FPGA OS

FPGA 응용 프로그램을위한 운영 체제 런타임

저작권 (C) 2018-2020, Wuklab, UCSD.

FPGA 응용 프로그램에 친숙한 OS 추상화 (예 : MM, Sched, Net)를 제공하는 FPGA 내부에서 실행되는 운영 체제 (OS)입니다. 이것은 초기 단계 연구 프로토 타입입니다. 대부분의 코드는 Xilinx HLS로 작성됩니다. VCU118 및 VCU108에서 테스트되었습니다.

교육 목적으로 공개되었습니다. 유용하다는 것을 알게되기를 바랍니다.

코드베이스 조직 원칙

• 각 하위 폴더를 자체적으로 IP로 만드십시오. 즉, 자체 스크립트, RTL 또는 HLS 코드 및 TestBench가 있어야합니다.
• 계층 구조 IP는 종속성을 갖습니다. 해당 건물 스크립트에서 주문을 명시 적으로 표현해야합니다.
• 최종 대형 프로젝트는 작은 IP 코어를 궁극적으로하는 다이어그램 또는 정적 RTL 코드로 표현해야합니다.
• 전반적 으로이 프로젝트는 많은 작은 IPS가 구성되며 내부적으로 큰 IP를 구축하는 데 사용됩니다. 우리의 목표는 IPS를 가능한 한 많이 재사용하고 새로운 IP를 쉽게 구성 할 수 있다는 것입니다.

코드베이스 디렉토리

• 호스트 측 :
  • host/ : 호스트 사이드 네트워크 스택 및 DMA 드라이버
• FPGA 측 :
  • alloc/ : 메모리 할당 자
  • mm/ : 메모리 관리
  • net/ : 네트워크 서브 시스템
  • kernel/ : 일부 PR 관련 코드
  • system/ : 최종 큰 통합 시스템
• 두 세계 :
  • app/ : 응용 프로그램에는 FPGA와 호스트 코드가 모두있을 수 있습니다.
  • include/ : FPGA 및 호스트 코드 모두에서 사용하는 헤더 파일. 예를 들어 네트워크 헤더.
    • include/fpga : HLS에서만 사용하는 헤더
    • include/uapi : HLS와 호스트 코드에서 사용하는 헤더
• 도우미
  • tools/ : 다양한 도우미
  • scripts/ : 템플릿 스크립트 파일
• 생성
  • generated_ip/ : 여기에서 생성 된 모든 IPS 수면
  • generated_hls_project/ : Vivado HLS 프로젝트
  • generated_vivado_project/ : vivado project

체재:

• 일반적인
  • 다른 사람을 위해 읽을 수 있도록하십시오.
  • 엔딩 공간과 탭을 제거하십시오.
  • Linux 커널 코딩 스타일을 사용해보십시오.
• Vivado HLS
  • 모든 vivado hls 스크립트 사용 run_hls.tcl 이름을 사용합니다.
• Verilog
• IP
  • 이름 IP는 일관성있게. 서브 시스템 이름을 접두사로 사용하십시오. 예를 들어, mm_axi_wrapper 는 MM 서브 시스템 하의 AXI 래퍼 IP입니다.

튜토리얼

Howto Build

• 유형은 자세한 설명을 보려면 make help .
• 기본 보드를 사용하여 전체 프로젝트를 컴파일하는 최상위에서 make 유형하십시오.
  • 커널 IP가 먼저 컴파일됩니다
  • 큰 시스템은 system/ 폴더에 있습니다
• 각 하위 폴더에서 make 입력하면 해당 폴더 만 컴파일합니다.

워크 플로 : 소스 코드를 처음 다운로드 할 때 프로젝트를 컴파일해야합니다. 모든 중소형 IP 및 대형 프로젝트를 사용할 준비가됩니다. 그 후, 당신은 당신이 구축하는 IP에 집중할 수 있습니다. Vivado 내에서 변경 사항이 자동으로 반영됩니다.

또한, 당신이 목표로하는 보드에주의를 기울이십시오.

Vivado 스크립트를 사용하는 방법

스크립트 사용의 목표는 두 가지입니다

• 건물 과정을 더 쉽게 만드십시오
• GIT를 사용하여 소스 파일 만 추적하십시오. 기본적으로 Vivado는 무리 파일을 생성하고 Git에 의해 모든 파일을 추적해서는 안됩니다. 이 프로젝트에서 모든 Vivado 프로젝트 모드 관련 파일은 해당 스크립트 및 소스 코드가있는 동일한 폴더에 generated_vivado_project/ 폴더 아래에 배치됩니다.

이러한 Vivado 프로젝트 모드 스크립트는 Vivado 자체에 의해 생성됩니다. 그리고 이러한 스크립트는 전체 프로젝트를 그대로 재건하는 데 사용될 수 있습니다.

그것들은 해당 스크립트를 만들고 해킹하기위한 내 비정규 단계입니다.

달리다:

• 스크립트 실행 :
  • vivado -mode tcl -source run_vivado.tcl
    • 새 generated_vivado_project/ 현재 폴더에서 생성됩니다.
    • 새 IP가 포장되어 generated_ip/ 폴더로 내 보냅니다.
  • 매번 입력하지 않으려면 템플릿 MakeFile을 사용하십시오.

창조:

• 최상위 스크립트 생성 :
  • Vivado Gui를 사용하여 새 프로젝트를 만들고 기존 소스/TB/XDC를 추가하고 부품을 설정하십시오.
  • write_project_tcl 사용하여 스크립트를 생성하십시오. 새 스크립트에 폴더의 generated_vivado_project 아래에 제출 된 프로젝트가 배치되어야한다는 것을 새 스크립트에 알려야합니다. 그리고 스크립트의 이름을 run_vivado.tcl 로 지정해야합니다.
  • 프로젝트 내에 블록 다이어그램 (BD) 설계가없는 경우 : write_project_tcl -force -no_copy_sources -target_proj_dir ./generated_vivado_project ./run_vivado.tcl
  • 프로젝트 내에 BD 디자인이있는 경우 : write_project_tcl -force -target_proj_dir ./generated_vivado_project ./run_vivado.tcl

마구 자르기:

• 최상위 스크립트에 IP 경로 추가 :

  • 모든 스크립트에 추가해야합니다.
  • 생성 된 모든 IP는 generated_ip/ 폴더에 있습니다. 이로 인해 IP 추적이 더 쉬워집니다. Vivado가 새로운 IP를 찾을 위치를 알 수 있도록 스크립트에 몇 줄을 추가 할 수 있습니다. 해당 줄에 대해서는 scripts/template_vivado_ip.tcl 확인하십시오.

• 자동으로 패키지 IP :

  • 모든 스크립트에 추가해야합니다.
  • 스크립트에 자동으로 IP를 포장하도록하려고합니다. 스크립트 끝에 몇 줄을 추가하여 달성 할 수 있습니다. 대상 위치, IP 이름 등을 지정해야합니다. 생성 된 모든 IP는 generated_ip/ 에 있습니다. 예를 들어, ipx::package_project -root_dir ../../generated_ip/mm_axi_wrapper -vendor wuklab -library user -taxonomy UserIP -import_files -set_current false -force
  • 패키지 A BD로 IP : ipx::package_project -root_dir ../../generated_ip/mm_axi_rab_vcu118 -vendor wuklab -library user -taxonomy UserIP -module THE_BD_NAME -import_files

• 더 많은 소스/XDC/시뮬레이션 파일 추가 :

  • 첫 번째 솔루션은 생성 된 스크립트를 수동으로 변경합니다. 기존 파일이 추가되는 방법을 알아 보면 비슷한 방식으로 스크립트를 수정할 수 있습니다. 팁 : Search top.v , add_files 등
  • 두 번째 솔루션은 Vivado Gui를 통해 파일을 추가 한 다음 write_project_tcl 다시 사용하여 다른 스크립트를 생성합니다. 그런 다음 차이점을 확인하십시오.

• 자가 생성 BD 래퍼

  • 최상위 디자인이 BD 인 경우 추가해야합니다.
  • 그 이유는 : BD에 AXI 인터페이스가있는 경우이 AXI는 사전 정의 된 주파수 속성을 가져야합니다 (이를 수행해야한다는 의미는 아닙니다. 기본적으로 100MHz입니다. 이 BD에서 IP가 생성되고 더 큰 IP로 사용되는 경우이 주파수를 변경할 수 없으므로 매우 불편합니다. 그러나 BD 용 래퍼를 만들고 전체 프로젝트를 IP로 패키지하면 IP 통합 중에 주파수 속성을 자동으로 업데이트 할 수 있습니다.

• 기타 설정 :

  • 중요한!
  • Vivado Gui (예 : 컴파일 순서, XDC 주문, 시뮬레이션 상단 파일)를 통해 변경 한 변경 사항 및 다른 사람이 사용할 수 있도록 저장하려면 write_project_tcl 사용하여 새 스크립트를 생성하고 해당 변경 사항을 저장해야합니다. Vivado 명령에 익숙해지면 스크립트를 변경하여 수동으로 수행 할 수 있어야합니다.

경고 :

• 생성 된 스크립트를 검토하십시오
  • Vivado 자동 생성 폴더 내의 소스 파일이 스크립트에 사용되는지 확인하십시오. write_project_tcl이 올바르게 사용되지 않는 경우 발생합니다. 자동으로 생성 된 파일을 갖는 것은 본질적으로 닭고기 문제와 같습니다.

지금은 mm/axi_wrapper/run_vivado.tcl 및 mm/sys/run_vivado.tcl 에서 예제 스크립트를 찾을 수 있습니다.

IP 버전을 처리하는 방법

Vivado는 각 버전에서 하나의 IP 버전 만 지원합니다. 생성 된 스크립트를 사용한다면 슈퍼 anyony입니다. 운 좋게도, 그것을 해결하는 한 가지 방법이 있습니다. 다음 코드는 IP 문자열을 변수로 바꿉니다. 그러나 업데이트 된 IP에 다른 포트가 있는지주의하십시오.

 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

Vivado HLS 스크립트를 사용하는 방법

Vivado HLS 스크립트는 Vivado 스크립트보다 비교적 쉽습니다. scripts/template_run_hls.tcl 에서 템플릿 스크립트를 찾을 수 있습니다. 부품, 파일 추가, 주파수 등을 사용자 정의해야합니다. 동일한 폴더에서 여러 HLS를 자동으로 빌드하려면 scripts/template_generate_hls.sh 사용하십시오.

참조

• UG1118 Vivado Custom IP 작성 및 포장