PYNQ で遊ぶ : 2. Verilog HDL を使ってみる

10510 ワード
FPGA PYNQ-Z1 PYNQ FPGA テキストリンク

これは何か

PYNQ-Z1 を使って遊んでみます。

今回は、下記ができるようになる事を目指します。

  • Verilog HDL のコードを書いてみる
  • Verilog HDL でモジュールを作って IP に接続する
関連記事：

する事

  • CLK を数えるカウンタを verilog HDL で書く
    • カウンタを使って分周して、LED を点滅させる

役に立ちそうなリンク

...

2-1. プロジェクトの作成

2-2. Verilog HDL でモジュールを作る

2-2-1. Verilog HDL のファイルを追加します。

Sources の Design Sources を右クリックし、Add Sources をクリック

design sources が選択されている事を確認して Next

Create file をクリックし、File name を指定。led_blink にしました。

Finish をクリックして完了

I/O Port は後で設定するので、とりあえず OK します。警告が出ますが yes

2-2-2. Verilog HDL のファイルを編集します

  • 新しくできた led_blink をダブルクリック
  • 右に、エディタが開きます

  • 100 MHz でクロックが来ます
  • そのクロックを 26 bit カウントします
  • LED への出力を、カウンタの 26 bit 目と同期させて点滅させてみましょう
  • 0.335 秒くらいで ON/OFF が切り替わるはずです
led_blink.v
module led_blink
  (
    input CLK,   // 入力 CLK を定義します
    output led   // 出力 led を定義します
  );             // 最後の行には , がいらないので注意

  reg [25:0] counter;    // 26 bit のカウンタを定義します

  always @(posedge CLK)  // CLK が立ち上がるたびに、この中が実行されます
    begin
      counter <= counter +1; 
    end                // counter を 1 追加するだけです。 +=, ++ は使えません
                       // 桁が溢れると、0 に戻ります

  assign led = counter[25];  // counter の 26 bit 目を led に接続します

endmodule

エディタの編集が終わったら、Ctrl+S を押すか save ボタンを押して保存しておきます。

2-3. IP Integrator で IP を配置する

大まかな手順は下記です：

  • led_blink.v を配置する
  • ZYNQ (CPU) の IP を配置する
  • 配線する

2-3-1. 自作モジュールを配置する

  • Diagram をクリックしておきます
  • led_blink.v を右クリックし、Add Module to Block Design をクリック

led_blink.v モジュールが設置されます

2-3-2. ZYNQ を配置する

手順 1-4-1. ZYNQ の IP を配置する を参考に、ZYNQ の IP を設置します。

2-3-3. 配線する

led_blink_0 の led 端子を右クリックし、Make External をクリックします

生成された led_0 ポートをクリックし、External Port Properties ボックス内の Name: を LED に変更します

  • Run Connection Automation と Run Block Automation をクリックして実行します
  • ZYNQ7 Processing System の FCLK_CLK0 と M_AXI_GP0_ACLK が自動で配線されなかったので、手動でつなげます
  • デザインはこうなりました

2-4. 後仕上げ

2-4-1. HDL Wrapper を生成する

手順 1-5. HDL Wrapper を生成する と同様の手順です

2-4-2. 制約ファイルを設定する

手順 1-6. 制約ファイルを設定する と同様の手順です

2-4-3. 生成する

手順 1-7. 生成する と同様の手順です

こんな実装になりました。AXI を使ってないので、とてもシンプルですね。

2-5. PYNQ で実行する

2-5-1. ファイルのアップロード

scp ~/vivado/asobu/asobu02/asobu02.runs/impl_1/design_1_wrapper.bit [email protected]:pynq/overlays/asobu02/asobu02.bit
scp ~/vivado/asobu/asobu02/asobu02.srcs/sources_1/bd/design_1/hw_handoff/design_1.hwh [email protected]:pynq/overlays/asobu02/asobu02.hwh

2-5-2. jupyter で実行

asobu02.ipynb
import pynq
fpga = pynq.Overlay('asobu02.bit')
# コンフィグレーション完了後、LED が点滅し始めるはずです