视觉L1重映射函数Zynq baremetal设计实例

本文作者：AMD高级产品应用工程师 Kevin Morris

这篇博客展示了在 AMD Zynq 设计中，如何用 Vitis Vision Library 中的函数（remap）导出一个 IP，并基于此 IP 构建一个的硬件平台（XSA），进而基于此平台来运行嵌入式应用。

remap 函数是指从图像的某个位置获取像素信息，并将这些像素信息重新放置到另一个图像的另一个位置。在此示例中，设计将使用 128x128 像素的灰度输入图像，然后在输出端将其水平翻转。

测试采用以下设置：

版本： Vivado 和 Vitis 2023.1

操作系统：Ubuntu 20.04.1 LTS

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

1/ 创建 Vitis HLS IP 项目

在本节中，我们将利用 Vitis Vision L1 库提供的预先存在的 Makefile 来创建和导出 remap 函数，以便在 Vivado 项目中使用。

打开终端选择一个适合的路径位置，并将最新的 Vitis 库克隆到该位置：

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

跳转至 Vision L1 中名为 remap 的函数的目录下：

cd Vitis_Libraries/vision/L1/examples/remap

注：专门就 Vision 库而言，需要 OpenCV 库才能编译函数。请使用下面链接中的指令编译 OpenCV，并在运行下一步之前设置所需的环境变量。
https://support.xilinx.com/s/article/Vitis-Libraries-Compiling-and-Installing-OpenCV?language=en_US

设置 Vitis/Vivado 工具，然后运行 HLS 项目脚本来构建 HLS 设计，并用该设计将函数作为 Vivado IP 导出。

PLATFORM——这是评估板平台名称，通常可以通过 PLATFORM_REPO_PATHS 环境变量或在 /base_platforms中的 Vitis 安装目录内找到该名称。

VIVADO_SYN——此参数通过 export_design 流程运行 Vitis HLS 项目，该流程提供项目的压缩文件作为 Vivado IP。

您还可以打开 Vitis HLS 项目，通过命令 vitis_hls -p remap.prj 查看结果和报告。

注：由于此 Vitis HLS 项目来自 Makefile，其并不包括在 GUI 环境下直接重新运行 C Simulation 或 Cosimulation 所需的标志和参数。您可以检查 remap 文件夹中的 run_hls.tcl 文件，以查看仿真所需要添加的必要标志和参数。

重新运行上述指令，添加适当的变量，以便从命令行运行仿真（例如：CSIM=1 和/或 COSIM=1）。

2 创建 Vivado 平台项目

本节将展示如何使用上一节中创建的 Vitis HLS IP 来创建一个以 ZCU104 为目标器件的自定义平台。

将上一节中创建的导出 IP 复制到它自己的存储库位置，然后打开 Vivado。

按照下列步骤创建项目并对其进行设置：

选择 Create Project，点击 Next:

输入项目名称：remap_vivado，点击 Next

选择 RTL 项目，此时不要指定源文件，点击 Next

在评估板选项卡，选择 Zynq UltraScale+ ZCU104 评估板，点击 Next，然后选择 Finish

打开项目后:

在左侧的流程导航器中选择 Project Manager > Settings

选择IP > Repository，点击 + 并在此添加 ip_repo 文件夹的位置，然后关闭窗口

我们现在可以添加自定义 IP 及其余的模块：

在左侧的流程导航器中，选择 IP Integrator > Create Block Design

为原理图选择描述性名称，或保留其默认值，然后选择 OK‍‍‍‍

选择 +（添加 IP），并选择 Remap_accel 模块

选择 +（添加 IP），并选择 Zynq UltraScale+ MPSoC 模块

点击窗口顶部横幅上的 Run Block Automation。

确保勾选 Apply Board Preset，然后选择 OK

现在，我们将配置 MPSoC 模块，使其具有合适的接口，能够与 IP 进行通信：

双击图中的 MPSoC 模块，并做出以下修改。我们将关闭本设计中不会用到的一些功能。

更改这些设置后，选择 OK 将这些变更应用到 MPSoC 模块上。

我们现在可以使用连接自动化功能将这些模块彼此连接：

点击 Run Connection Automation

‍勾选全部自动化，然后选择 OK

点击 Run Connection Automation（第二次运行会把 IP 其它的 AXI 接口也链接起来，这些接口是IP互联接口的一部分）

勾选全部自动化，然后选择 OK

此刻的设计应类似于下图（您可以点击工具栏上的“Regenerate”，可自动对各个模块进行重新排列）：

检查 Address Editor选项卡。请注意，默认自动分配地址，AXI 和 IP 控件的地址空间设置为 0x0 和 0xA000_0000。

返回至图表选项卡，选择工具栏上的 Validate Design 按钮，或者在 Vivado 的主窗口中使用 Tools > Validate Design。确保设计无误。

在 Sources 窗口的 Sources 选项卡中，展开 Design Sources ，右键点击当前模块设计，选择 Create HDL Wrapper（选择 Let Vivado manage wrapper and auto-update），然后点击 OK。

在左侧的 Flow Navigator 中，选择 Generate Block Design，保留默认选项，然后点击 Generate。您可以在 Design Runs 选项卡中监视运行状态。

完成上述步骤后，点击 Generate Bitstream，选择 Yes/OK 来运行生成比特流的必要流程。完成创建后，您可以点击 Cancel 关闭打开的对话框，结束操作。

现在我们可以将硬件平台导出为 XSA 格式，以便 Vitis 与我们的应用一起使用。

在顶部工具栏中选择 File > Export > Export Hardware

选择 Next

选择 Include bitstream，点击 Next

设置 XSA 文件名：remap_platform，点击 Next，然后点击 Finish。输出的 XSA 文件默认保存在项目的根目录

3 创建 Vitis 应用项目

现在我们已经从 Vivado 导出了一个平台 XSA，我们可以使用这个文件来定义我们的平台，并创建一个应用程序来在平台内通信和运行 IP。

打开 Vitis，然后导入 XSA：

vitis -workspace remap_ws

此操作会打开工作空间为 remap_ws 的 Vitis GUI。

创建应用项目

选择 Next
从顶部的选项卡中选择 Create a new platform from hardware (XSA)，然后浏览上一节的 remap_platform.xsa 文件，接着选择 Next

设置应用项目名称：remap_project，选择将 psu_cortexa53_0 用作处理器，然后选择Next

保留默认域信息（Standalone OS），然后选择Next

选择“Empty Application (C)”模板，然后选择 Finish

本博文包括参考文件，可供下载（点击阅读全文查看参考文件）。可将这些文件解压到项目的根目录中。

在“Explorer”窗口展开 remap_project_system > remap_project > src，右键点击 src，选择 Import Sources，浏览保存参考文件的目录，选择并导入下列文件：

remap_example_app.c

remap_input_image.h

remap_x_map.h

remap_y_map.h

文件导入后，可随时检查 remap_example_app.c 文件，以查看应用正在执行的操作。总之，应用程序用 DDR 内存中的输入图像和映射数组数据配置 IP，并指示 IP 处理数据并将其写回 DDR 内存。

现在，我们可以构建平台并编译应用，以使其直接在 ZCU104 板上运行。

在助手窗口中：

选择 remap_platform [Platform]，并使用 Build 按钮（锤子图标），等待 Build Finished 消息出现

选择 remap_project_system [System]，并使用 Build 按钮（锤子图标），等待 Build Finished 消息出现

完成构建过程可能需要一些时间，时间长短取决于您的系统。

4 在硬件上运行应用

现在，我们可以运行设计并验证 remap 函数的运行。

在助手窗口中，选择 remap_project_system [System]，使用绿色运行图标，选择 Launch Hardware。

一旦完成设计运行，且硬件仍在运行时，选择 XSCT 窗口。如果窗口未打开，选择 Vitis > XSCT Console。

在控制台运行以下命令：

xsct% source remap_memory_copy.tcl

注：此脚本是参考文件的组成部分。您也可以指文件的完整路径，或使用“cd”跳转至适当的目录。

此脚本将读取内存中“input_buffer”和“output_buffer”的数据，并将数据分别保存为 input.data和 output.data。在继续操作之前等待完成消息。

在创建完 input.data 文件和 output.data 文件后，您现在可以通过运行 Python 脚本来验证 remap 函数是否已成功执行图像的水平翻转。运行下列 Python 脚本：

python3 remap_convert_image.py

注：运行此脚本需要安装“numpy”和“Pillow” Python 包，通常使用“pip install numpy”和“pip install Pillow”命令来安装这些包。

此脚本将输出两种文件，一个是 input.png，另一个是 output.png，表示发送到硬件的输入图像，以及通过 IP 传递后的输出图像。

审核编辑：汤梓红