Xilinx FPGA重構(gòu)技術(shù)介紹

重構(gòu)技術(shù)介紹

重構(gòu)技術(shù)是一項非常實用的技術(shù)，從比特屬性上來分類可以分成全部重構(gòu)和局部重構(gòu)。全部重構(gòu)即在重構(gòu)時將配置整個FPGA器件的比特文件重新加載一次，對FPGA進(jìn)行一次完整的編程配置；局部重構(gòu)與全部重構(gòu)有所不同，局部重構(gòu)時加載的比特文件只是一個部分比特，該部分比特對特定區(qū)域進(jìn)行重新配置。

針對Xilinx不同系列的器件，進(jìn)行重構(gòu)的方式會有所區(qū)別，對于非Zynq系列的器件，重構(gòu)的實現(xiàn)需要借助FPGA器件之外的處理器來實現(xiàn)，重構(gòu)接口為SelectMAP，非Zynq系列器件的重構(gòu)框圖如圖1所示；Zynq系列的由于自身嵌入了ARM處理器，可以無需借助其他處理器而實現(xiàn)重構(gòu)的功能，Zynq系列器件的PS側(cè)可以通過PCAP接口對PL側(cè)完成重構(gòu)，但是Zynq7000和UltraScale+Mpsoc在具體實現(xiàn)時所使用的庫函數(shù)會有區(qū)別，兩者的重構(gòu)實現(xiàn)不能互用。

圖1非Zynq系列器件的重構(gòu)框圖

本文檔主要針對的器件為UltraScale+Mpsoc系列，通過PCAP接口對PL側(cè)進(jìn)行重構(gòu)，重構(gòu)框圖如下所示：

圖2UltraScale+Mpsoc系列重構(gòu)框圖

重構(gòu)步驟

建立工程

詳細(xì)操作在此不做詳述，具體可以參考《Vivado Design Suite Tutorial Embedded Processor Hardware Design》，為了驗證需要，硬件允許的情況下可以編寫一段閃燈程序。

建立BlockDesign

詳細(xì)操作在此不做詳述，具體可以參考《Vivado Design Suite Tutorial Embedded Processor Hardware Design》，建立BlockDesign后，加入一個Zynq Mpsoc IP核，需要指出的是，為了能實現(xiàn)重構(gòu)，需要在此IP核中使能SD卡，DDR以及UART（方便調(diào)試），并根據(jù)硬件的實際情況對它們的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)需要添加其他IP。

編寫編譯代碼

完成前面的步驟之后就可以建立自己的用戶程序，主要是通過PS來實現(xiàn)對PL測邏輯的重構(gòu)

驗證調(diào)試

在進(jìn)行驗證調(diào)試前需要做好準(zhǔn)備工作，如前所述，PL側(cè)可以通過兩個實現(xiàn)，生成兩個頻率不同的閃燈程序的bit文件，由于重構(gòu)時只能使用bin文件，所以需要將bit文件轉(zhuǎn)換成bin文件，在Vivado中的Tcl Console中使用write_cfgmem指令可以將bit轉(zhuǎn)換成bin文件，具體指令如下：

write_cfgmem -format BIN -interface SMAPx32 -disablebitswap -loadbit "up 0x0文件名.bit" "bin文件名"

生成好的bin文件需要拷貝到Memory中，通常都使用SD卡來存儲重構(gòu)的bin文件。

以上準(zhǔn)備工作就緒之后就可以Debug調(diào)試了，建議Debug調(diào)試時將啟動模式設(shè)置成Jtag模式。

演示Demo

本章節(jié)通過搭建演示環(huán)境和工程對重構(gòu)的實現(xiàn)進(jìn)行板級驗證。

演示環(huán)境

演示的軟件搭建包含兩個工程，一個用來采集和顯示攝像頭原圖，另外一個工程對攝像頭進(jìn)來的數(shù)據(jù)做了處理，將像素點中的一個顏色分量置為0，最終顯示的圖像前景色為綠色。

演示的硬件包含一塊5ev的板子，一塊圖像顯示的板子，一臺HDMI接口的顯示器，一臺電腦、一個攝像頭，一根fakra接口線、一個Xilinx下載器和一根串口線（非必須，具體的演示環(huán)境框圖如下：

圖4演示環(huán)境框圖

演示結(jié)果

在SDK中下載程序后，在line280行打上斷點，如圖5所示，手動控制程序的運行，每運行一次F8，重構(gòu)一次PL程序，可以看到顯示的圖像前景色會發(fā)生變化，具體運行結(jié)果如圖6、圖7所示，以作參考。

圖5調(diào)試斷點設(shè)置

圖6Test1.bin運行結(jié)果截圖

圖7Test2.bin運行結(jié)果截圖

審核編輯：劉清