Linuxの動作確認がてらMicroBlazeのチュートリアルをやってみました（前編）。

どもです。

どうやらEfinixのFPGA書き込み用ドライバによって標準ドライバ環境を破壊されたらしく、

いや草
（T20開発ボードとTang Primer 20Kを一台ずつ接続） pic.twitter.com/qNDx7guTc2
— AUDIY (@AUDIY14) October 28, 2023

Cmod S7繋いでみたが

・・・・・・お前もかw
（Trion T20 Development Boardとして認識している） pic.twitter.com/EdHNebn2XY
— AUDIY (@AUDIY14) Janulary 21, 2024l

もう二度とメインマシンにEfinix FPGAの開発環境入れませんわ・・・・

ドライバ環境を一からやり直すとなるとWindowsのクリーンインストールしかなさそうなのですが、それはそれで時間がかかって面倒くさいのと、C言語でのソフトウェア開発でLinuxマシンがないと不便なこともあり・・・・・・

・・・・・・導入しました。

キタァァァァァァァァァァァァァァァ pic.twitter.com/RUeIv2FG0P
— AUDIY (@AUDIY14) January 24, 2024

今は購入したThinkPadにUbuntu入れてVitisやらDockerやらC/C++コンパイラやら入れて使ってます。

やっと開発環境も整いつつあるんで、今回は前回の続きとして、

audio-diy.hatenablog.com

歩きそう pic.twitter.com/TGyU8jBkQt
— AUDIY (@AUDIY14) January 9, 2024

CMOD S7にMicroBlazeを実装して動かすところから初めて、VivadoとVitisに一度触れてみたいと思います。

DigilentのMicroBlaze チュートリアルを試す

DigilentのFPGAボードのIntroductionを読んでいると、ページ下部に複数のチュートリアルが提供されています。

digilent.com

今回はこれに沿ってMicroBlazeをCMOD S7上のSpartan-7 FPGAに構築し、LチカおよびPCとのUSB-UART通信を実装してみたいと思います。

と、その前に・・・

DigilentのFPGAボードですが、Digilentが公式でボードファイルを提供しているため、これを自身のVivado環境に導入します。
（多分なくてもできますが、あったほうがピン周りの配線の自動設定とかしてくれるので大変便利です。）

Digilentの"Installing Vivado, Vitis, and Digilent Board Files"にアクセスします。
（この時点でVivadoやVitisをインストールしていない方は合わせてやっちゃいましょう。）

digilent.com"Install Digilent's Board Files"の項までジャンプします。

digilent.com

そこから最新版のボードファイル一式をダウンロードするリンク（"Master Branch ZIP Archive"と記載があります）をクリックするとDigilentのボードファイル一式がダウンロードされます。

ダウンロードされたZIPファイルを展開し、new/board_filesの中身をVivadoをインストールしたフォルダの/Xilinx/Vivado/<version>/data/boards/board_files内にコピー&ペーストします（board_filesフォルダがない場合は新規に作成し、その中にコピー&ペーストします）。

ここまでできたらチュートリアルを始めていきたいと思います。

本家のチュートリアルはDigilentのあらゆるボードでできるようにところどころ表現がボカされていますので、ここではCMOD S7 & Ubuntuの開発環境に合わせ改変していきたいと思います。

やっていこう

以下リンク先に従ってチュートリアルをやっていきます。

digilent.com

Vivadoの立ち上げ

Vivadoを立ち上げます。

いろんなサイトを確認するとsettings64.shを使って環境変数を通してコマンドを叩いて開いていますが、Version 2023.2だとアプリケーション一覧のアイコンで開くことができました。

プロジェクトの作成

プロジェクトを作成していきます。

Quick Startから"Create Project"を選択します。

"Next"をクリックします。

プロジェクト名とプロジェクトの保存場所を決めます。
今回のプロジェクト名は"Digilent_Microblaze_Tutorial"としました。

プロジェクト形式を決めます。
"RTL Project"に設定し、"Do not specify sources at this time"のチェックボックスにチェックをつけて"Next"をクリックします。

使用するFPGAを選択します。デバイスから選択もできますが、今回はBoardから選択します。

Searchの欄に"cmod"と入力すると"Cmod S7-25"が出てくるので選択します。Digilentのボードファイルを導入していないと表示されないので注意してください。

ボードファイルを導入済みなのに出てこない場合は左下の"Refresh"をクリックしてみてください。それでも出てこない場合はボードファイルを格納した場所を再確認する必要があります。

以下はRefreshボタンをクリックした際の画面です。少し待ちます。

使用するボード（今回はCmod S7-25）を選択して"Next"をクリックします。

プロジェクトの概要が表示されますので、問題なければ"Finish"をクリックします。間違いがあれば"Back"をクリックして設定し直します。

ブロック図からMicroBlazeと周辺回路を構築する

現在開いているVivadoですが、RTLやIPの設定や配線、シミュレーション、ビットストリーム書き込みを行うための「AMD製FPGAやSoCのハードウェアを担当するツール」となります。

ここからはCMOD S7上のSpartan-7にMicroBlazeを構築していきます。

AMD FPGAやSoCに初めて触れるかたは"MicroBlaze"や"Zynq"など混乱するかもしれませんが、

MicroBlaze：AMD FPGAまたはSoCのユーザロジック（PL）上に構築されるCPU IP。ユーザロジックを使用するため自前のRTLを構築できる領域が減少し、動作速度も期待できないが低コスト。
Zynq：AMD SoC内にFPGA（PL）とは別に存在しているARMアーキテクチャのハードウェアCPU（PS）。ユーザロジックを使用せず、専用のマイコンが配置されているため動作速度はMicroBlazeより期待できるが、専用のマイコンがある分高コスト。

となります。

まぁAMDの場合はSoCそのものがZynqと命名されている（Versal除く）ため間違いは起きにくいと思いますが、今回使用するCMOD S7に配置されているSpartan-7は純粋なFPGAなので、今回はMicroBlazeを構築します（実はIntelがこのあたりちゃんと調査しないと分かりにくいんですよ・・・）

余談はこのあたりにしておきまして・・・

Vivado左側のメニューより"IP INTEGRATOR"一覧から"Create Block Design"を選択します。

以下のようなウィンドウが出てくるのでDesign nameを決めます。今回は"MicroBlaze_blink"としました。
DirectoryやSpecify source setの項目は何も触らず、"OK"をクリックします。
※Design nameには" "（スペース）を使用しないようにしてください！代わりに"_"（アンダーバー）、"-"（ダッシュ）、キャメルケース（各単語の冒頭を大文字にする。今回のDesign nameだと"MicroblazeBlink"）の使用が推奨されています。