在AMD Versal自适应SoC上使用QEMU+协同仿真示例

本文作者：AMD 工程师 Stephen MacMahon

在任意设计流程中，仿真都是不可或缺的关键组成部分。它允许用户在无任何物理硬件的情况下对硬件系统进行确认。这篇简短的博客将介绍如何使用 QEMU + 协同仿真来对 AMD Versal 自适应 SoC Cortex A72 (QEMU) 上运行的固件进行仿真，该固件会访问当前 AMD Vivado Design Suite 仿真中正在进行仿真的 PL 中的 IP。本文将使用 Versal VCK190 和 Vivado 2024.2 来生成仿真环境。

注释：目前这是实验性流程，尚未受到正式的支持。

QEMU 设备树二进制对象

QEMU 使用模型来对 Versal CIPS 进行仿真。每块 AMD 开发板都有预构建的设备树二进制对象 (DTB)。在本博客中使用的是 VCK190 的 DTB。在本系列后续博文中，将介绍用户如何自行编译 DTB，从而与用户自定义系统保持更紧密的一致。目前，该演示的 DTB 文件已随本篇博文一同交付。

硬件设计

使用 Vivado 2024.2 来生成简单的块设计，如下所示：

设置仿真脚本

此处使用的是由 Vivado 生成的仿真脚本，但要对这些脚本稍作修改：

希望仿真永久保持运行 (all)

希望运行脚本时启动 GUI (-gui)

需要指定仿真要使用的仿真模型。在此例中，要使用的模型是 TLM。

为此，只需在 BD 上运行以下 Tcl 命令：

下一步，生成输出文件，将其设为 Global。

生成仿真脚本

生成顶层 RTL 封装文件，然后运行仿真。这样会生成仿真脚本，稍后在 QEMU + 协同仿真脚本中将启动这些仿真脚本。

这样会在 project_1.simsim_1ehavxsim 中生成仿真脚本以供后续调用。

开发者只需使用 Tcl 命令完成这些操作即可，但希望在本篇博文中通过 GUI 演示。

导出硬件以生成 XSA 文件。此文件将在 AMD Vitis 统一软件平台中用于生成工作空间，以供在本系列后续博文中使用。

生成 QEMU

此处将使用以下 QEMU 实参。将 QEMU 实参置于 Linux 脚本中。例如，分别使用 run_qemu_aarch64.sh 和 run_qemu_microblazeel.sh。

Aarch64 QEMU 实参

echo 'INFO: Starting aarch64 QEMU'echo 'INFO: TCP PORT is free 9000'echo 'INFO: qemu-system-aarch64 -nographic -M arm-generic-fdt -serial null -serial null -serial mon:stdio -serial null -display none -boot mode=5 -drive if=sd,index=1,file=qemu_sd.img,format=raw -machine-path /tmp/tmp_dir -sync-quantum 1000000 -hw-dtb board-versal-ps-cosim-vitis-vck190.dtb -m 8G -display none -gdb tcp::9000 -net nic,netdev=eth0 -netdev user,id=eth0,tftp=/tftpboot -net nic'qemu-system-aarch64 -nographic -M arm-generic-fdt -serial null -serial null -serial mon:stdio -serial null -display none -boot mode=5 -drive if=sd,index=1,file=qemu_sd.img,format=raw -machine-path /tmp/tmp_dir -sync-quantum 1000000 -hw-dtb board-versal-ps-cosim-vitis-vck190.dtb -m 8G -display none -gdb tcp::9000 -net nic,netdev=eth0 -netdev user,id=eth0,tftp=/tftpboot -net nic

Microblazeel QEMU 实参

echo 'INFO: Starting microblaze QEMU'echo 'INFO: qemu-system-microblazeel -M microblaze-fdt -serial mon:stdio -display none -device loader,addr=0xf0000000,data=0xba020004,data-len=4 -device loader,addr=0xf0000004,data=0xb800fffc,data-len=4 -device loader,file=pmc_cdo.0.0.bin,addr=0xf2000000 -device loader,file=BOOT_bh.bin,addr=0xf201e000,force-raw=on -device loader,file=plm.elf -hw-dtb board-versal-pmc-virt.dtb -machine-path /tmp/tmp_dir -device loader,addr=0xF1110624,data=0x0,data-len=4 -device loader,addr=0xF1110620,data=0x1,data-len=4'qemu-system-microblazeel -M microblaze-fdt -serial mon:stdio -display none -device loader,addr=0xf0000000,data=0xba020004,data-len=4 -device loader,addr=0xf0000004,data=0xb800fffc,data-len=4 -device loader,file=pmc_cdo.0.0.bin,addr=0xf2000000 -device loader,file=BOOT_bh.bin,addr=0xf201e000,force-raw=on -device loader,file=plm.elf -hw-dtb board-versal-pmc-virt.dtb -machine-path /tmp/tmp_dir -device loader,addr=0xF1110624,data=0x0,data-len=4 -device loader,addr=0xF1110620,data=0x1,data-len=4

此时需要一些文件。可以使用 HSI 从 Vivado 导出的 XSA 中提取 PLM 文件：

这样会提取 PDI 以及一个解压后的文件夹，其中包含以上使用的 plm.elf 文件。

使用以下命令从 PDI 解压 pmc_cdo.0.0.bin 文件：

QEMU 目前不支持从 JTAG 启动。在本博客中，将从 SD 启动。因此，需要生成 SD 卡启动镜像与启动头文件。要生成 qemu_sd.img 和 BOOT_bh.bin，首先需要生成包含 PDI 的 BOOT.BIN。

为此，可以生成如下 BIF 文件：

然后，只需在此文件上运行 Bootgen 以生成 BOOT.BIN 即可：

下一步，创建 QEMU 镜像文件 (qemu_sd.img) 并将 BOOT.BIN 添加到此镜像中。最后，生成启动头文件 (BOOT_bh.bin)。

启动 QEMU + 协同仿真

生成 Linux 脚本以调用上述 QEMU Multi Proc 实参。例如：

使用 Makefile 启动 QEMU + 协同仿真。使用 tmp 目录充当 TLM 的共享目录。需使用环境变量 COSIM_MACHINE_PATH 将此目录传递给 Vivado 仿真器。

注释：xsim 路径将根据您的工程而定。

文件夹结构如下，为便于使用，已将所有文件置于单个文件夹内。

要启动 QEMU + 协同仿真，运行以下命令：

可以看到，一切都按期望方式启动。

要终止 QEMU，请运行以下命令：

后续内容

在下一篇“开发者分享”中，我们将介绍如何在 Vitis 中连接到该 QEMU + 协同仿真，并构建和部署用户应用。