1.
ZYNQ + Vivado HLS入門
慶應義塾大学 天野研究室
修士1年 杉本 成

2.
内容
• 対象はこれからZYNQを使ってみたい方
• 実習形式で進めていく
• ZYNQのCPU⇔FPGA間のデータ転送方法、
共有方法をレクチャー
• VIVADO HLS, VIVADO IP Integratorを
利用して手軽に実装
• RTLは1行も書かない

3.
目次
• 基礎説明
 ZYNQ構成
 AXIとは
 ZYNQ内のAXI経路
 VIVADOの特徴
• 実習内容の説明
 目標とするデザイン
 ツールの説明
 ツールフロー
• 実習
 VIVADO HLSでmemcpyコアを実装
 VIVADO IP integraterでIPコアを接続
 SDKでソフトウェアを実装、実行
 VIVADO Logic AnalyzerでAXI通信を観察

4.
ZYNQ構成
DDR
ZYNQブロック図 *xilinx ホームページより引用
• PS (Processing System)および
PL (Programmable Logic)から
構成される
• PSの構成は以下の通り
 Application Processing Unit(APU)
CPU, DMAコントローラ, GIC等
 Memory Interface
DDRコントローラ等
 IO Peripheral(IOP)
GPIO, UARTコントローラ等
• PS内、PS⇔PL間のインターフェースは
全てARM AXIで統一されている
PS
PL

5.
ZYNQ アドレスマップ
システムレベルのアドレスマップ *UG585 P103より引用
• 各機能にアクセスする際に使用するアドレス一覧

6.
AXIとは
• ARM® AMBA インターフェースのこと※AXI4はAMBA第４世代インターフェース
• MasterとSlaveが1対1で通信を行う
• スイッチを介すことで、複数Masterと複数Slaveを
繋げることもできる．(しかし通信は1対1)
• Slaveはレジスタもしくはメモリを持っていて、
Masterはアドレスを指定してデータの読み書きを行う
M
S
0x00000000
0x0000ffff

7.
AXI4 バースト転送
M
S
0x00000000
0x0000ffff
D
0
D
1
D
2
D
3
D
4
D
5
D
6
D
7
…
• AXI4は指定したアドレスから連続してデータを(毎サイクル)
読み出し/書き込みできる
• 指定したアドレスからインクリメント、指定したアドレス
から連続して等の設定ができる
• バースト長は最大256である
AXI4 バースト読み出しの例

8.
AXIの種類
• AXI: 普通のAXI
• AXILite: AXIの軽量版、バースト転送ができない
• AXIstream: アドレスの概念を消したストリーム用

9.
ZYNQ IOPへのアクセス
S M APU ⇔ IOP間
 Master => APU
 Slave => IOP
IOPのレジスタ設定、入出力
データの送受信に使用

10.
ZYNQ AXIGP(Slave)
S
M APU ⇔ AXIGP(Slave)間
 Master => CPU
 Slave => AXIGP
データ幅は32bit

11.
ZYNQ AXIGP(Master)
S
M
APU ⇔ AXIGP(Slave)間
 Master => AXIGP
 Slave => DDR
データ幅は32bit

12.
ZYNQ DMAエンジン
S
M
DMA ⇔ DDR間
 Master => DMA
 Slave => DDR
DMA ⇔ AXIGP(Slave)間
 Master => DMA
 Slave => AXIGPS

13.
ZYNQ AXIHP
S
M
AXIHP ⇔ DDR間
 Master => AXIHP
 Slave => DDR
データ幅は32/64bit

14.
ZYNQ ACP
S
M
AXIACP ⇔ APU間
 Master => AXIACP
 Slave => APU
データ幅は64bit

15.
VIVADO IP Integrator
• ISE => XPS

16.
VIVADO Logic Analyzer
• ISE => Chip Scope

17.
ZYNQ
目標とするデザイン
PS
APU
DDR
Controler
AXIHP_MEMCPY
(created by VIVADO HLS)
interrupt
M
S
S
M
DDR
AXIGP AXIHP
• AXIHPを使用してMEMCPY
を行う”AXIHP MEMCPY”を
VIVADO HLSで実装
• 読み出し/書き込みアドレス
およびMEMCPYの制御は、
APUからAXIGP経由で行う
• 読み出し/書き込みは共に
256バースト転送
• ILAコアでAXIのやりとりを
監視する
• MEMCPYの終了はinterrupt
でAPUに割り込みをかける
ILA
VIVADO HLSを利用したMEMCPY

18.
ツールフロー
AXIHP_MEMCPY関数のC記述
AXIHP_MEMCPY関数のDirective設定
AXIHP_MEMCPYのIP化
PSの設定
PSとAXIHP_MEMCPYの接続
bitstreamの生成
ソフトウェアの実装、実行
VIVADO HLS
VIVADO
SDK
VIVADO + SDK
使用するツール手順
波形のキャプチャ

19.
環境
• Vivado 2014.4を対象としている
(2014.2以降なら同様のことが可能)
• Zed Board、ZYBOを想定
• zynq_vivadohlsディレクトリで作業する

20.
VIVADO HLS
AXIHP_MEMCPY関数のC記述
AXIHP_MEMCPY関数のDirective設定
AXIHP_MEMCPYのIP化
Projectの生成
AXIHP_MEMCPYの合成
作業手順

21.
VIVADO HLS "AXIHP MEMCPYコア"
AXIHP_MEMCPY
(created by VIVADO HLS)
interrupt
clk
reset
AXILite AXIMS
32bit 64bit

22.
VIVADO HLS “Projectの生成1/7”
• vivado_hlsを起動する
• [Create New Project]をクリック
1

23.
VIVADO HLS “Projectの生成2/7”
• 任意のProject nameを入力 (自分は”axihp_memcpy”とした)
• “Location”は任意(自分はzynq_vivadohlsディレクトリにした)
• [Next]をクリック
1
2
3

24.
VIVADO HLS “Projectの生成3/7”
• Top Functionを”axihp_memcpy”とする(対象とする関数の関数名)
• [Next] をクリック
1
2

25.
VIVADO HLS “Projectの生成4/7”
• [Next] を選択(今回シミュレーションは行わないので何も加えない)
1

26.
VIVADO HLS “Projectの生成5/7”
• Part Selectionのタブを開く
1

27.
VIVADO HLS “Projectの生成6/7”
ZedBoardの場合
• [Boards]タブを選択
• “ZedBoard”を選択する
• [OK]をクリックする
1
2
3
Zyboの場合
• [Parts]タブを選択
• “xc7z010clg400-1を選択する
• [OK]をクリックする

28.
VIVADO HLS “Projectの生成7/7”
• [Finish]をクリックする
1

29.
VIVADO HLS 起動完了
• Projectの生成が完了した

30.
VIVADO HLS “Fileの作成1/3”
• [Source]を右クリックする
• [New File]をクリックする
1
2

31.
VIVADO HLS “Fileの作成2/3”
• File名を”axihp_memcpy.c”とする
• 保存先は”zynq_vivadohls/axihp_memcpy/.apc”とする
• [OK]をクリック
1
2
3

32.
VIVADO HLS “Fileの生成3/3”
• [Source]タブの中に”axihp_memcpy.c”が作成された
• このファイルにaxihp_memcpyを記述していく

33.
VIVADO HLS “axihp_memcpyの実装1/4”
void axihp_memcpy();
void axihp_memcpy()
{
}
• void型のaxihp_memcpy関数を記述する

34.
VIVADO HLS “axihp_memcpyの実装2/4”
typedef unsigned long long u64;
void axihp_memcpy(u64 *axihp_in, u64 *axihp_out);
void axihp_memcpy(u64 *axihp_in, u64 *axihp_out)
{
}
• axihp(64bit)用の入力, 出力ポートを関数の引数に記述
• “unsigned long long”は長いので”u64”に置き換える

35.
VIVADO HLS “axihp_memcpyの実装3/4”
typedef unsigned long long u64;
void axihp_memcpy(u64 *axihp_in, u64 *axihp_out);
void axihp_memcpy(u64 *axihp_in, u64 *axihp_out)
{
u64 buf[256];
memcpy(buf, axihp_in, 256 * sizeof(u64));
}
• 入力データを受け取るための配列”buf”を用意する
• burst転送はmemcpyを使用して表現する
バースト長256のバースト転送(受信)となる
※buf[0] = *axihp_in; とすると通常転送の読み出しとなる

36.
VIVADO HLS “axihp_memcpyの実装4/4”
typedef unsigned long long u64;
void axihp_memcpy(u64 *axihp_in, u64 *axihp_out);
void axihp_memcpy(u64 *axihp_in, u64 *axihp_out)
{
u64 buf[256];
memcpy(buf, axihp_in, 256 * sizeof(u64));
memcpy(axihp_out, buf, 256 * sizeof(u64));
}
• memcpyでバースト転送の書き込みを記述する
バースト長256のバースト転送(送信)となる
※*axihp_out = buf[0]; とすると通常転送の書き込みとなる

37.
VIVADO HLS “axihp_memcpy関数”
typedef unsigned long long u64;
void axihp_memcpy(u64 *axihp_in, u64 *axihp_out);
void axihp_memcpy(u64 *axihp_in, u64 *axihp_out)
{
u64 buf[256];
memcpy(buf, axihp_in, 256 * sizeof(u64));
memcpy(axihp_out, buf, 256 * sizeof(u64));
}
• 以上でaxihp_memcpy関数は完成となる
• AXIHPの読み出し/書き込みアドレスおよび
axihp_memcpyの制御方法は[Directive]で設定していく

38.
VIVADO HLS “Directive設定1/10”
• [Directive]タブをクリックする
1

39.
VIVADO HLS “Directive設定2/10”
• 引数”axihp_in”をaxiポートのmasterとなるように設定していく
• [axihp_in]を右クリックする
• [Insert Directive]をクリックする
21

40.
VIVADO HLS “Directive設定3/10”
• [Directive]のプルダウンメニューを”INTERFACE”にする
• [mode]のプルダウンメニューを”m_axi”にする
• [offset]のプルダウンメニューを”slave”にする
• [OK]をクリック
1
2
3
4
この設定を”slave”にすると読み
出しアドレスを、slaveポート
から指定できるようになる
“axihp_in”はaxiのmaster
ポートと認識されるようになる

41.
VIVADO HLS “Directive設定4/10”
• 引数“axihp_in”の設定が完了した
• 設定した内容は[axihp_in]の下に表示される

42.
VIVADO HLS ”Directive設定5/10”
• 引数”axihp_out”も同様に設定していく
• [axihp_out]を右クリックする
• [Insert Directive]をクリックする
21

43.
VIVADO HLS “Directive設定6/10”
• [Directive]のプルダウンメニューを”INTERFACE”にする
• [mode]のプルダウンメニューを”m_axi”にする
• [offset]のプルダウンメニューを”slave”にする
• [OK]をクリック
1
2
3
4
この設定を”slave”にすると読み
出しアドレスを、slaveポート
から指定できるようになる
“axihp_out”はaxiのmaster
ポートと認識されるようになる

44.
VIVADO HLS “Directive設定7/10”
• 引数”axihp_out”の設定が完了した
• 次は関数axihp_memcpyの制御方法の設定を行っていく

45.
VIVADO HLS “Directive設定8/10”
• 関数axihp_memcpyの制御方法を設定していく
• [axihp_memcpy]を右クリックする
• [Insert Directive]をクリックする
21

46.
VIVADO HLS “Directive設定9/10”
• [Directive]のプルダウンメニューを”INTERFACE”にする
• [mode]のプルダウンメニューを”s_axilite”にする
• [OK]をクリック
1
2
3
この設定により
“axihp_memcpy”はaxi slave
ポートから制御される.
また終了を知らせるinterrupt
信号も生成される.

47.
VIVADO HLS “Directive設定10/10”
• 以上でDirectiveの設定が完了した

48.
VIVADO HLS “Synthesis1/3”
• Synthesisを行っていく
• [C Synthesis]をクリックする
1

49.
VIVADO HLS “Synthesis2/3”
• Synthesisが完了した

50.
VIVADO HLS “Synthesis3/3”
• 生成されるポート一覧
Slave AXIポート
(AXILite)
Master AXIポート
(AXI)

51.
VIVADO HLS “IP Packageing1/3”
• axihp_memcpyをIPパッケージ化していく
• [Export RTL]をクリックする
1

52.
VIVADO HLS “IP Packaging 2/3”
• “Verilog”または”VHDL”を選択
• [OK]をクリックする
1
2

53.
VIVADO HLS “IP Packaging 3/3”
• IPパッケージ化が完了した
• 以上でVIVADO HLSによる操作は終了となる

54.
VIVADO
PSの設定
PSとAXIHP_MEMCPYの接続
HardwareのExport
Block Designの生成
Projectの生成
bitstreamの生成
作業手順

55.
VIVADO “Projectの生成 1/9”
• VIVADOを起動する
• [Create New Project] をクリック

56.
VIVADO “Projectの生成2/9”
• [Next]をクリック

57.
VIVADO “Projectの生成3/9”
• Project nameを任意のものに変更(自分はzynq_vivadohlsとした)
• “Create project subdirectory”のcheckを外す
• [Next]をクリック
1
2
3

58.
VIVADO “Projectの生成4/9”
• “RTL Project” を選択する
• [Next]をクリック
2
1

59.
VIVADO “Projectの生成5/9”
• “Verilog”または”VHDL”を選択
• [Next]をクリック
2
1

60.
VIVADO “Projectの生成6/9”
• [Next]をクリック
1

61.
VIVADO “Projectの生成7/9”
• [Next]をクリック
1

62.
VIVADO “Projectの生成8/9”
Zed Boardの場合
• [Boards] を選択
• “ZedBoard”を選択
• [Next]をクリック
Zyboの場合
• [Parts] を選択
• “xc7z010clg400-1”を選択
• [Next]をクリック
1
2
3

63.
VIVADO “Projectの生成9/9”
• 内容を確認して[Finish]をクリック
• これでプロジェクトの生成が完了する
1

64.
VIVADO起動完了

65.
VIVADO “Block Designの生成1/3”
• ここからIP IntegratorでBlock Designを生成していく
• [Create Block Design] をクリック
1

66.
VIVADO “Block Designの生成2/3”
• 任意のDesign nameに変更して [OK]をクリック
• これでBlock Designe の生成が完了する
1
2

67.
VIVADO “Block Designの生成3/3”
• Block Designが生成が完了した
• 右側の”Diagram”部分でIPの追加、接続を行いデザインを作成していく

68.
VIVADO “PSの追加1/3”
• まずZYNQ PSを追加する
• [Add IP] をクリック (Ctrl – i がショートカット)
1

69.
VIVADO “PSの追加2/3”
• Searchに“zynq”と入力して絞り込む
• ”ZYNQ7 Processing System”を選択し[ENTER]
1
2

70.
VIVADO “PSの追加3/3”
• Processing Systemが追加された
• 次はProcessing Systemの設定を行っていく

71.
VIVADO “PSの設定1/7”
• ZYNQを右クリックし、[Customize Block]を選択
(ZYNQをダブルクリックでも可)
1

72.
VIVADO “PSの設定2/7”
• [MIO Configuration] タブを選択クリック
• [I/O Peripherals]を開く
• [UART1] にチェックを入れ, MIO 48, 49が選択されていることを確認
2
1
3
3

73.
VIVADO “PSの設定3/7”
• [DDR Configuration] タブをクリック
• [DDR Controller Configuration]を開く
• ZedBoardの場合、Memory Partを”MT41J128M16 HA-15E”に変更
• ZYBOの場合、Memory Partを”MT41J128M16JT-125”に変更
1
2
3
※ツールのバージョンによっては”MT41K128M16JT-125”

74.
VIVADO “PSの設定4/7”
• [Clock Configuration]タブを選択
• ZedBoardの場合、Input Frequencyを”33.333333”にする
• Zyboの場合、Input Frequencyを”50”にする
• [PL Fablic Clocks]タブを開く
• FCLK_CLK0の周波数を”100”に設定する
1
2
3
4

75.
VIVADO “PSの設定5/7”
• [PS-PL Configuration]タブをクリック
• [HP Slave AXI Interface]タブを開く
• “S AXI HP0 interface”にチェックを入れる
1
2
3

76.
VIVADO “PSの設定6/7”
• [Interrupts]タブをクリック
• [Fabric Interrupts]にチェックを入れて、タブを開く
• [PL-PS Interrupt Ports]を開く
• IRQ_F2P[15:0]にチェックを入れる
• [OK]をクリック
1
2
3
4
5

77.
VIVADO “PSの設定7/7”
• 以上でPSの設定が完了した

78.
VIVADO “PS入出力ポート作成1/3”
• [Run Block Automation] をクリック
1

79.
VIVADO “PS入出力ポート生成2/3”
• [Apply Board Preset] のチェックを外す
• [OK]をクリック
1
2

80.
VIVADO “PS入出力ポート生成3/3”
• PSの外部IOインターフェース(DDR, FIXED_IO)が生成された

81.
VIVADO “HLS IPコアの追加1/7”
• VIVADO HLSで作成したIPコアを追加していく
• [IP Settings]をクリックする
1

82.
VIVADO “HLS IPコアの追加2/7”
• [Add Repository]をクリックする
1

83.
VIVADO “HLS IPコアの追加3/7”
• axihp_memcpy(VIVADO HLSのProjectディレクトリ)を選択
• [Select]をクリック
1
2

84.
VIVADO “HLS IPコアの追加4/7”
• “Axihp_memcpy”が追加されていることを確認
• [OK]をクリック
1
2

85.
VIVADO “HLS IPコアの追加5/7”
• “Axihp_memcpy”のimportが完了したのでIPを追加する
• [Add IP]をクリックする
1

86.
VIVADO “HLS IPコアの追加6/7”
• “axihp”と入力して絞り込む
• [Axihp_memcpy]を選択し[Enter]を押す
1
2

87.
VIVADO “HLS IPコアの追加7/7”
• “axihp_memcpy”IPコアの追加が完了した
• 次は、PSと接続していく

88.
VIVADO “HLS IPコアとPSの接続1/5”
• axihp_memcpy IPコアとPSを接続していく
• axihp_memcpyの”interrupt”とPSの”IRQ_F2P”を接続する
1
ドラッグでポート間を接続

89.
VIVADO “HLS IPコアとPSの接続2/5”
• AXIポートを接続していく
• [Run Connection Automation]をクリックする
1

90.
VIVADO “HLS IPコアとPSの接続3/5”
• [All Automation]にチェックを入れる
• [s_axi_AXILiteS]を選択する
• [Clock Connection]を”FCLK_CLK0”に選択する
1
2
3

91.
VIVADO “HLS IPコアとPSの接続4/5”
• [S_AXI_HP0]を選択する
• [Clock Connection]を”FCLK_CLK0”に選択する
• [OK]をクリックする
1
2
3

92.
VIVADO “HLS IPコアとPSの接続5/5”
• axihp_memcpy IPコアとPSの接続が完了した
• 次はAXIHPポートを監視するILAコアを追加していく

93.
VIVADO 自動配線の結果
自動配線を行うとAXIポートが自動的に接続される
自動でリセットシステムが追加される
インターコネクトが自動で挿入される
• 複数マスタ、複数スレーブ間のスイッチとなる
• 実はPS側のAMBAがAMBA4ではなくAMBA3となっている．
PS側のAMBA3とIP側のAMBA4の緩衝材の働きもする

94.
VIVADO “ILAコアの追加・接続1/6”
• AXIHPポートを監視するためのILAコアを追加していく
• [Add IP]をクリックする
1

95.
VIVADO “ILAコアの追加・接続2/6”
• “ila”と入力して絞り込む
• [ILA]を選択して[Enter]を押す
1
２

96.
VIVADO “ILAコアの追加・接続3/6”
• ILAコアが追加された
• AXIHPポートと接続していく

97.
VIVADO “ILAコアの追加・接続4/6”
• ILAの”clk”とPSの”FCLK_CLK0”を接続する
1

98.
VIVADO “ILAコアの追加・接続5/6”
• ILAの”SLOT_0_AXI”とaxihp_memcpyの
”m_axi_gmem64”を接続する
1

99.
VIVADO “ILAコアの追加・接続6/6”
• ILAコアの追加と接続が完了した
• 以上でBlock Designでの設計は終了となる

100.
VIVADO “Block Designエラーチェック”
• [Validate Design]をクリックする
• エラーが無いことを確認したら、デザインを保存する
1
2

101.
VIVADO “Generate Block Design 1/3”
• Block Designに含まれるIPに必要な制約、
デザインのネットリストを生成する
• [Generate Block Design]をクリックする
1

102.
VIVADO “Generate Block Design 2/3”
• [Generate]をクリックする
1

103.
VIVADO “Generate Block Design 3/3”
• 終了したら[OK]をクリックする
• Designの生成が完了した
1

104.
VIVADO “HDL wrapperの生成1/3”
• Block DesignのHDL wrapperを生成していく
• [Sources]タブを選択する
• [design_1]を右クリック
• [Create HDL Wrapper]をクリックする
1
2
3

105.
• [OK]を選択
VIVADO “HDL wrapperの生成2/3”
1

106.
VIVADO “HDL wrapperの生成3/3”
• “design_1_wrapper”ファイルが追加されていることを確認する
• HDL wrapperの生成が完了した
1

107.
VIVADO “SDK Export1/2”
• Hardwareの情報をSDKにExportする
• [File]をクリック
• [Export] => [Export Hardware]をクリック
1
2

108.
• [OK] をクリック
• Exportが完了したらBitstreamを生成する
VIVADO “SDK Export2/2”
1

109.
VIVADO “Generate Bitstream1/2”
• bitファイルを生成する
• [Generate Bitstream]をクリックする
1

110.
VIVADO “Generate Bitstream2/2”
• 完了したら[Cancel]をクリックする
• 以上でVIVADOでの実装は終了となる
• 次はSDKでソフトウェアを実装していく
1

111.
SDK
Board Suppot Packageの生成
Application Projectの生成
ソフトウェア(polling)の実装
作業手順
アプリケーション実行1
interrupt制御プログラムの追加
アプリケーション実行2

112.
SDK “SDKの起動1/2”
• SDKを起動する (linuxの場合 “xsdk” コマンドで起動)
• VIVADOは”project_dir/project_name.sdk”にHardware情報を
Exportしている
• Workspaceは”zynq_vivadohls/zynq_vivadohls.sdk”を選択する
• [OK]をクリック
1
２

113.
SDK “SDKの起動2/2”
• SDKの起動が完了した
• design_1_wrapper_hw_platform_0内にExportされた
hardware情報やPSの設定スクリプトがある
(バージョンが2014. 2の場合、hardware Platform Specificationを自分で作成する必要あり)

114.
SDK “Board Support Packageの生成1/4”
• [New]をクリック
• [Xilinx]タブを開く
• [Board Support Package]を選択
• [Next]をクリックする
1
2
3
4

115.
• Project nameに任意の名前を入力(自分は”standalone_bsp_0”を使用)
• [Finish]をクリック
SDK “Board Support Packageの生成2/4”
1
2

116.
• [OK]をクリック
SDK “Board Support Packageの生成3/4”
1

117.
SDK “Board Support Packageの生成4/4”
• Board Support Packageが生成された
• standalone_bsp_0内にはxilinxが提供するlibraryや
hardwareのアドレスを定義したヘッダーファイル等がある

118.
SDK “Application Projectの生成1/4”
• [New]をクリック
• [Xilinx]タブを開く
• [Application Project]を選択
• [Next]をクリック
1
2 3
4

119.
• Project nameを”axihp_memcpy”にする
• [Use existing] をチェックをする
• [Next]をクリック
SDK “Application Projectの生成2/4”
1
2
3

120.
• [Empty Application] を選択
• [Finish]をクリック
SDK “Application Projectの生成3/4”
1
2

121.
SDK “Application Projectの生成4/4”
• Application Projectが生成された

122.
SDK “Fileの生成1/3”
• [axihp_memcpy]タブを開く
• [src]を右クリックする
• [New] => [File]をクリックする
1
2 3

123.
SDK “Fileの生成2/3”
• File nameを”axihp_memcpy.c”とする
• [Finish]をクリックする
2
1

124.
SDK “Fileの生成3/3”
• “axihp_memcpy.c”ファイルが生成された
• C言語でソフトウェアを実装していく

125.
SDK “HLS コア 制御アプリケーション雛型”
#include "xil_printf.h"
typedef unsigned long long u64;
int main()
{
int i, mismatch = 0;
volatile u64 src_data[256], dst_data[256];
for (i = 0; i < 256; i++)
src_data[i] = i; //create source data
//control hls core
for (i = 0; i < 256; i++) {
xil_printf("src_data[%d] = %d, ", i, src_data[i]);
xil_printf("dst_data[%d] = %dnr", i, dst_data[i]);
if (src_data[i] != dst_data[i]) mismatch = 1; //compare src_data and dst_data
}
(mismatch == 0) ? xil_printf("memcpy success!nr"):
xil_printf("memcpy failnr");
return 0;
}
• axihp_memcpyコアにsrc_dataの値をdst_dataにコピーさせる
• 以降、この雛型に赤文字で書かれたプログラムを追加していく

126.
SDK “キャッシュの無効化”
#include "xil_cache.h"
…
int main()
{
Xil_DCacheDisable(); //Disable Data Cache
…
return 0;
}
• xil_cache.h内で定義されているXil_DCacheDisable関数を使うと
データキャッシュをオフにすることができる
• DMAを正しく実行するにはflushおよびinvalidateを適切に行う必要
がある．簡単のため、今回はキャッシュを無効化する

127.
SDK “axihp_memcpyコアのレジスタ構成1/2”
• standalone_bsp_0/ps_cortexa9_0/include内の
“axihp_memcpy_hw.h”を開く
• ファイル内にレジスタのmapが記述されている

128.
SDK “axihp_memcpyコアのレジスタ構成2/2”
0x00 Control signals
0x04
Global Interrupt
Enable
0x08
IP Interrupt
Enable
0x0c
IP Interrupt
Status
0x10
Data signal of
axihp_in
0x14 reserved
0x18
Data signal of
axihp_out
0x1c reserved
読み出しアドレス
書き込みアドレス
• bit0: ap_start
• bit1: ap_done
• bit2: ap_idle
• bit3: ap_ready
• bit7: auto_restart
• others: reserved
axihp_memcpyレジスタ(32bit)

129.
SDK “axihp_memcpyアドレスの確認”
• standalone_bsp_0/ps_cortexa9_0/include内の
“xparameters.h”に記述されている
• アドレスは0x43c00000で、次のように定義されている
“XPAR_AXIHP_MEMCPY_0_S_AXI_AXILITES_BASEADDR”

130.
SDK “読み出し/書き込みアドレスの設定”
…
unsigned int *baseaddr = 0x43c00000; //reg0 of hls core
int main()
{
…
//control hls core
baseaddr[4] = src_data; //set read addr
baseaddr[6] = dst_data; //set write addr
…
}
• 0x43c00000番地がaxihp_memcpyのレジスタ０の番地となる

131.
SDK “axihp_memcpyの開始制御”
…
int main()
{
…
//control hls core
baseaddr[4] = src_data; //set read addr
baseaddr[6] = dst_data; //set write addr
if ((baseaddr[0] & 0x4) == 0x4) { //if ap_idle is high
xil_printf("memcpy startnr");
baseaddr[0] |= 0x1; //make ap_start high
}
…
}
• ap_idleが1であればap_startを1にして開始する

132.
SDK “axihp_memcpyの終了制御(polling版)”
…
int main()
{
…
//control hls core
…
if ((baseaddr[0] & 0x4) == 0x4) {//if ap_idle is high
xil_printf("memcpy startnr");
baseaddr[0] |= 0x1; //make ap_start high
}
while ((base_addr[0] & 0x4) == 0); //wait for memcpy(polling)
xil_printf("memcpy done!nr");
…
}
• ap_idleが再び1になるまでwhile文で待機する

133.
SDK “axihp_memcpyソフトウェア”
#include "xil_cache.h"
#include "xil_printf.h"
typedef unsigned long long u64;
unsigned int *baseaddr = 0x43c00000;//reg0 of hls core
int main()
{
Xil_DCacheDisable(); //Disable Data Cache
int i, mismatch = 0;
volatile u64 src_data[256], dst_data[256];
for (i = 0; i < 256; i++)
src_data[i] = i; //create source data
//control hls core
baseaddr[4] = src_data; //set read addr
baseaddr[6] = dst_data; //set write addr
if ((baseaddr[0] & 0x4) == 0x4) { //if ap_idle is high
xil_printf("memcpy startnr");
baseaddr[0] |= 0x1; //make ap_start high
}
while ((baseaddr[0] & 0x4) == 0); //wait for memcpy(polling)
xil_printf("memcpy done!nr");
for (i = 0; i < 256; i++) {
xil_printf("src_data[%d] = %d, ", i, src_data[i]);
xil_printf("dst_data[%d] = %dnr", i, dst_data[i]);
if (src_data[i] != dst_data[i]) mismatch = 1; //compare src_data and dst_data
}
(mismatch == 0) ? xil_printf("memcpy success!nr"):
xil_printf("memcpy failnr");
return 0;
}
プログラム全体は以下のようになる

134.
SDK “ソフトウェアのコンパイル1/2”
• [Build ALL]をクリックする
• デフォルトでは保存する度に自動でBuildされる
1

135.
SDK “ソフトウェアのコンパイル2/2”
• 実行ファイル(.elf)が生成された
同一

136.
SDK “FPGAのコンフィグレーション1/2”
• ソフトウェア実装が終わったので実行手順に移る
• まずFPGAに回路をダウンロードしていく
• [Program FPGA]をクリックする
1

137.
SDK “FPGAのコンフィグレーション2/2”
• Bitstreamを
”...zynq_vivadohls/zynq_vivadohls.run/impl_1/design_1_wrapper.bit”
と選択する
• [Program]をクリックする
1
2

138.
SDK “アプリケーション実行の前に”
• アプリケーションの実行結果はuartで出力される
• SDK上で結果を確認することもできるが、不具合が多い(linuxの場合)
したがってscreen, cuコマンドやminicomでシリアルポートに接続する
>ls /dev/ttyACM*
ttyACMx
>sudo chmod 666 /dev/ttyACMx
>cu -s 115200 -l /dev/ttyACMx
cuコマンドの例(ZedBoardの場合)
>ls /dev/ttyACM*
ttyACMx
>sudo chmod 666 /dev/ttyACMx
>screen /dev/ttyACMx 115200
screenコマンドの例(ZedBoardの場合)

139.
SDK “アプリケーションの実行1/3”
• [Debug]タブを開く
• [axihp_memcpy.elf]を右クリック
• [Run As] => [Run Configuration]をクリック
1
2
3

140.
• [Xilinx C/C++ application (GDB)] を右クリック
• [New]をクリックする
1
2
SDK “アプリケーションの実行2/3”

141.
SDK “アプリケーションの実行3/3”
• [Run]をクリックすると実行される
1

142.
SDK "実行結果"
無事に一致しましたか？(^^)

143.
SDK "二回目以降の実行"
• [Run]の右側の下矢印をクリック
• [axihp_memcpy_Debug]をクリックで実行できる
1
2

144.
SDK "Debugモード"
• [Debug]の右側の下矢印をクリック
• [axihp_memcpy_Debug]をクリックでDebugモードで実行
1
2

145.
SDK "割り込みプログラム1/4"
#include "xparameters.h"
#include "xscugic_hw.h"
#include "xil_exception.h"
…
int main()
{
…
//control hls core
unsigned int device_id = 0;
XScuGic_DeviceInitialize(device_id);
Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT,
XScuGic_DeviceInterruptHandler, device_id);
Xil_ExceptionEnable();
XScuGic_RegisterHandler(XPAR_PS7_SCUGIC_0_BASEADDR, 61,
axihp_memcpy_handler, NULL);
baseaddr[2] |= 0x1;
baseaddr[1] = 0x1;
XScuGic_EnableIntr(XPAR_PS7_SCUGIC_0_DIST_BASEADDR, 61);
…
}

146.
SDK "割り込みプログラム2/4"
#include "xparameters.h"
#include "xscugic_hw.h"
#include "xil_exception.h"
…
volatile int memcpy_done = 0;
void axihp_memcpy_handler();
int main()
{
…
//while ((baseaddr[0] & 0x4) == 0); //wait for memcpy
while (memcpy_done == 0); //wait for interrupt
…
}
void axihp_memcpy_handler()
{
baseaddr[2] ^= 0x1;
xil_printf("interrupt!nr");
memcpy_done = 1;
baseaddr[3] = 0x1;
baseaddr[2] |= 0x1;
}

147.
SDK "割り込みプログラム3/4"
...zynq_vivadohls.sdk/standalone_bsp_0/ps7_cortexa9_0/libsrc/
scugic_v2_1/src/xscugic_hw.c
上記ファイル内にXScuGic_DeviceInterruptHangler関数が記述されてる
注意! キャストされていないので引数にはポインタではなく値をいれる

148.
SDK "割り込みプログラム4/4"
#include "xparameters.h"
#include "xscugic_hw.h"
#include "xil_exception.h"
#include "xil_cache.h"
#include "xil_printf.h"
typedef unsigned long long u64;
unsigned int *baseaddr = 0x43c00000;//reg0 of hls core
volatile int memcpy_done = 0;
void axihp_memcpy_handler();
int main()
{
Xil_DCacheDisable(); //Disable Data Cache
int i, mismatch = 0;
volatile u64 src_data[256], dst_data[256];
for (i = 0; i < 256; i++)
src_data[i] = i; //create source data
//control hls core
unsigned int device_id = 0;
XScuGic_DeviceInitialize(device_id);
Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT,
XScuGic_DeviceInterruptHandler, device_id);
Xil_ExceptionEnable();
XScuGic_RegisterHandler(XPAR_PS7_SCUGIC_0_BASEADDR, 61,
axihp_memcpy_handler, NULL);
baseaddr[2] |= 0x1;
baseaddr[1] = 0x1;
XScuGic_EnableIntr(XPAR_PS7_SCUGIC_0_DIST_BASEADDR, 61);
baseaddr[4] = src_data; //set read addr
baseaddr[6] = dst_data; //set write addr
if ((baseaddr[0] & 0x4) == 0x4) { //if ap_idle is high
xil_printf("memcpy startnr");
baseaddr[0] |= 0x1; //make ap_start high
}
//while ((baseaddr[0] & 0x4) == 0); //wait for memcpy(poling)
while (memcpy_done == 0); //wait for interrupt
xil_printf("memcpy done!nr");
for (i = 0; i < 256; i++) {
xil_printf("src_data[%d] = %d, ", i, src_data[i]);
xil_printf("dst_data[%d] = %dnr", i, dst_data[i]);
if (src_data[i] != dst_data[i]) mismatch = 1;
//compare src_data and dst_data
}
(mismatch == 0) ? xil_printf("memcpy success!nr"):
xil_printf("memcpy failnr");
return 0;
}
void axihp_memcpy_handler()
{
baseaddr[2] ^= 0x1;
xil_printf("interrupt!nr");
memcpy_done = 1;
baseaddr[3] = 0x1;
baseaddr[2] |= 0x1;
}
プログラム全体は以下のようになる

149.
VIVADO Logic Analyzer
Harware Managerの起動
現在の波形をキャプチャ
トリガをかけてキャプチャ
作業手順

150.
VIVADO "Hardware Manager の起動1/6"
• [Open Hardware Manager]タブを開く
• [Open Target]をクリック
• [Open New Target]をクリック
1
2
3

151.
VIVADO "Hardware Manager の起動2/6"
• [Next]をクリック
1

152.
VIVADO "Hardware Manager の起動3/6"
• [Next]をクリック
1

153.
VIVADO "Hardware Manager の起動4/6"
• [Next]をクリック
1

154.
VIVADO "Hardware Manager の起動5/6"
• [Finish]をクリック
1

155.
VIVADO "Hardware Manager の起動6/6"
• Hardware Managerが起動した

156.
VIVADO "FPGAのコンフィグレーション1/2"
• FPGAのコンフィグレーションがまだの場合、
ここでコンフィグレーションを行う
• "xc7z020_1"を右クリック
• [Program Device]をクリック
1
2

157.
VIVADO "FPGAのコンフィグレーション2/2"
• [Program]をクリックするとコンフィグレーションが実行される
1

158.
寄り道 "CLKが出力されない1/6"
• ZYNQの電源を入れた直後に、ILAを含むデザインを
コンフィグレーションするとワーニングがでる上にILAの
操作画面が出てこない
• これはZYNQからCLKがまだ出力されていないことが原因
• CLK出力後に[Refresh device]をクリックすると解決される

159.
寄り道 "CLKが出力されない2/6"
• 実はコンフィグレーションが完了した段階ではZYNQから
クロックは出力されない
• では、どのタイミングでクロックが出力されるのか？
• ネットで検索すると、"ARM上でアプリケーションを実行する"
とクロックが出力されるという情報が多く出てくるが
正しい条件は
"ps7_init_config, ps7_post_configを実行する"である

160.
寄り道 "CLKが出力されない3/6"
• 普通ps7_init_config, ps7_post_configはアプリケーション
実行前に実行される

161.
寄り道 "CLKが出力されない4/6"
• しかし実行できないときがある

162.
寄り道 "CLKが出力されない5/6"
• AXIポートが何も使用されていないとps7_post_configが実行されない

163.
寄り道 "CLKが出力されない6/6"
XMD% connect arm hw
XMD% rst –slcr
XMD% cd "project_name".sdk/designe_1_wrapper_hw_platform_0
XMD% source ps7_init.tcl
XMD% ps7_init
XMD% ps7_post_config
XMD% disconnect 64
• SDKのxmdコンソールでps7_post_configを実行する方法

164.
VIVADO "現在の波形をキャプチャする1/2"
• [Run trigger immediate for this ILA core]をクリックする
1

165.
VIVADO "現在の波形をキャプチャする2/2"
• 現在の波形がキャプチャされた
• 次はトリガを設定し、狙ったタイミングでキャプチャする

166.
VIVADO "トリガをかけてキャプチャ1/6"
• バースト受信の開始時にトリガをかける
• ARVALIDがHighになったらトリガがかかるように設定していく
• Debug Probes内にある"ARVALID"信号を右クリック
• [Add Probes to Basic Trigger Setup]をクリック
2
1

167.
VIVADO "トリガをかけてキャプチャ2/6"
• Basic Trigger Setup にARVALID信号が追加される
• [Compare Value]タブを開く
• [Value]を"1"に設定する
2
1

168.
VIVADO "トリガをかけてキャプチャ3/6"
• キャプチャを開始する
• [Run trigger for this ILA core]をクリックする
1

169.
VIVADO "トリガをかけてキャプチャ4/6"
• トリガ待ちの状態になる

170.
VIVADO "トリガをかけてキャプチャ5/6"
• SDKでアプリケーションを実行し、AXI転送を行う
1
2

171.
VIVADO "トリガをかけてキャプチャ6/6"
• VIVADOに戻ってくるとARVALIDがHighになった
直後からキャプチャされている

172.
VIVADO "AXI転送時の波形"

173.
Next Step "RTLでAXI State Machine書きたい!!1/5"
• AXIの雛型の作り方
• VIVADOのProject Setteingsで"Vendor"を設定する

174.
Next Step "RTLでAXI State Machine書きたい!!2/5"
• [Tools] => [Create and Package IP]をクリック

175.
Next Step "RTLでAXI State Machine書きたい!!3/5"
• [Create a new AXI4 peripheral]を選択

176.
Next Step "RTLでAXI State Machine書きたい!!4/5"
• 必要なAXIポートを備えたIPを作成

177.
Next Step "RTLでAXI State Machine書きたい!!5/5"
"…/zynq_vivadohls/../ip_repo/"ip名"/hdl/"に生成したIPの
ソースファイルが格納されている
AXIステートマシンが記述されているので、このファイルを改造
していくのが良いと思われる
DigilentのZYBOのチュートリアル前半部分が似たような内容になっている
(http://digilentinc.com/Data/Products/ZYBO/ZYBO-Embedded_Linux_Hands-on_Tutorial.pdf)