FPGA I/O ホストインターフェイススクリプトの生成と管理

ホストインターフェイススクリプトを使用して、MATLAB^® からハードウェア上でアルゴリズムのプロトタイプを作成できます。ホストインターフェイススクリプトには、ハードウェアに接続してハードウェアでアルゴリズムを実行しながら操作するために使用できる単純な MATLAB コマンドが含まれています。たとえば、パラメーターを調整したり、データを取得して詳細な解析を行ったりすることができます。

A host computer uses MATLAB host interface scripts to interact with the IP core on hardware with an Ethernet connection to the processing system or through a JTAG connection directly to the FPGA.

前提条件

生成されたホストインターフェイススクリプトを実行するには、ハードウェアボードが必要です。ハードウェアボードをセットアップする方法の詳細については、Guided Hardware Setupを参照してください。
Xilinx^® Vivado^® などのサードパーティ製合成ツールの最新バージョンが必要です。HDL の言語サポートおよびサポートされるサードパーティ製ツールとハードウェアを参照してください。MATLAB セッションでは、関数 hdlsetuptoolpath を使用して、インストールされている合成ツールへのパスを設定します。

ホストインターフェイススクリプトの生成

HDL Coder™ を使用して IP コアを生成するときにホストインターフェイススクリプトを生成できます。このプロセス中に、ホストとターゲットのインターフェイスを選択する必要があります。これにより、MATLAB がハードウェアボードと通信する方法が指定されます。ホストインターフェイススクリプトのターゲットインターフェイスを指定するには、[HDL コード] タブで [ホストインターフェイススクリプト]、[ホストターゲットインターフェイス] を選択し、ドロップダウンメニューオプションから [イーサネット] または [JTAG] のいずれかを選択します。ホストとターゲットのインターフェイスのオプションは次のとおりです。

イーサネット — [イーサネット] オプションを使用するには、ターゲットボードに組み込みの ARM プロセッサが搭載されている必要があります。
JTAG AXI Manager — 組み込みの ARM プロセッサのないスタンドアロンの FPGA ボードでは、このオプションを使用します。

Simulink^® ツールストリップを使用してホストインターフェイススクリプトを生成するには、以下のようにします。

Simulink モデルを開き、IP コアを生成するテスト対象設計 (DUT) を選択します。
[HDL Coder] タブを開きます。[アプリ] タブで、[HDL Coder] をクリックします。
JTAG インターフェイスを使用するには、[HDL コード] タブで [設定]、[ターゲット設定] をクリックします。[Insert AXI Manager (HDL Verifier required)] を JTAG に設定します。
ホストインターフェイススクリプトを生成するには、[HDL コード] タブで [ホストインターフェイススクリプト]、[ホストインターフェイススクリプト] をクリックします。IP コアを生成せずにホストインターフェイススクリプトを生成できます。生成された IP コアにアクセスするために、ホストインターフェイススクリプトが使用するターゲットインターフェイスを構成するには、[ホストインターフェイススクリプト] ドロップダウンの矢印を選択し、[ホストターゲットインターフェイス] を [JTAG] または [イーサネット] のいずれかに設定します。JTAG インターフェイスを使用するには、HDL Verifier™ のライセンスが必要です。

HDL ワークフローアドバイザーを使用してホストインターフェイススクリプトを生成するには、以下のようにします。

Simulink モデルを開き、IP コアを生成するテスト対象設計 (DUT) を選択します。
HDL Coder アプリを開きます。
HDL ワークフローアドバイザーの [タスク 1.1 ターゲットデバイスおよび合成ツールを設定] をクリックし、ターゲットデバイスおよび合成ツールを構成します。
[1.2 ターゲットのリファレンス設計を設定] で [リファレンス設計] プロパティを設定します。[タスク 1.2 ターゲットのリファレンス設計を設定] で JTAG インターフェイスを使用するには、[Insert AXI Manager (HDL Verifier required)] を [JTAG] に設定します。
[1.3 ターゲットインターフェイスを設定] で、DUT の端子を各種インターフェイスにマッピングします。HDL Coder は、ホストインターフェイススクリプトの生成時にこれらのインターフェイス設定を使用します。
[4.2. ソフトウェアインターフェイスを生成] をクリックし、[ホストインターフェイススクリプトの生成] を選択します。[4.2. ソフトウェアインターフェイスを生成] を右クリックし、[選択したタスクまで実行] を選択します。

ホストインターフェイススクリプトファイル

ホストインターフェイススクリプトファイルを生成する際には、IP コア用に構成したリファレンス設計とターゲットインターフェイステーブルのマッピングに基づいて、2 つの MATLAB ファイルを作成します。

インターフェイススクリプト (gs_<modelName>_interface.m: このスクリプトは、MATLAB から FPGA へのインターフェイスとなる fpga ハードウェアオブジェクトを作成します。インターフェイススクリプトには、ハードウェアに接続して FPGA をプログラムする MATLAB コマンド、およびハードウェアでのアルゴリズムの実行時にアルゴリズムとデータを交換する方法を示した例が含まれます。
インターフェイスセットアップ関数 (gs_<modelName>_setup.m: この関数は、ハードウェアインターフェイスおよび DUT アルゴリズムからの端子を使用して fpga オブジェクトを構成します。セットアップ関数には、端子名、方向、データ型、およびインターフェイスマッピング情報をもつ DUT 端子オブジェクトが含まれます。この関数は、これらの DUT 端子を対応するインターフェイスにマッピングします。

インターフェイススクリプトファイル

インターフェイススクリプトファイルは、データの読み書きのために FPGA ハードウェアへの接続を作成します。このスクリプトファイルは以下を行います。

ハードウェアボード上のプロセッサへの接続を表す intelsoc オブジェクトまたは xilinsoc オブジェクトを作成します。このスクリプトファイルには、生成されたビットストリームおよび対応するデバイスツリーを使用して FPGA をプログラムする programFPGA コマンドが含まれています。このセクションは、イーサネットホストターゲットインターフェイスを生成する場合にのみ存在します。
ハードウェアボード上の FPGA への接続を表す fpga ハードウェアオブジェクトを作成します。
目的のハードウェアインターフェイスおよび DUT アルゴリズムからの端子を使用して fpga オブジェクトを構成します。
DUT 端子との間でデータを読み書きするコマンドが含まれています。これらを使用して、ハードウェア上で動作するアルゴリズムを実行できます。これらのコマンドは、単なる例です。それらを更新してから、スクリプトを実行してアルゴリズムを実行してください。
fpga オブジェクトで使用されているハードウェアリソースを解放して接続をクリーンアップします。

セットアップ関数ファイル

セットアップ関数ファイルは、生成された IP コアと同じインターフェイスを使用して fpga オブジェクトを構成します。セットアップスクリプトは再利用可能なファイルです。IP コアに変更を加えた場合は、セットアップスクリプトを更新するか再生成する必要があります。次のイメージでは、DUT とセットアップスクリプトの端子およびインターフェイスのマッピング、およびその関係を示しています。

セットアップ関数ファイルは、ターゲットインターフェイスがイーサネットなのか JTAG なのかによって異なります。ターゲットインターフェイスを JTAG に設定すると、HDL Coder は、設計内の AXI レジスタとの通信用の読み取りおよび書き込みドライバーとして aximanager ハードウェアオブジェクトを使用します。次のイメージでは、イーサネットインターフェイスの場合と JTAG インターフェイスの場合のセットアップ関数を比較しています。

Comparison of setup functions for Ethernet and JTAG interfaces

ハードウェアでのホストインターフェイススクリプトの使用

ラピッドプロトタイピングでは、元の設計を変更する方法に基づいてホストインターフェイススクリプトをカスタマイズします。ホストインターフェイススクリプトの生成後、以下のようにします。

イーサネットまたは JTAG のいずれかを使用して、ホストコンピューターをターゲットハードウェアボードに接続します。
データ要件に合わせて、インターフェイススクリプトファイル内の読み取りコマンドおよび書き込みコマンドを変更します。ターゲットボードで実行されている展開済みの DUT IP コアまたはアルゴリズムで、変更したスクリプトインターフェイスを使用します。
ホストインターフェイススクリプトの各セクションを実行して、ハードウェアボードに接続し、FPGA をプログラムし、fpga オブジェクトを作成して、インターフェイスをセットアップします。インターフェイスは、インターフェイスセットアップ関数ファイルに基づいてセットアップされます。これらのセクションを実行する必要があるのは 1 回だけです。
変更した読み取りコマンドおよび書き込みコマンドを実行し、これらのコマンドで反復を継続します。MATLAB コマンドラインを使用して特定のコマンドを実行できます。
プロトタイピングが完了した後に、ハードウェアボードへの接続を解放します。

次のイメージでは、ホストインターフェイススクリプトを使用する方法、および各手順とインターフェイススクリプトファイルの関係を示します。

ホストインターフェイススクリプトを反復してテストした後には、以下を行うことができます。

スクリプトをテストまたは検証ワークフローに統合する。
ライブスクリプトを作成し、対話的に設計のプロトタイプを作成する。例については、Prototype FPGA Design on AMD Versal Hardware with Live Data by Using MATLAB Commandsを参照してください。

ホストインターフェイススクリプトの管理

ホストインターフェイススクリプトファイルを管理するには、ファイルを更新するか再生成します。既存のパラメーターの変更や軽微なエラーの修正など、軽微な変更を行う場合は、ホストインターフェイススクリプトファイルを更新します。DUT 端子のマッピングの変更、ターゲットハードウェアデバイスのベンダーの変更、ターゲットソフトウェアツールの変更など、大きな変更を行う場合は、ホストインターフェイススクリプトファイルを再生成します。ホストインターフェイススクリプトファイルを再生成すると、HDL Coder では既存のファイルの上書きに関する警告が表示されます。上書きされないようにするために、既存のファイルの名前を変更できます。