Vitis/Vivado 2019.2ではVivado SDKがなくなり、ソフトウェア開発はVitisに統合されました。MicroBlazeを使う場合もVivadoでハードウェアモジュールを組み立ててVitisでソフトウェアの開発をします。
この記事は、Vivado 2020.1でArtyを対象にMicroBlazeを使った開発をする手順のメモです。
Vivadoでハードウェアモジュールを作る
Vivadoでのおおまかな開発の流れは次のとおりです。
- IP IntegratorでMicroBlazeデザインを用意
- generate bitstreamでbitファイルを作成
- 「export Hardware」→「Fixed」→include bitstreamで、.xsaファイルを作る
IP IntegratorでMicroBlazeデザインを用意する
プロジェクトを作成して、Create Block DesignをクリックしてIP Integratorを起動します。とりあえず主役（？）のMicroBlazeを置きます。
Run Block AutomationをクリックしてMicroBlazeの設定をします。ここでは、Local Memoryを32KBに設定。
Run Block Automationが終わるとクロック(clk_wiz_1)やリセット(rst_clk_wiz_1_100M)などのモジュールが追加されます。ついでに、UART(axi_uartlite_0)とGPIO(axi_gpio_0)のインスタンスも追加しました。
clk_wiz_1を設定。入力クロックをSingle ended clock capable pinにリセットの極性をActive Lowにセット。
設定したら Run Connection Automationでクロックの入力信号を外に引き出す
リセットモジュールのext_reset_inも外に出力。
GPIOはLED出力とスイッチ入力に割り当てる
設定したら Run Connection Automationで、全部接続。
最終的には、こんな感じに。
メモリマップはこんな感じ
bitファイルを生成
IPIで作ったブロックのラッパーモジュールを作って合成。ラッパーモジュールはいつものようにCreate HDL Wrapperで生成。
ハードウェアのエクスポート
Vitisでのソフトウェア開発用にハードウェア情報をパックします。まずは、File → Export → Export Hardware…でウィザードを開きます。
ウィザードで、Fixedを選択してNext
Include bitstreamを選択してNext
エクスポート先は適当に決めます。ここではプロジェクト直下が指定されています。エクスポートされるファイルの拡張子は .xsa です。Next→Finishでエクスポート完了。
Vitisでソフトウェア開発
おおまかな流れは次の通り。
- Vivado プロジェクトの下に作業ディレクトリを作成
- プロジェクトの作成とXSAの読み込み
- とりあえずのHello World
作業ディレクトリの作成
作業ディレクトリはVitis起動時に用意します。ここでは、Vivadoプロジェクトの下にvitisという名前のディレクトリを作成してみました。
Eclipseのウェルカムウィンドウが表示されます。
Create Application Projectをクリックして、プロジェクト作成ウィザードを開きます。
プロジェクトの作成とXSAの読み込み
ウィザードを使ってソフトウェア開発用のプロジェクトを作成します。
Create a new platform from hardware (XSA) タブを選択して、Vivadoで作ったxsaファイルを指定します。
アプリケーションプロジェクト名は hello_world とつけてみました。
XSA(ハードウェア)とアプリケーションソフトウェアの間に位置するドメインの設定です。今回はMicroBlazeが一つですしOSものせないので、そのまま次にすすめます。
アプリケーションの雛形を選ぶことができるので、Hello Worldを選択して Finish をクリックします。
Hello World
プロジェクト作成ウィザードを閉じると作成したアプリケーション開発用のウィンドウが開きます。ツールバーの、ハンマーアイコンでプロジェクトをビルドします。
ソフトウェアのビルドが終わったら実行前に、FPGAをコンフィギュレーションします。メニューのXilinx→Program FPGAをクリックします。
FPGAのコンフィギュレーションダイアログです。xsaにビットストリームを含んでいれば、そのビットストリームが選ばれています。もちろん、別途ビットストリームファイルを選択しても構いません。
FPGAをコンフィギュレーションしたらソフトウェアの実行です。 hello_worldの下のBinariesの下にあるhello_world.elfを選択して、ツールバーの虫アイコン右の矢印をクリック、Launch on Hardware (Single Application Debug)をクリックします。
デフォルトでinit_platform()のところにブレークポイントがセットされていて一旦停止するので、ツールバーの再生ボタン(Resume)をクリックして、プログラムを実行します。
UARTが接続されたターミナル /dev/ttyUSB1 とかを開いておくと、無事にHello Worldが表示されることが確認できます。
GPIO経由でLEDを点灯させることもできます。たとえば、ソースコードはこんな感じ。
int main()
{
init_platform();
print("Hello World\n\r");
print("Successfully ran Hello World application");
volatile unsigned int * led = (volatile unsigned int*)0x40000000;
int i = 0;
for(int i = 0; i < 256; i++){
*led = i;
xil_printf("%d\n\r", i);
usleep(500000);
}
cleanup_platform();
return 0;
}実行すると、500m秒ごとにカウント値が表示されてLEDも点滅します。
