen

• Typ make help , um eine detaillierte Erklärung anzuzeigen.
• Typ make In Top-Ebene kompiliert das gesamte Projekt mithilfe der Standardboard.
  • Kernel -IPs werden zuerst zusammengestellt
  • Großes System wohnt in system/ Ordner
• Typ make Bei jedem Unterordner kompiliert nur diesen Ordner.

Workflow: Sie sollten das Projekt kompilieren, wenn Sie den Quellcode zum ersten Mal herunterladen. Alle kleinen, mittleren IPs und großen Projekte sind bereit zu verwenden. Danach können Sie sich auf die IPs konzentrieren, die Sie bauen. Änderungen werden in Vivado automatisch reflektiert.

Achten Sie auch darauf, auf welchem ​​Board Sie sich ansprechen.

How to benutze das Vivado -Skript

Das Ziel der Verwendung von Skripten ist zweifach

• Den Bauprozess erleichtern
• Verwenden Sie GIT, um nur Quelldateien zu verfolgen. Da standardmäßig Vivado Bunch -Dateien erstellt und alle nicht von Git verfolgt werden sollten. In diesem Projekt werden alle von Vivado Project-Mode-verwandten Dateien unter generated_vivado_project/ Ordner im selben Ordner platziert, in dem sich der entsprechende Skript und der Quellcode befinden.

Diese Vivado Project-Mode-Skripte werden von Vivado selbst generiert. Und diese Skripte können verwendet werden, um das gesamte Projekt so zu erstellen, wie es ist.

Dies sind meine unformalen Schritte zum Erstellen und Hacken dieser Skripte:

Laufen:

• Führen Sie das Skript aus:
  • vivado -mode tcl -source run_vivado.tcl
    • Ein neues generated_vivado_project/ wird im aktuellen Ordner erstellt
    • Eine neue IP wird verpackt und in generated_ip/ Ordner exportiert.
  • Wenn Sie es nicht jedes Mal eingeben möchten, verwenden Sie eine Vorlagen -Makefile.

Schaffung:

• Erstellen Sie das Skript auf oberster Ebene:
  • Verwenden Sie Vivado GUI, um ein neues Projekt zu erstellen, vorhandene Quellen/TB/XDC hinzuzufügen, Teil.
  • Verwenden Sie write_project_tcl , um das Skript zu generieren. Sie sollten das neue Skript wissen lassen, dass das auf dem Weg befindliche Projekt unter den Ordner generated_vivado_project untergebracht werden sollte. Und Sie sollten das Skript zu run_vivado.tcl benennen.
  • Wenn im Projekt kein Blockdiagramm (BD) -Design vorhanden write_project_tcl -force -no_copy_sources -target_proj_dir ./generated_vivado_project ./run_vivado.tcl , verwenden
  • Wenn write_project_tcl -force -target_proj_dir ./generated_vivado_project ./run_vivado.tcl im Projekt BD -Designs gibt, verwenden

Hacken:

• Fügen Sie IP-Pfade zum Skript auf oberster Ebene hinzu:

  • Dies sollte zu jedem Skript hinzugefügt werden.
  • Alle unsere generierten IPs sind in generated_ip/ Ordner. Dies erleichtert die IP -Verfolgung. Sie können dem Skript nur wenige Zeilen hinzufügen, damit Vivado weiß, wo Sie nach neuen IPs suchen müssen. Sehen Sie sich scripts/template_vivado_ip.tcl für diese Zeilen an.

• Paket IP automatisch:

  • Dies sollte zu jedem Skript hinzugefügt werden.
  • Wir möchten, dass das Skript IP iP automatisch verpackt. Dies kann erreicht werden, indem am Ende des Skripts nur wenige Zeilen hinzugefügt werden. Beachten Sie, dass Sie den Zielort, den Namen der IP usw. angeben müssen. Alle unsere generierten IPs sind in generated_ip/ . Zum Beispiel ipx::package_project -root_dir ../../generated_ip/mm_axi_wrapper -vendor wuklab -library user -taxonomy UserIP -import_files -set_current false -force
  • Paket A BD als IP: ipx::package_project -root_dir ../../generated_ip/mm_axi_rab_vcu118 -vendor wuklab -library user -taxonomy UserIP -module THE_BD_NAME -import_files

• Fügen Sie weitere Quell-/XDC/Simulationsdateien hinzu:

  • Erste Lösung, ändern Sie manuell das generierte Skript. Versuchen Sie herauszufinden, wie diese vorhandenen Dateien hinzugefügt werden, und Sie können das Skript auf ähnliche Weise ändern. Tipps: Suchen Sie top.v , add_files usw.
  • Zweite Lösung, fügen Sie Dateien über Vivado GUI hinzu und verwenden Sie dann erneut write_project_tcl , um ein anderes Skript zu generieren. Schauen Sie sich dann die Unterschiede an.

• BD Wrapper autogenerieren

  • Dies muss hinzugefügt werden, wenn das Design der obersten Ebene ein BD ist
  • Der Grund ist: Wenn die BD AXI -Schnittstelle hat, muss diese AXI eine vordefinierte Frequenzeigenschaft haben (bedeutet nicht, dass sie darauf nur eine Eigenschaft ausführen muss). Standardmäßig ist es 100 MHz. Wenn eine IP aus dieser BD erzeugt und von einer größeren IP verwendet wird, kann diese Frequenz nicht geändert werden, was sehr unkonventionell ist. Wenn wir jedoch einen Wrapper für die BD erstellen und das gesamte Projekt als IP verpacken, kann die Frequenzeigenschaft während der IP -Integration automatisch aktualisiert werden.

• Andere Einstellungen:

  • WICHTIG!
  • Welche Änderungen, die Sie über Vivado GUI vorgenommen haben (z. B. Kompilienauftrag, XDC -Bestellung, Simulations -Top -Datei), und wenn Sie sie für andere speichern möchten, müssen Sie write_project_tcl verwenden, um ein neues Skript zu generieren und die entsprechenden Änderungen zu speichern. Sobald Sie sich mit Vivado -Befehlen vertraut machen, sollten Sie in der Lage sein, das Skript manuell zu ändern.

Vorbehalte:

• Überprüfen Sie das generierte Skript
  • Überprüfen Sie, ob Quelldateien im automatisch generierten Ordner vivado im Skript verwendet werden. Dies geschieht, wenn die write_project_tcl nicht richtig verwendet wird. Die automatisch generierten Dateien entsprechen im Wesentlichen ein Problem mit Hühnchen und Ei.

Im Moment finden Sie Beispielskripte bei mm/axi_wrapper/run_vivado.tcl und mm/sys/run_vivado.tcl .

Howto -umgang mit IP -Version

Vivado unterstützt nur eine IP -Version in jeder Version. Es ist Super Annonying, wenn wir generiertes Skript verwenden. Zum Glück gibt es einen Weg, es umgehalten zu haben. Der folgende Code ersetzen die IP -Zeichenfolge durch eine Variable. Seien Sie jedoch vorsichtig, wenn die aktualisierte IP unterschiedliche Ports hat.

 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

How to benutzt das Vivado HLS -Skript

Das Vivado HLS -Skript ist relativ einfacher als das Vivado -Skript. Sie finden das Vorlagenskript in scripts/template_run_hls.tcl . Sie sollten die Teile, Dateien, hinzugefügte, Frequenz usw. anpassen. Wenn Sie automatisch mehrere HLs unter demselben Ordner erstellen möchten, verwenden Sie die scripts/template_generate_hls.sh

Referenzen

• UG1118 Vivado Erstellen und Verpackung Custom IP IP