重構(gòu)技術(shù)介紹

重構(gòu)技術(shù)是一項(xiàng)非常實(shí)用的技術(shù)，從比特屬性上來(lái)分類(lèi)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(shí)將配置整個(gè)FPGA器件的比特文件重新加載一次，對(duì)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(shí)加載的比特文件只是一個(gè)部分比特，該部分比特對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行重新配置。

針對(duì)Xilinx不同系列的器件，進(jìn)行重構(gòu)的方式會(huì)有所區(qū)別，對(duì)于非Zynq系列的器件，重構(gòu)的實(shí)現(xiàn)需要借助FPGA器件之外的處理器來(lái)實(shí)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(wú)需借助其他處理器而實(shí)現(xiàn)重構(gòu)的功能，Zynq系列器件的PS側(cè)可以通過(guò)PCAP接口對(duì)PL側(cè)完成重構(gòu)，但是Zynq7000和UltraScale+Mpsoc在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)所使用的庫(kù)函數(shù)會(huì)有區(qū)別，兩者的重構(gòu)實(shí)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(duì)的器件為UltraScale+Mpsoc系列，通過(guò)PCAP接口對(duì)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(yàn)證需要，硬件允許的情況下可以編寫(xiě)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(gè)Zynq Mpsoc IP核，需要指出的是，為了能實(shí)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(shí)際情況對(duì)它們的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)需要添加其他IP。

編寫(xiě)編譯代碼

完成前面的步驟之后就可以建立自己的用戶(hù)程序，主要是通過(guò)PS來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)PL測(cè)邏輯的重構(gòu)

驗(yàn)證調(diào)試

在進(jìn)行驗(yàn)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(guò)兩個(gè)實(shí)現(xiàn)，生成兩個(gè)頻率不同的閃燈程序的bit文件，由于重構(gòu)時(shí)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(lái)存儲(chǔ)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(shí)將啟動(dòng)模式設(shè)置成Jtag模式。

演示Demo

本章節(jié)通過(guò)搭建演示環(huán)境和工程對(duì)重構(gòu)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行板級(jí)驗(yàn)證。

演示環(huán)境

演示的軟件搭建包含兩個(gè)工程，一個(gè)用來(lái)采集和顯示攝像頭原圖，另外一個(gè)工程對(duì)攝像頭進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)做了處理，將像素點(diǎn)中的一個(gè)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(tái)HDMI接口的顯示器，一臺(tái)電腦、一個(gè)攝像頭，一根fakra接口線、一個(gè)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(diǎn)，如圖5所示，手動(dòng)控制程序的運(yùn)行，每運(yùn)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(huì)發(fā)生變化，具體運(yùn)行結(jié)果如圖6、圖7所示，以作參考。

圖5調(diào)試斷點(diǎn)設(shè)置

圖6Test1.bin運(yùn)行結(jié)果截圖

圖7Test2.bin運(yùn)行結(jié)果截圖

審核編輯：劉清