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FPGA IO System

基于香山的 FPGA 开源IO系统构建指引

基本步骤 Steps

编译香山南湖RTL（如果已在最小系统里生成，可跳过）

(1) 主分支（昆明湖架构）在持续开发中，南湖架构的流片版本设计在 nanhu 分支，其适配 FPGA 环境的分支在 nanhu-clockdiv2

注意：

因为 FPGA 代码和仿真代码不是同一套，如果使用同一个 XiangShan 仓库，需要 rm -rf build 删除已有输出文件

双核南湖代码根据FPGA资源容量做了相应的裁剪，目前双核以09d2a32142c64fca898e17c0b943e61ddc331958提交进行FPGA验证。

(2) 从GitHub上拉取仓库

git clone https://github.com/OpenXiangShan/XiangShan
cd XiangShan
export NOOP_HOME=$(pwd)
git checkout 09d2a32142c64fca898e17c0b943e61ddc331958
make init
make clean
make verilog NUM_CORES=2 # Dual-Core XiangShan Nanhu

(3) 对生成好后的代码进行些修改，让 Vivado 在例化时调用 ultra ram 的资源。例如：将array_开头的文件中，声明位宽64bit的深度大于1024的ram，强制vivado使用ultra ram来例化，减少bram的使用

修改 array_16_ext.v:

array_16_ext.png

拷贝 Vivado 相关脚本，生成 Vivado 项目

# prepare the scripts
git clone https://github.com/OpenXiangShan/env-scripts.git
cd xs_nanhu_fpga
make update_core_flist CORE_DIR=$NOOP_HOME/build
make nanhu CORE_DIR=$NOOP_HOME/build

修改宏定义，使能PCIe

fpga_sysdefine

生成bit

打开vivado，执行Generate Bitstream

或者：

# generate the FPGA bitstream
make bitstream CORE_DIR=$NOOP_HOME/build

注意：生成时间较长，根据机器性能不同，需要花费 12~18h 的时间完成 bit 的生成

FPGA环境准备（以S2C平台为例）

S2C FPGA验证平台，按照下图进行连接设备

IO_system

至少需要包含：

  1. DDR4内存条
  2. P-PGM-x8PCIERCx2B PCIe转接子卡
  3. R7-240 AMD GPU（见下图）
  4. PCIEx1转4口USB3.0扩展卡
  5. USB转RS232串口电缆
  6. 32G U盘（插在4上）
  7. USB键盘鼠标（插在4上）
  8. 最高支持1080P的显示器（更高分辨率会导致系统异常）

AMD GPU

USB转RJ45可以插在4上，提供网络通信功能（内核有对应型号的驱动，非必须）

软件准备

系统U盘

阿里云盘链接：https://www.aliyundrive.com/s/7io98dZ4pBN

提取码: j19g

U盘文件系统

下载文件为boot.exe的7zip自解压包，解压后使用ubuntu的PC，使用dd命令将img文件写入到U盘

例如：

其中of和if指向的文件名分别是img路径和U盘的设备名

dd if=boot.img of=/dev/sda

启动的txt文件

参考该说明生成对应的txt文件，https://xiangshan-doc.readthedocs.io/zh-cn/latest/integration/docker/

其中，pk分支切换到2RC上，其余可以保持不变

git clone git@github.com:openxiangshan/riscv-pk.git -b 2RC

我们也提供编译好的版本：data.txt （下载zip文件，然后解压成txt）

下载测试

脚本：onboard-ai1-119.tcl

-tclargs 之后的第一个路径 <vivado_build_folder> 为存放 Vivado 所生成的 bit 及 ltx 文件的位置

vivado -mode batch -source ./onboard-ai1-119.tcl -tclargs <vivado_build_folder> ./data.txt

连接串口，115200, N, 8, 1

输入用户名、密码（如需要）

用户名：root

密码：123456

系统完成加载后，通过显示器能够看到如下的界面

login

通过terminal输入命令，能够看到CPU信息，南湖双核系统

GUI_cpuinfo