Xilinx System Generator for DSP纪事—RTL设计的生成

注：本文转自赛灵思中文社区论坛，源文链接在此。本文原作者为XILINX工程师。

以下为个人译文，仅供参考，如有疏漏之处，还请不吝赐教。

本篇博文是面向希望学习 Xilinx System Generator for DSP 入门知识的新手的系列博文第一讲。

其中提供了有关执行下列操作的分步操作方法指南：

• 使用 Xilinx System Generator 块集合对用户算法进行建模
• 对设计进行仿真并以可视化方式直观展示输入/输出以验证设计
• 为设计生成测试激励文件、测试矢量和 RTL (VHDL/Verilog) 代码

Xilinx System Generator for DSP 可为基于模型的设计与系统集成平台提供模块框图环境，以支持将 DSP 系统的 RTL、Simulink?、MATLAB? 和 C/C++ 组件整合到面向赛灵思 FPGA 器件的单一仿真和实现环境中。

它包含一个已预定义并预优化的开箱即用的块集合，可用于对算法进行建模、仿真和分析，并生成测试激励文件、测试矢量以及 HDL 代码，从而加速 FPGA 开发。

System Generator 支持针对以下编译目标生成自动代码 (Automatic Code)：

• HDL 网表
• IP 目录
• 已综合的检查点
• 硬件协同仿真

配置 MATLAB

首先，我们需要安装 MATLAB 并对 MATLAB 进行相应配置，确保它可配合 Vivado Design Suite 一起使用。

具体操作如下：

在 Windows 上：

以管理员身份打开“开始 >（所有）程序 > Xilinx Design Tools > Vivado 2019.x > System Generator > System Generator 2019.x MATLAB Configurator”。

出现 MATLAB 配置窗口后，勾选相应版本的 MATLAB 对应的复选框。

单击“Apply”，然后单击“OK”。

在 Linux 上：

请确保可在 Linux 系统的 $PATH 环境变量中找到 MATLAB 可执行文件。

Linux 下的 System Generator 是使用名为“sysgen”的 shell 脚本处理的，此脚本位于 /bin 目录中。

本实践教程操作步骤如下：

本篇博文是面向希望学习 Xilinx System Generator for DSP 入门知识的新手的系列博文第一讲。

其中提供了有关执行下列操作的分步操作方法指南：

1. 使用 Xilinx System Generator 块集合对用户算法进行建模
2. 对设计进行仿真并以可视化方式直观展示输入/输出以验证设计
3. 为设计生成测试激励文件、测试矢量和 RTL (VHDL/Verilog) 代码

实践教程将按以上指定的编译目标顺序予以展示。

步骤 1：遵循以下对应于您的操作系统的步骤调用 System Generator：

• 在 Windows 系统上，选择“开始 >（所有）程序 > Xilinx Design Tools > Vivado 2019.x >System Generator > System Generator 2019.x”
• 在 Linux 系统上的命令提示符处输入 sysgen

此步骤将打开包含 System Generator 块集合的 MATLAB 会话。

如以下截屏所示：

步骤 2：将工作目录更改为包含创建的 Sysgen 模型的任意本地目录。

单击位于 MATLAB 窗口右上角的 Simulink 图标。

这样将打开 Simulink Start Page：

步骤 3：单击 Simulink 下拉选项的“Blank model”图标。

这样将打开空白或“Untitled”模型，其中包含空白的模型画布。

步骤 4：单击“Untitled”模型窗口中的“Library browser”图标以便在“Simulink Library Browser”窗口中查看赛灵思块集合。

单击并展开“Xilinx Blockset”菜单，以查看不同类别的块。单击“Basic elements”类别，以查看基本 sysgen 块，如下所示：

步骤 5：右键单击并选择“Add block to model”(Ctrl+I) 选项将 System Generator 标识块添加到模型中以定义 FPGA 技术。

以同样方式添加“Gateway In”和“Gateway Out”块，以定义设计的 System Generator 部分与 Simulink 部分之间的界限。

注：任何模型都必须包含这些必需的块。每个模型都必须至少包含 1 个 System Generator 块，可包含多个“Gateway In”和“Gateway Out”块，具体取决于设计的输入和输出。

此处演示的是添加乘累加 (Mult-add) 运算的建模过程，因此我们需要将“Mult”、“AddSub”和“Delay”块添加到模型中。

步骤 6：选中“Xilinx Blockset”下的“Floating-Point”类别中的“AddSub”块，右键单击，然后单击“Add block to model”选项。

步骤 7：以同样方式选中“Xilinx Blockset”下的“Floating-Point”类别中的“Mult”块和“Basic Elements”类别下的“Delay”块，并将这两个块添加到模型中。

这样模型将如下图所示：

步骤 8：现在，添加 3 个“Constant”块实例，此“Constant”块可在“Simulink Library Browser”的“Simulink”块集合下的“Sources”类别中找到：

以同样方式添加来自“Simulink”块集合下的“Sinks”类别的“Display”块。

这些块用作为 System Generator 设计的激励块。

步骤 9：按住鼠标左键并绘制一条从源端口到目标端口的线，以将块连接在一起。

完整的模型将如下所示：

步骤 10：双击“Gateway In”块以打开“Properties Editor”，根据块 GUI 中的“Output type”和“Sample period”下的输入值来设置输入数据类型，然后单击“OK”。

针对其他输入重复该过程：

步骤 11：双击 System Generator 标识以更改系统和仿真参数。

确保“clocking”选项卡下的“Simulink system period”与“Gateway In”块的样本周期相同。

“FPGA clock period”应为“Simulink system period”的整数倍。

单击“OK”。

步骤 12：单击模型工具栏上的保存按钮、为其提供有效的名称，然后单击“Save”以保存设计（在步骤 3-9 间可随时执行此步骤）。

步骤 13：单击“Run”按钮以对模型进行仿真并验证输出：

步骤 14：双击 System Generator 标识，确保：

• “Compilation”已设置为“HDL Netlist”
• “Target directory”选项设置为包含所生成 RTL 代码的任意有效目录（在此示例中目录为 netlist）
• 已选中“Compilation”选项卡上的“Create testbench”选项

对于其他选项，保留默认设置。

现在，单击“Apply”，然后单击“Generate”按钮。

注：System Generator 标识充当用于控制系统和仿真参数的控制面板，并且还可用于调用代码生成器。

步骤 15：代码生成过程开始后，就会弹出状态窗口，如下所示：

步骤 16：代码生成完成后，状态窗口将通知您代码生成过程已完成。

在此处截屏中所示的示例中，System Generator 已成功生成 Kintex-7 xc7k325t-3fbg676 器件的 VHDL RTL 设计，包括测试矢量和测试激励文件。

现在，请启动 Vivado，打开“netlist/hdl_netlist/Multadd_test.xpr”文件，然后按下文中详述的步骤运行 Vivado 流程：

Vivado 设计输入纪事 - RTL 设计输入