FPGA OS

Un tiempo de ejecución del sistema operativo para aplicaciones FPGA

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Este es un sistema operativo (OS) que se ejecuta dentro de FPGA que proporciona abstracciones de sistema operativo familiares (p. Ej., MM, SCHE, NET) para aplicaciones FPGA. Este es un prototipo de investigación en etapa inicial de inMature. La mayor parte del código está escrito en Xilinx HLS. Se ha probado en VCU118 y VCU108.

Se hace público para fines educativos. Espero que lo encuentres útil.

Principios de organización de la base de código

• Haga que cada subcarpeta sea una IP por sí sola. Esto significa que debe tener sus propios scripts, código RTL o HLS, y TestBench.
• La jerarquía IP tendrá dependencia. Necesitamos expresar el orden explícitamente en los scripts de construcción correspondientes.
• El proyecto grande final debe expresarse en un diagrama o código RTL estático que ultiliza los pequeños núcleos IP.
• En general, este proyecto consistirá en muchas pequeñas IP, y se utilizarán internamente para construir grandes. Nuestro objetivo es poder reutilizar IP tanto como sea posible y poder construir nuevas IP fácilmente.

Directorios de base de código

• Lado del anfitrión:
  • host/ : pila de red del lado del host y controladores DMA
• Lado de FPGA:
  • alloc/ : asignador de memoria
  • mm/ : gestión de memoria
  • net/ : subsistema de red
  • kernel/ : algún código relacionado con relaciones públicas
  • system/ : Sistemas finales de Big Integrated
• Ambos mundo:
  • app/ : La aplicación puede tener FPGA y código de host.
  • include/ : archivos de encabezado utilizados por FPGA y código de host. Por ejemplo, encabezados de red.
    • include/fpga : encabezados utilizados solo por HLS
    • include/uapi : encabezados utilizados por HLS y código host
• Ayudantes
  • tools/ : varios ayudantes
  • scripts/ : plantilla archivos de script
• Generado
  • generated_ip/ : todos los IP generados duermen aquí
  • generated_hls_project/ : proyecto Vivado HLS
  • generated_vivado_project/ : proyecto Vivado

Formato:

• General
  • Haz tu legible para los demás.
  • Retire los espacios finales y las pestañas.
  • Intente usar el estilo de codificación del kernel de Linux.
• Vivado HLS
  • Todos los script Vivado HLS usan el nombre run_hls.tcl .
• Verilog
• IP
  • Nombre IP constantemente. Use el nombre del subsistema como prefijo. Por ejemplo, mm_axi_wrapper es la IP de envoltura AXI en el subsistema MM.

Tutoriales

Cómo construir

• Tipo make help para ver una explicación detallada.
• Tipo make en el nivel superior compilará todo el proyecto utilizando la placa predeterminada.
  • El núcleo IPS se compilará primero
  • El sistema grande reside en system/ carpeta
• Escriba make en cada subcarpeta compilará solo esa carpeta.

Flujo de trabajo: debe compilar el proyecto cuando descargue por primera vez el código fuente. Todos los IPS pequeños, medianos y grandes proyectos estarán listos para usar. Después de esto, puedes concentrarte en las IP que estás construyendo. Los cambios se reflejarán automáticamente dentro de Vivado.

Además, preste atención a a la que se dirige.

Cómo usar el script vivado

El objetivo de usar scripts es doble

• Facilitar el proceso de construcción
• Use GIT para rastrear solo los archivos de origen. Porque, de forma predeterminada, Vivado creará archivos de grupo, y todos ellos no deben ser rastreados por Git. En este proyecto, todos los archivos relacionados con el modo de proyecto Vivado se colocan en la carpeta generated_vivado_project/ , en la misma carpeta donde están el script y el código fuente correspondiente.

Esos scripts de modo de proyecto Vivado son generados por Vivado. Y esos scripts se pueden usar para reconstruir todo el proyecto tal como está.

Esos son mis pasos desagradables para crear y hackear esos scripts:

Correr:

• Ejecute el guión:
  • vivado -mode tcl -source run_vivado.tcl
    • Un nuevo generated_vivado_project/ se creará en la carpeta actual
    • Una nueva IP se empaquetará y se exportará a la carpeta generated_ip/ .
  • Si no desea escribirlo cada vez, use una plantilla MakeFile.

Creación:

• Crea el script de nivel superior:
  • Use Vivado GUI para crear un nuevo proyecto, agregar fuentes existentes/TB/XDC, establecer parte.
  • Use write_project_tcl para generar el script. Debe informar que el nuevo script sepa que el proyecto de referencia para ir a ser se debe colocar en la carpeta generated_vivado_project . Y debe nombrar el script a run_vivado.tcl .
  • Si no hay diseño de diagrama de bloques (BD) dentro del proyecto, use: write_project_tcl -force -no_copy_sources -target_proj_dir ./generated_vivado_project ./run_vivado.tcl
  • Si hay diseños BD dentro del proyecto, use: write_project_tcl -force -target_proj_dir ./generated_vivado_project ./run_vivado.tcl

Cortar:

• Agregar rutas IP al script de nivel superior:

  • Esto debe agregarse a cada script.
  • Todos nuestros IP generados están en la carpeta generated_ip/ . Esto hace que el seguimiento de IP sea más fácil. Puede agregar pocas líneas al script para que Vivado sepa dónde buscar nuevas IP. Consulte scripts/template_vivado_ip.tcl para obtener esas líneas.

• Paquete IP automáticamente:

  • Esto debe agregarse a cada script.
  • Queremos dejar que el script empaquete la IP automáticamente. Esto se puede lograr agregando pocas líneas al final del script. Tenga en cuenta que debe especificar la ubicación de destino, el nombre de la IP, etc. Todos nuestros IP generados están en generated_ip/ . Por ejemplo, ipx::package_project -root_dir ../../generated_ip/mm_axi_wrapper -vendor wuklab -library user -taxonomy UserIP -import_files -set_current false -force
  • Paquete A BD como IP: ipx::package_project -root_dir ../../generated_ip/mm_axi_rab_vcu118 -vendor wuklab -library user -taxonomy UserIP -module THE_BD_NAME -import_files

• Agregue más archivos de fuente/xdc/simulación:

  • Primera solución, cambie manualmente el script generado. Intente averiguar cómo se agregan esos archivos existentes, luego puede modificar el script de manera similar. Consejos: buscar top.v , add_files etc.
  • Segunda solución, agregue archivos a través de Vivado GUI y luego use write_project_tcl nuevamente para generar otro script. Luego mira las diferencias.

• Autogeneer envoltura BD

  • Esto debe agregarse si el diseño de nivel superior es un BD
  • La razón es: si el BD tiene interfaz AXI, esta AXI necesitará tener una propiedad de frecuencia predefinida (no significa que debe ejecutarse en esto, solo una propiedad). Por defecto, es de 100 MHz. Si se genera una IP a partir de este BD y usa por una IP más grande, esta frecuencia no se puede cambiar, lo cual es muy poco contundente. Sin embargo, si creamos un envoltorio para el BD y empaquetamos todo el proyecto como IP, entonces la propiedad de frecuencia se puede actualizar automáticamente durante la integración de IP.

• Otras configuraciones:

  • ¡IMPORTANTE!
  • Cualesquiera que sean los cambios que realizó a través de Vivado GUI (por ejemplo, orden de compilación, orden XDC, archivo superior de simulación), y si desea guardarlo para que otros lo usen, debe usar write_project_tcl para generar un nuevo script y guardar los cambios correspondientes. Una vez que se familiarice con los comandos de Vivado, debería poder hacerlo manualmente cambiando el script.

Advertencias:

• Revise el guión generado
  • Compruebe si se utiliza algún archivo fuente dentro de la carpeta generada automática de Vivado en el script. Esto sucede si Write_Project_TCL no se usa correctamente. Tener archivos generados automáticamente esencialmente equivale a un problema de pollo y huevo.

Por ahora, puede encontrar scripts de ejemplo en mm/axi_wrapper/run_vivado.tcl , y mm/sys/run_vivado.tcl .

Cómo manejar la versión IP

Vivado solo admite una versión IP en cada versión. Es muy anual si usamos script generado. Afortunadamente, hay una forma de solucionarlo. El siguiente código reemplaza la cadena IP con una variable. Sin embargo, tenga cuidado si la IP actualizada tiene diferentes puertos.

 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

Cómo usar el script Vivado HLS

El script Vivado HLS es relativamente más fácil que el script Vivado. Puede encontrar el script de plantilla en scripts/template_run_hls.tcl . Debe personalizar las piezas, los archivos agregados, la frecuencia, y así. Si desea construir automáticamente múltiples HLS en la misma carpeta, use los scripts/template_generate_hls.sh

Referencias

• UG1118 Vivado Creación y embalaje IP personalizado