FPGA项目开发之AXIStreamFIFOIP

FPGA技术江湖 2022-12-31 18:00

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FPGA项目开发之AXI Stream FIFO IP

Xilinx Vivado中提供了AXI FIFO和AXI virtual FIFO类似IP，这篇文章主要通过实例来讲解这两个IP的使用方法。

AXI Virtual FIFO Controller

FIFO 是我们设计中常用的工具，因为它们使我们能够在进行信号和图像处理时缓冲数据。我们还使用异步FIFO来处理数据总线的时钟域交叉问题。

FIFO 的挑战之一是存储大量数据需要 FPGA 内的大量资源。当然，这在较小的 FPGA 中可能是一个问题，因为 BRAM 资源是有限的。但在许多情况下，较小的 FPGA 可能会连接外部存储器，如 DDR3 或 DDR3L。开发人员可以使用此存储器通过直接存储器访问 (DMA) 在 DDR 存储器存储外部缓冲数据。

AMD-Xilinx 提供了一个称为 AXI Virtual FIFO Controller 的 IP 内核，以简化开发人员希望使用 DDR 存储器将信号或数据样本存储在外部 DDR 中作为 FIFO 的情况。

AXI Virtual FIFO Controller为开发人员提供可连接到信号处理路径的主从 AXI 流端口。与 DDR 存储器的接口由完整的 AXI 接口提供。

使用这些接口，AXI Virtual FIFO Controller能够在 DDR 中创建一个 FIFO，并且能够存储比使用内部 BRAM 更大数量的数据。

AXI Virtual FIFO Controller能够将多个通道数据存储在外部 DDR 中。需要注意的一件事是内存位置与其他内存使用（例如，MicroBlaze 应用程序）可能会发生冲突。在 IP 定制时，我们能够分配的空间需要注意。

接下来创建一个以 Xilinx FPGA(S7-50 )为目标的小项目，项目主要演示AXI Virtual FIFO Controller的工作原理。在本设计中，XADC 是要写入 DDR 的 AXI Stream 数据的来源，DDR 可以通过 AXI Stream 输出其样本。

AXI Virtual FIFO Controller 的输出（读取通道）连接到 AXI Stream FIFO ，最后处理器通过 AXI4-Lite 接口读取数据。

下面显示了设计中的输入路径，其中包含由 XADC 生成的信号和一个subset convertor，用于将 TLast 信号添加到 AXI 流。AXI ILA 使 XADC 生成的数据能够与我们稍后在 DDR 存储器中看到的数据进行对比。然后，信号通过 AXI Virtual FIFO Controller进入 DDR。

输出路径类似。它从 DDR 通过 SMC 进入 AXI Virtual FIFO Controller，然后输出到 AXI Stream FIFO，MicroBlaze 就可以访问它。

将此下载到 FPGA 后，我们可以运行一个简单的 hello world 应用程序，暂停程序，并观察 AXI Virtual FIFO Controller缓冲数据的 DDR 内存位置。

该数据可以通过观察 Vivado ILA 来对比。

输出路径需要 AXI Stream FIFO 断言 Tready 信号。为此，我们需要使用 MicroBlaze 上运行的软件配置 AXI Stream FIFO。

AXI Stream FIFO

在本节中，我们将继续检查输出路径，了解如何使用AXI Stream FIFO 从 DDR 中的 AXI Virtual FIFO Controller读取样本。

AXI Stream FIFO 允许开发人员能够从 AXI 内存映射外设访问 AXI 流，而无需实施完整的 DMA 解决方案。为了实现这一点，AXI Stream FIFO 提供了从 AXI MM 到 AXI 流的读写能力。就像此示例一样，这可用于与AXI Virtual FIFO Controller或 IP 进行交互，例如快速傅里叶变换，它具有通过 AXIS 的配置数据。

为了与我们的设计交互，AXI Stream FIFO 提供了以下接口：

RX Stream Data – 这是要由 AXI Stream FIFO 接收的数据
TX Stream Data — 这是由 AXI Stream FIFO 传输的数据
TX Stream Control Data – 此接口支持 AXI 以太网 IP 内核的传输协议
AXI Lite – 用于访问配置寄存器和数据 Tx 和 Rx 数据的内存映射接口
AXI MM – 用于数据 Tx/Rx 的可选 AXI MM 接口

AXI Stream FIFO 提供了一个简单的寄存器接口，使用户能够定义以下内容：

Transmission Length——要传输的数据的长度
Transmission Vacancy – FIFO 中当前空的位置
Receive Length – 接收到的数据包的长度
Receive Occupancy – FIFO 中占用的插槽数
Receive / Transmission Destination – 边带 AXIS 信号 TIDest
Receive / Transmission ID – Side band AXIS 信号 TId
Receive / Transmission User – Side band AXIS 信号 TUser
系统/传输和接收中断
系统/传输和接收复位

通过写入 FIFO 或从 FIFO 读取的内存地址从 AXI Stream FIFO 写入或读取数据。

在此应用程序中，我们仅使用接收路径使用 MicroBlaze 从 AXI Virtual FIFO Controller读取样本。

在软件中设置非常简单。我们需要在软件中执行以下操作：

配置 AXI Stream FIFO
读取FIFO的占用情况
从 FIFO 中读出指定的字数
在应用软件中根据需要处理样品

#include 

#include "platform.h"

#include "xil_printf.h"

#include "xstreamer.h"

#include "xllfifo.h"


#define FIFO_DEV_ID     XPAR_AXI_FIFO_0_DEVICE_ID

#define WORD_SIZE 4


XLlFifo_Config *Config;

XLlFifo FifoInstance;


int main()

{

 int Status,i;

 u32 RxWord;

 static u32 ReceiveLength;

    init_platform();


    Config = XLlFfio_LookupConfig(FIFO_DEV_ID);

    XLlFifo_CfgInitialize(&FifoInstance, Config, Config->BaseAddress);


    print("Hello World\n\r");

    print("Successfully ran Hello World application");


 /* Check for the Reset value */

 Status = XLlFifo_Status(&FifoInstance);

 XLlFifo_IntClear(&FifoInstance,0xffffffff);

 Status = XLlFifo_Status(&FifoInstance);

 if(Status != 0x0) {

  xil_printf("\n ERROR : Reset value of ISR0 : 0x%x\t"

       "Expected : 0x0\n\r",

       XLlFifo_Status(&FifoInstance));

  return XST_FAILURE;

 }


while(1){

 while(XLlFifo_iRxOccupancy(&FifoInstance)) {

  /* Read Receive Length */

  ReceiveLength = (XLlFifo_iRxGetLen(&FifoInstance))/WORD_SIZE;

  for (i=0; i < ReceiveLength; i++) {

   RxWord = XLlFifo_RxGetWord(&FifoInstance);

   printf("%x \n\r",RxWord);

  }

 }

}

    cleanup_platform();

    return 0;

}