詳解基于賽靈思的Versal? ACAP設計創建步驟

Versal? ACAP（自適應計算加速平臺）是高度集成化的多核計算平臺，可通過靈活的自適應能力來滿足不斷變化的動態算法的需求。VCK190 是賽靈思最早發布的 Versal AI Core 評估器件之一。

本篇博文將為您詳解如下所述設計創建步驟：

1. 在 Vivado 中構建基于 Versal 的 IP 集成器 (IP integrator) 設計
2. 創建器件鏡像
3. 在 Vitis 中構建平臺和系統工程
4. 在 VCK190 評估板上運行和調試應用

Versal上的PS-GEM

千兆以太網 MAC (GEM) 可提供符合 IEEE 802.3-2016 標準的硬核 10/100/1000 Mbps 接口。

在 PS 低功耗域 (LPD) 中有 2 個 GEM 控制器。

每個控制器均獨立運行，且各含 1 個管理數據輸入/輸出 (MDIO) 接口以供其外部 PHY 配合 RGMII 接口使用。

GEM 包含下列組件：

1 個 MAC 用于控制傳輸、接收、地址檢查和環回

配置寄存器，可提供控制和狀態寄存器、統計數據寄存器和同步邏輯

1 個直接內存訪問 (Direct Memory Access) 模塊，用于控制 DMA 傳輸和 DMA 接收

1 個時間戳單元 (TSU)，用于計算 IEEE 1588 定時器值，其中包含實時時鐘

在無需 DMA 操作的系統應用中，可使用配置選項移除 DMA 模塊，并且可使用外部 FIFO 接口將 GEM 集成到 SoC 環境中。

GEM 塊包含以下信號接口：

連接到外部 PHY 的 GMII 和 RGMII

1 個用于外部 PHY 管理的 MDIO 接口

1 個 APB 從接口，用于訪問 GEM 寄存器

1 個用于內存訪問的 AXI4 DMA 主接口

無需 DMA 功能的應用內包含 1 個可選 FIFO 接口

1 個可選時間戳接口

I/O 選項包括：

布線到 LPD MIO 管腳的 RGMII (v2.0)，用于連接到外部 PHY

GMII 和 MII 布線到 PL，以便映射到 GT 或（可選）可借助 PL 邏輯來轉換為其它協議

每個控制器內的診斷內部環回

注：Versal 中不支持內部 SERDES 接口 (SGMII)。在 MPSoC 器件中支持此類接口。

在 VCK190 器件上，GEM0 和 GEM1 均硬連線到板上的 2 個外部 RGMII PHY。

有 2 個 RJ45 端口，分別用于 GEM0 和 GEM1。如要測試 GEM1 RGMII 端口，請確保 GEM0 RGMII 端口同樣通過電纜連接，因為此端口使用共享 MDIO 線（使用 GEM0 MDIO 作為主接口）。

請參閱以下 VCK190 截屏。在右上角有 2 個 RJ45 端口用于 Versal 以太網。

在 Vivado 中創建 IP integrator 設計

請下載隨附的 Tcl 文件并遵循以下步驟進行操作。

1. 在 Vivado 2019.2 中基于 VCK190 評估板創建工程。

2. 創建塊設計。

3. 找到 vck190_1g.tcl。以下是 IP integrator 畫布中的原理圖。

4. 生成 HDL 封裝文件。

5. 單擊“運行實現 (Run Implementation)”和“生成器件鏡像 (Generate Device Image)”。

6. 導出包含器件鏡像的硬件設計。

注：單獨使用“運行塊自動化設置功能 (run block automation)”時，CIP 與 NoC 之間部分連接缺失。隨附的 Tcl 文件可用于確保 CIP 和 NoC 中配置設置正確。

在 Vitis 中構建并運行 LwIP 應用

我們已構建了 IP integrator 設計并已導出了含器件鏡像的硬件設計?，F在，我們將在 Vitis 中創建 lwIP 示例，并在 VCK190 評估板上運行。

1. 啟動 Vitis。

2. 使用來自以上設計的 XSA 文件創建應用工程。

3. 從 SDK 中選擇“lwIP 響應服務器 (lwIP Echo Server)”。

4. 在 SDK 中構建平臺和系統工程。選中 lwIP 響應服務器應用時，會自動設置 lwIP 庫的 BSP 設置。用戶還可以選擇僅創建并構建平臺工程，但這樣需手動設置 BSP 設置。

5. 在 VCK190 開發板上運行 lwIP 示例。以下即 UART 控制臺輸出：

6. 以下是 ping 測試輸出：

要切換到 GEM1 RJ45 以便進行測試，用戶應使用 XPAR_XEMACPS_1_BASEADDR 修改 platform_config.h。

可在 BSP 的 xparameters.h 中找到以太網定義。請參閱以下示例

在 platform_config.h 中，更改以下定義：

將此定義更新為：

#define PLATFORM_EMAC_BASEADDRXPAR_XEMACPS_1_BASEADDR

現在，您可重新構建應用并重新運行測試。

LwIP性能

以下是 lwIP 響應服務器應用的 BSP 設置。

PARAMETER dhcp_does_arp_check = true

PARAMETER lwip_dhcp = true

PARAMETER pbuf_pool_size = 2048

對于 lwIP TCP/UDP 性能服務器，默認將設置下列參數。

PARAMETER mem_size = 524288

PARAMETER memp_n_pbuf = 1024

PARAMETER n_tx_descriptors = 512

PARAMETER pbuf_pool_size = 16384

這些 lwIP 參數對于性能調優至關重要。

這些參數可控制所分配和使用的內存量以及 Pbuf 和描述符數量。

如果系統受到限制，無法處理這些包，則 BD 和 Pbuf 將被快速用盡，且無法根據要求快速清空以供使用。由此導致性能受到影響。

但我們還應平衡可使用的內存量，以便在用于性能基準測試的評估板上將這些參數調整為適合 1Gbps 的最優值。您可以此為參考，根據自己的要求來對這些參數進行調優。

編輯：hfy