視覺(jué)L1重映射函數Zynq baremetal設計實(shí)例

本文作者：AMD高級產(chǎn)品應用工程師 Kevin Morris

這篇博客展示了在 AMD Zynq 設計中，如何用 Vitis Vision Library 中的函數（remap）導出一個(gè) IP，并基于此 IP 構建一個(gè)的硬件平臺（XSA），進(jìn)而基于此平臺來(lái)運行嵌入式應用。

remap 函數是指從圖像的某個(gè)位置獲取像素信息，并將這些像素信息重新放置到另一個(gè)圖像的另一個(gè)位置。在此示例中，設計將使用 128x128 像素的灰度輸入圖像，然后在輸出端將其水平翻轉。

測試采用以下設置：

版本： Vivado 和 Vitis 2023.1

操作系統：Ubuntu 20.04.1 LTS

硬件：Zynq UltraScale+ ZCU104 評估板 (xczu7ev-ffvc1156-2-e)

1/ 創(chuàng )建 Vitis HLS IP 項目

在本節中，我們將利用 Vitis Vision L1 庫提供的預先存在的 Makefile 來(lái)創(chuàng )建和導出 remap 函數，以便在 Vivado 項目中使用。

打開(kāi)終端選擇一個(gè)適合的路徑位置，并將最新的 Vitis 庫克隆到該位置：

git clone https://github.com/Xilinx/Vitis_Libraries

跳轉至 Vision L1 中名為 remap 的函數的目錄下：

cd Vitis_Libraries/vision/L1/examples/remap

注：專(zhuān)門(mén)就 Vision 庫而言，需要 OpenCV 庫才能編譯函數。請使用下面鏈接中的指令編譯 OpenCV，并在運行下一步之前設置所需的環(huán)境變量。
https://support.xilinx.com/s/article/Vitis-Libraries-Compiling-and-Installing-OpenCV?language=en_US

設置 Vitis/Vivado 工具，然后運行 HLS 項目腳本來(lái)構建 HLS 設計，并用該設計將函數作為 Vivado IP 導出。

PLATFORM——這是評估板平臺名稱(chēng)，通?？梢酝ㄟ^(guò) PLATFORM_REPO_PATHS 環(huán)境變量或在 /base_platforms中的 Vitis 安裝目錄內找到該名稱(chēng)。

VIVADO_SYN——此參數通過(guò) export_design 流程運行 Vitis HLS 項目，該流程提供項目的壓縮文件作為 Vivado IP。

您還可以打開(kāi) Vitis HLS 項目，通過(guò)命令 vitis_hls -p remap.prj 查看結果和報告。

注：由于此 Vitis HLS 項目來(lái)自 Makefile，其并不包括在 GUI 環(huán)境下直接重新運行 C Simulation 或 Cosimulation 所需的標志和參數。您可以檢查 remap 文件夾中的 run_hls.tcl 文件，以查看仿真所需要添加的必要標志和參數。

重新運行上述指令，添加適當的變量，以便從命令行運行仿真（例如：CSIM=1 和/或 COSIM=1）。

2 創(chuàng )建 Vivado 平臺項目

本節將展示如何使用上一節中創(chuàng )建的 Vitis HLS IP 來(lái)創(chuàng )建一個(gè)以 ZCU104 為目標器件的自定義平臺。

將上一節中創(chuàng )建的導出 IP 復制到它自己的存儲庫位置，然后打開(kāi) Vivado。

按照下列步驟創(chuàng )建項目并對其進(jìn)行設置：

選擇 Create Project，點(diǎn)擊 Next:

輸入項目名稱(chēng)：remap_vivado，點(diǎn)擊 Next

選擇 RTL 項目，此時(shí)不要指定源文件，點(diǎn)擊 Next

在評估板選項卡，選擇 Zynq UltraScale+ ZCU104 評估板，點(diǎn)擊 Next，然后選擇 Finish

打開(kāi)項目后:

在左側的流程導航器中選擇 Project Manager > Settings

選擇IP > Repository，點(diǎn)擊 + 并在此添加 ip_repo 文件夾的位置，然后關(guān)閉窗口

我們現在可以添加自定義 IP 及其余的模塊：

在左側的流程導航器中，選擇 IP Integrator > Create Block Design

為原理圖選擇描述性名稱(chēng)，或保留其默認值，然后選擇 OK????

選擇 +（添加 IP），并選擇 Remap_accel 模塊

選擇 +（添加 IP），并選擇 Zynq UltraScale+ MPSoC 模塊

點(diǎn)擊窗口頂部橫幅上的 Run Block Automation。

確保勾選 Apply Board Preset，然后選擇 OK

現在，我們將配置 MPSoC 模塊，使其具有合適的接口，能夠與 IP 進(jìn)行通信：

雙擊圖中的 MPSoC 模塊，并做出以下修改。我們將關(guān)閉本設計中不會(huì )用到的一些功能。

更改這些設置后，選擇 OK 將這些變更應用到 MPSoC 模塊上。

我們現在可以使用連接自動(dòng)化功能將這些模塊彼此連接：

點(diǎn)擊 Run Connection Automation

?勾選全部自動(dòng)化，然后選擇 OK

點(diǎn)擊 Run Connection Automation（第二次運行會(huì )把 IP 其它的 AXI 接口也鏈接起來(lái)，這些接口是IP互聯(lián)接口的一部分）

勾選全部自動(dòng)化，然后選擇 OK

此刻的設計應類(lèi)似于下圖（您可以點(diǎn)擊工具欄上的“Regenerate”，可自動(dòng)對各個(gè)模塊進(jìn)行重新排列）：

檢查 Address Editor選項卡。請注意，默認自動(dòng)分配地址，AXI 和 IP 控件的地址空間設置為 0x0 和 0xA000_0000。

返回至圖表選項卡，選擇工具欄上的 Validate Design 按鈕，或者在 Vivado 的主窗口中使用 Tools > Validate Design。確保設計無(wú)誤。

在 Sources 窗口的 Sources 選項卡中，展開(kāi) Design Sources ，右鍵點(diǎn)擊當前模塊設計，選擇 Create HDL Wrapper（選擇 Let Vivado manage wrapper and auto-update），然后點(diǎn)擊 OK。

在左側的 Flow Navigator 中，選擇 Generate Block Design，保留默認選項，然后點(diǎn)擊 Generate。您可以在 Design Runs 選項卡中監視運行狀態(tài)。

完成上述步驟后，點(diǎn)擊 Generate Bitstream，選擇 Yes/OK 來(lái)運行生成比特流的必要流程。完成創(chuàng )建后，您可以點(diǎn)擊 Cancel 關(guān)閉打開(kāi)的對話(huà)框，結束操作。

現在我們可以將硬件平臺導出為 XSA 格式，以便 Vitis 與我們的應用一起使用。

在頂部工具欄中選擇 File > Export > Export Hardware

選擇 Next

選擇 Include bitstream，點(diǎn)擊 Next

設置 XSA 文件名：remap_platform，點(diǎn)擊 Next，然后點(diǎn)擊 Finish。輸出的 XSA 文件默認保存在項目的根目錄

3 創(chuàng )建 Vitis 應用項目

現在我們已經(jīng)從 Vivado 導出了一個(gè)平臺 XSA，我們可以使用這個(gè)文件來(lái)定義我們的平臺，并創(chuàng )建一個(gè)應用程序來(lái)在平臺內通信和運行 IP。

打開(kāi) Vitis，然后導入 XSA：

vitis -workspace remap_ws

此操作會(huì )打開(kāi)工作空間為 remap_ws 的 Vitis GUI。

創(chuàng )建應用項目

選擇 Next
從頂部的選項卡中選擇 Create a new platform from hardware (XSA)，然后瀏覽上一節的 remap_platform.xsa 文件，接著(zhù)選擇 Next

設置應用項目名稱(chēng)：remap_project，選擇將 psu_cortexa53_0 用作處理器，然后選擇Next

保留默認域信息（Standalone OS），然后選擇Next

選擇“Empty Application (C)”模板，然后選擇 Finish

本博文包括參考文件，可供下載（點(diǎn)擊閱讀全文查看參考文件）?？蓪⑦@些文件解壓到項目的根目錄中。

在“Explorer”窗口展開(kāi) remap_project_system > remap_project > src，右鍵點(diǎn)擊 src，選擇 Import Sources，瀏覽保存參考文件的目錄，選擇并導入下列文件：

remap_example_app.c

remap_input_image.h

remap_x_map.h

remap_y_map.h

文件導入后，可隨時(shí)檢查 remap_example_app.c 文件，以查看應用正在執行的操作?？傊?，應用程序用 DDR 內存中的輸入圖像和映射數組數據配置 IP，并指示 IP 處理數據并將其寫(xiě)回 DDR 內存。

現在，我們可以構建平臺并編譯應用，以使其直接在 ZCU104 板上運行。

在助手窗口中：

選擇 remap_platform [Platform]，并使用 Build 按鈕（錘子圖標），等待 Build Finished 消息出現

選擇 remap_project_system [System]，并使用 Build 按鈕（錘子圖標），等待 Build Finished 消息出現

完成構建過(guò)程可能需要一些時(shí)間，時(shí)間長(cháng)短取決于您的系統。

4 在硬件上運行應用

現在，我們可以運行設計并驗證 remap 函數的運行。

在助手窗口中，選擇 remap_project_system [System]，使用綠色運行圖標，選擇 Launch Hardware。

一旦完成設計運行，且硬件仍在運行時(shí)，選擇 XSCT 窗口。如果窗口未打開(kāi)，選擇 Vitis > XSCT Console。

在控制臺運行以下命令：

xsct% source remap_memory_copy.tcl

注：此腳本是參考文件的組成部分。您也可以指文件的完整路徑，或使用“cd”跳轉至適當的目錄。

此腳本將讀取內存中“input_buffer”和“output_buffer”的數據，并將數據分別保存為 input.data和 output.data。在繼續操作之前等待完成消息。

在創(chuàng )建完 input.data 文件和 output.data 文件后，您現在可以通過(guò)運行 Python 腳本來(lái)驗證 remap 函數是否已成功執行圖像的水平翻轉。運行下列 Python 腳本：

python3 remap_convert_image.py

注：運行此腳本需要安裝“numpy”和“Pillow” Python 包，通常使用“pip install numpy”和“pip install Pillow”命令來(lái)安裝這些包。

此腳本將輸出兩種文件，一個(gè)是 input.png，另一個(gè)是 output.png，表示發(fā)送到硬件的輸入圖像，以及通過(guò) IP 傳遞后的輸出圖像。

審核編輯：湯梓紅