재밋게 가르치기

2025년 10월 28일 화요일

RTL/pong_pt1: FPGA 에뮬레이션 실습

RTL/pong_pt1: FPGA 에뮬레이션 실습

1. 실습 개요

2. 준비물
2-1. 소프트웨어
2-1-1. Arduino CLI
2-1-2. Quartus Standard

2-2. 하드웨어
2-2-1. Arduino DUE + 어댑터 보드
2-2-2. Raspberry PI PICO + 어댑터 보드
2-2-3. CycloneIV EP4CE6 + PSCE-TRANS(Type II) 어댑터 보드
2-2-4. CycloneIV EP4CE6 + PSCE-TRANS(Type I) 어댑터 보드

2-3. 선행 학습
2-3-1. 기술노트13: Arduino, VitisHLS, Quartus
2-3-2. 기술노트 15: 내 책상위의 반도체 설계실 꾸미기
2-3-3. 디자인 킷 예제 pong_pt1 자가 실습
2-3-4. SCE-MI 이해

3. RTL 시뮬레이션
   3-1. 환경 설정
   3-2. RTL 베릴로그
   3-3. RTL-SystemC TB 병합 시뮬레이션(Co-Simulation)

4. SystemC TB-FPGA 병합 에뮬레이션(Co-Emulation)
   4-1. FPGA 에뮬레이션 트랜잭터
       4-1-1. 트랜잭터 빌드
       4-1-2. FPGA 트랜잭터 컨피규레이션
   4-2. CA 모드 에뮬레이션 모델링 인터페이스(MI)
       4-2-1. CA 모드 MI 빌드
       4-2-2. CA 모드 MI 업-로드
   4-3. 싸이클 상세(CA) 에뮬레이션
       4-3-1. CA 에뮬레이터 빌드
       4-3-2. CA 에뮬레이션
   4-4. SA 모드 에뮬레이션 모델링 인터페이스(MI)
       4-4-1. SA 모드 MI 빌드
       4-4-2. SA 모드 MI 업-로드
4-5. 시스템 상세(CA) 에뮬레이션
     4-5-1. SA 에뮬레이터 빌드
       4-5-2. SA 에뮬레이션

5. 에뮬레이션 모드: CA vs SA
5-1. CA 모드 에뮬레이션 파형
5-2. SA 모드 에뮬레이션 파형
5-3. CA vs SA, Fast Prototyping

6. SCE-MI 참고 동영상

CC-BY-NC
by GoodKook, goodkook@gmail.com

----------------------------------------------------------------------------

1. 실습 개요

- RTL 베릴로그-SystemC/C++ TB 병합 시뮬레이션(Co-Simulation)

- FPGA 트랜잭션-SystemC/C++ TB 병합 에뮬레이션(Co-Emulation)

2. 준비물

2-1. 소프트웨어

2-1-1. Arduino CLI
2-1-2. Quartus Standard

2-2. 하드웨어

2-2-1. Arduino DUE + 어댑터 보드

2-2-2. Raspberry PI PICO + 어댑터 보드

2-2-3. CycloneIV EP4CE6 + PSCE-TRANS(Type II) 어댑터 보드

2-2-4. CycloneIV EP4CE6 + PSCE-TRANS(Type I) 어댑터 보드

2-3. 선행 학습

2-3-1. 기술노트13: Arduino, VitisHLS, Quartus [링크][pdf]
* HLS/FIR8: un-timed vs. timed 모델링 인터페이스 실습 [링크]

2-3-2. 기술노트 15: 내 책상위의 반도체 설계실 꾸미기 [링크][pdf]

2-3-3. 디자인 킷 예제 pong_pt1 을 자가 실습 [링크]

2-3-4. SCE-MI 의 이해 [pdf]

3. RTL 시뮬레이션

3-1. 환경 설정

$ cd ~/ETRI050_DesignKit/Projects/RTL/pong_pt1

$ source env_settings
   #****************************************************************
   #* Environment setting for RTL, Co-Simulmatio/Emulation & ETRI050
  #****************************************************************
   Setting Environment variables as follows;
PROJECT_DIR=/home/mychip/ETRI050_DesignKit/Projects/RTL/pong_pt1
TOP_MODULE=pong_pt1
HW_STYLE=NONE
MODE=CA
MI=DUE_NORMAL

3-2. RTL 베릴로그

$ ll pong_pt1

total 24
drwxr-xr-x 2 mychip mychip 4096 Oct 27 13:37 ./
drwxr-xr-x 6 mychip mychip 4096 Oct 27 13:37 ../
-rw-r--r-- 1 mychip mychip 7525 Oct 27 13:37 pixel_gen.v
-rw-r--r-- 1 mychip mychip 3551 Oct 27 13:37 pong_pt1.v
-rw-r--r-- 1 mychip mychip 819 Oct 27 13:37 pong_pt1.ys

3-3. RTL-SystemC TB 병합 시뮬레이션(Co-Simulation)

$ cd simulation

$ ll

total 28
drwxr-xr-x 2 mychip mychip 4096 Oct 27 14:33 ./
drwxr-xr-x 6 mychip mychip 4096 Oct 27 13:37 ../
-rw-r--r-- 1 mychip mychip 3187 Oct 27 13:37 Makefile
-rw-r--r-- 1 mychip mychip 442 Oct 27 13:37 sc_main.cpp
-rw-r--r-- 1 mychip mychip 5465 Oct 27 13:37 sc_pong_pt1_TB.cpp
-rw-r--r-- 1 mychip mychip 3776 Oct 27 13:37 sc_pong_pt1_TB.h

$ make

Makefile for Co-Simulation, pong_pt1 in MODE=CA

TOP_MODULE=pong_pt1 make lint
TOP_MODULE=pong_pt1 VCD_TRACE=[YES]|NO make build
make run
make wave
make clean

$ make build

   verilator --sc -Wno-WIDTHTRUNC -Wno-WIDTHEXPAND --trace \
       --timing --pins-sc-uint \
--top-module pong_pt1 --exe --build \
       -CFLAGS -g \
     -CFLAGS -I/opt/systemc/include \
       -CFLAGS -DVCD_TRACE_TEST_TB \
       -CFLAGS -DVCD_TRACE_DUT_VERILOG \
       -CFLAGS -DCA -LDFLAGS \
       -LDFLAGS -lSDL2 \
       ../pong_pt1/*.v \
       ./sc_main.cpp ./sc_pong_pt1_TB.cpp

make[1]: Entering directory '.../pong_pt1/simulation/obj_dir'

..........

make[1]: Leaving directory '.../pong_pt1/simulation/obj_dir'

   - V e r i l a t i o n R e p o r t: Verilator 5.039
   - Verilator: Built from 0.050 MB sources in 3 modules
   - Verilator: Walltime 4.906 s (elab=0.017, cvt=0.053, bld=4.714);

$ make run

./obj_dir/Vpong_pt1
SystemC 3.0.2-Accellera --- Aug 9 2025 08:00:31
Copyright (c) 1996-2025 by all Contributors,
ALL RIGHTS RESERVED

Warning: (W509) module construction not properly completed:
... module 'u_sc_pong_pt1_TB'

In file: .../Tools/systemc/src/sysc/kernel/sc_module.cpp:376

nVSync[436] nHSync[15]

4. SystemC TB-FPGA 병합 에뮬레이션(Co-Emulation)

$ cd ../emulation

$ pwd

~/ETRI050_DesignKit/Projects/RTL/pong_pt1/emulation

$ ll

   total 44
   drwxr-xr-x 5 mychip mychip 4096 Oct 27 14:57 ./
   drwxr-xr-x 6 mychip mychip 4096 Oct 27 13:37 ../
   -rw-r--r-- 1 mychip mychip 5726 Oct 27 13:37 Epong_pt1.h
   -rw-r--r-- 1 mychip mychip 1897 Oct 27 13:37 Makefile
   drwxr-xr-x 6 mychip mychip 4096 Oct 27 13:37 PSCE-MI/
   drwxr-xr-x 3 mychip mychip 4096 Oct 27 13:37 PSCE-TRANS/
   -rw-r--r-- 1 mychip mychip 5067 Oct 27 13:37 pong_pt1_tester.v
   -rw-r--r-- 1 mychip mychip 2297 Oct 27 13:37 pong_pt1_wrapper.v

4-1. FPGA 에뮬레이션 트랜잭터

$ cd PSCE-TRANS/Altera_Cmd/

$ ll

   total 416
   drwxr-xr-x 5 mychip mychip 4096 Oct 27 14:43 ./
   drwxr-xr-x 3 mychip mychip 4096 Oct 27 13:37 ../
   -rw-r--r-- 1 mychip mychip 1360 Oct 27 13:37 Makefile
   -rw-r--r-- 1 mychip mychip 10115 Oct 27 13:37 pong_pt1_tester.tcl
   -rw-r--r-- 1 mychip mychip 6994 Oct 27 14:41 pong_pt1_wrapper.tcl

$ make

Quartus Command Line for pong_pt1_wrapper

MODE=CA make build
* Set MODE=TESTER for Chip-Test wrapper
make gen_rbf
make config

-----------------------------------------------------------------------

* Type-I & II FPGA 보드의 핀배치 변경(pong_pt1_wrapper.tcl)

- Type-I 회로도 [pdf]

set_location_assignment PIN_24 -to clk_dut
set_location_assignment PIN_23 -to clk_emu
set_location_assignment PIN_114 -to Addr_emu[1]

- Type-II 회로도 [pdf]

set_location_assignment PIN_143 -to clk_dut
set_location_assignment PIN_144 -to clk_emu
set_location_assignment PIN_110 -to Addr_emu[1]

------------------------------------------------------------------------

4-1-1. 트랜잭터 빌드

$ make build

quartus_sh -t pong_pt1_wrapper.tcl

   Info: *********************************************************
   Info: Running Quartus Prime Shell
   ............
   Info (293000): Quartus Prime Full Compilation was successful.
                         0 errors, 35 warnings
   Info (23030): Evaluation of Tcl script pong_pt1_wrapper.tcl was successful
   Info: Quartus Prime Shell was successful. 0 errors, 35 warnings
   Info: Peak virtual memory: 456 megabytes

4-1-2. FPGA 트랜잭터 컨피규레이션

--------------------------------------------------------------

openFPGALoader 설치

* sudo apt update & upgrade 할 것
* Tools 디렉토리에 openFPGALoader 디렉토리에서 설치 스크립트 실행

--------------------------------------------------------------

$ lsusb

   Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
   Bus 001 Device 004: ID 2341:003d Arduino SA Due Programming Port
   Bus 001 Device 005: ID 0403:6014 FT232H Single HS USB-UART/FIFO IC
   Bus 002 Device 001: ID 1d6b:0003 Linux Foundation 3.0 root hub

$ make gen_rbf

quartus_cpf -c ./output_files/pong_pt1_wrapper.sof output_file.rbf

$ make config

sudo openFPGALoader -c digilent_hs2 output_file.rbf

[sudo] password for mychip:

   empty
   Jtag frequency : requested 6.00MHz -> real 6.00MHz
   Load SRAM: [==================================================]
   Done

4-2. CA 모드 에뮬레이션 모델링 인터페이스(MI)

$ cd ../../PSCE-MI

$ ll

   total 28
   drwxr-xr-x 6 mychip mychip 4096 Oct 27 13:37 ./
   drwxr-xr-x 5 mychip mychip 4096 Oct 27 14:57 ../
   drwxr-xr-x 3 mychip mychip 4096 Oct 27 14:48 Epong_pt1_CA/
   drwxr-xr-x 2 mychip mychip 4096 Oct 27 13:37 Epong_pt1_Disp/
   drwxr-xr-x 2 mychip mychip 4096 Oct 27 13:37 Epong_pt1_SA/
   -rw-r--r-- 1 mychip mychip 2622 Oct 27 13:37 Makefile

$ make

Arduino-CLI for Building Modeling-Interface of Epong_pt1_CA

TOP_MODULE=pong_pt1 MODE=CA MI=DUE_NORMAL make build
TOP_MODULE=pong_pt1 MODE=CA MI=DUE_NORMAL make upload
TOP_MODULE=pong_pt1 MODE=CA MI=DUE_NORMAL make clean

* MODE must be one of followings;
CA : Cycle Accurate
SA : System Accurate/Clock controlled by MI

* MI must be one of followings;
DUE_NORMAL : Arduino DUE
PI_PICO : Raspberry Pi Pico

* Firmware of Display Controller/SH1106
MODE=Disp MI=PI_PICO make build
MODE=Disp MI=PI_PICO make upload

4-2-1. CA 모드 MI 빌드

$ make build

   arduino-cli compile --clean --fqbn \
               arduino:sam:arduino_due_x_dbg Epong_pt1_CA \
          --build-path ./Epong_pt1_CA/build \
          --build-property compiler.cpp.extra_flags=\
                   "-DDUE_NORMAL -DUART_BPS=115200 -DCYCLONE_IV"

Sketch uses 12072 bytes (2%) of program storage space.
Maximum is 524288 bytes.

또는,

$ MI=PI_PICO make build

   arduino-cli compile --clean --fqbn \
       rp2040:rp2040:rpipico Epong_pt1_CA \
--build-path ./Epong_pt1_CA/build \
--build-property compiler.cpp.extra_flags=\
       "-DPI_PICO -DUART_BPS=115200 -DCYCLONE_IV"

Sketch uses 60116 bytes (2%) of program storage space.
Maximum is 2093056 bytes.

   Global variables use 9716 bytes (3%) of dynamic memory,
     leaving 252428 bytes for local variables.
     Maximum is 262144 bytes.

4-2-2. CA 모드 MI 업-로드

* Windows의 USB 장치 WSL2와 공유: usbipd list, bind, attach

$ make upload

   arduino-cli upload -p /dev/ttyACM0 --fqbn \
               arduino:sam:arduino_due_x_dbg Epong_pt1_CA \
          --input-file ./Epong_pt1_CA/build/Epong_pt1_CA.ino.bin

   Atmel SMART device 0x285e0a60 found
   Erase flash
   done in 0.040 seconds

   Write 13252 bytes to flash (52 pages)
   [==============================] 100% (52/52 pages)
   done in 2.767 seconds
   Set boot flash true
   CPU reset.
   New upload port: /dev/ttyACM0 (serial)

4-3. 싸이클 상세(CA) 에뮬레이션

$ cd ..

$ pwd

~/ETRI050_DesignKit/Projects/RTL/pong_pt1/emulation

$ ll

total 44
drwxr-xr-x 5 mychip mychip 4096 Oct 27 14:57 ./
drwxr-xr-x 6 mychip mychip 4096 Oct 27 13:37 ../
-rw-r--r-- 1 mychip mychip 5726 Oct 27 13:37 Epong_pt1.h
-rw-r--r-- 1 mychip mychip 1897 Oct 27 13:37 Makefile
drwxr-xr-x 6 mychip mychip 4096 Oct 27 13:37 PSCE-MI/
drwxr-xr-x 3 mychip mychip 4096 Oct 27 13:37 PSCE-TRANS/
-rw-r--r-- 1 mychip mychip 5067 Oct 27 13:37 pong_pt1_tester.v
-rw-r--r-- 1 mychip mychip 2297 Oct 27 13:37 pong_pt1_wrapper.v

4-3-1. CA 에뮬레이터 빌드

$ make

Makefile for CA-Mode emulation of "pong_pt1"

TOP_MODULE=pong_pt1 MODE=CA make build
TOP_MODULE=pong_pt1 make run
TOP_MODULE=pong_pt1 make clean

$ make build

clang++ -I/opt/systemc/include -L/opt/systemc/lib \
-I../emulation \
-I../simulation \
-DCA \
-DEMULATED_CO_SIM \
-DVCD_TRACE_TEST_TB \
-lsystemc -lSDL2 \
-osc_pong_pt1_TB \
../simulation/sc_pong_pt1_TB.cpp ../simulation/sc_main.cpp

4-3-2. CA 에뮬레이션

$ ls -l /dev/ttyACM0

crw-rw---- 1 root dialout 166, 0 Oct 28 15:21 /dev/ttyACM0

$ sudo chmod 666 /dev/ttyACM0

[sudo] password for mychip:

$ ls -l /dev/ttyACM0

crw-rw-rw- 1 root dialout 166, 0 Oct 28 15:21 /dev/ttyACM0

$ make run

4-4. SA 모드 에뮬레이션 모델링 인터페이스(MI)

$ cd PSCE-MI

$ ll

$ make

Arduino-CLI for Building Modeling-Interface of Epong_pt1_CA

TOP_MODULE=pong_pt1 MODE=CA MI=DUE_NORMAL make build
TOP_MODULE=pong_pt1 MODE=CA MI=DUE_NORMAL make upload
TOP_MODULE=pong_pt1 MODE=CA MI=DUE_NORMAL make clean

* MODE must be one of followings;
CA : Cycle Accurate
SA : System Accurate/Clock controlled by MI

* MI must be one of followings;
DUE_NORMAL : Arduino DUE
PI_PICO : Raspberry Pi Pico

* Firmware of Display Controller/SH1106
MODE=Disp MI=PI_PICO make build
MODE=Disp MI=PI_PICO make upload

4-4-1. SA 모델링 인터페이스 빌드

$ MODE=SA make build

   arduino-cli compile --clean --fqbn \
               arduino:sam:arduino_due_x_dbg Epong_pt1_SA \
          --build-path ./Epong_pt1_SA/build \
          --build-property compiler.cpp.extra_flags=\
                   "-DDUE_NORMAL -DUART_BPS=115200 -DCYCLONE_IV"

Sketch uses 12072 bytes (2%) of program storage space.
Maximum is 524288 bytes.

또는,

$ MODE=SA MI=PI_PICO make build

   arduino-cli compile --clean --fqbn \
       rp2040:rp2040:rpipico Epong_pt1_SA \
--build-path ./Epong_pt1_SA/build \
--build-property compiler.cpp.extra_flags=\
       "-DPI_PICO -DUART_BPS=115200 -DCYCLONE_IV"

4-4-2. SA 모델링 인터페이스 업로드

* Windows의 USB 장치 WSL2와 공유: usbipd list, bind, attach

$ MODE=SA make upload

   arduino-cli upload -p /dev/ttyACM0 --fqbn \
               arduino:sam:arduino_due_x_dbg Epong_pt1_SA \
          --input-file ./Epong_pt1_SA/build/Epong_pt1_SA.ino.bin

4-5. SA 모드 에뮬레이션

4-5-1. SA 모드 에뮬레이터 빌드

$ MODE=SA make build

clang++ -I/opt/systemc/include -L/opt/systemc/lib \
-I../emulation \
-I../simulation \
-DSA \
-DEMULATED_CO_SIM \
-DVCD_TRACE_TEST_TB \
-lsystemc -lSDL2 \
-osc_pong_pt1_TB \
../simulation/sc_pong_pt1_TB.cpp ../simulation/sc_main.cpp

4-5-2. SA 모드 에뮬레이션

$ make run.

5. 에뮬레이션 모드: CA vs SA

5-1. CA 모드 에뮬레이션 파형

5-2. SA 모드 에뮬레이션 파형

5-3. CA vs SA, Fast Prototyping

6. SCE-MI 참고 동영상

2025년 10월 27일 월요일

HLS/FIR8: un-timed vs. timed 모델링 인터페이스 실습

HLS/FIR8: un-timed vs. timed 모델링 인터페이스 실습

1. 실습 개요

2. 준비물
2-1. 소프트웨어
2-2. 하드웨어
2-3. 선행 학습
2-3-1. 기술노트13: Arduino, VitisHLS, Quartus [링크][pdf]
2-3-2. 기술노트 15: 내 책상위의 반도체 설계실 꾸미기 [링크][pdf]

3. FIR 디지털 필터 알고리즘의 언-타임드 C++ 모델
  3-1. 환경변수 설정
  3-2. 언-타임드 C++ 모델 빌드
  3-3. 언-타임드 모델 실행
     3-3-1. 알고리즘 시뮬레이션 출력 저장
     3-3-2. 시뮬레이션 데이터 시각화(파이썬)

4. 모델링 인터페이스
  4-1. 언타임드 C++ 알고리즘의 타임드 입출력 모델링
     4-1-1. 인터페이스 모델 테스트벤치
     4-1-2. 에뮬레이터 프록시
  4-2. Arduino DUE 에서 언-타임드 C++ 모델 실행
     4-2-1. 언-타임드 C++ 모델이 포함된 모델링 인터페이스 빌드
     4-2-2. 아듀이노 CLI 환경: 코어(보드) 개발 툴(GCC) 설치
     4-2-3. 아듀이노 CLI 환경: 라이브러리 설치
     4-2-4. 언-타임드 C++ 모델이 포함된 모델링 인터페이스 펌웨어 업로드
     4-2-5. 언-타임드 C++ 모델의 재사용
     4-2-6. 에뮬레이터 실행
     4-2-7. 모델링 인터페이스의 출력 타이밍 변경
  4-3. Raspberry PI PICO 에서 언-타임드 C++ 모델 실행
       4-3-1. 아듀이노 CLI 환경: RP2040 코어(보드) 개발 툴(GCC) 설치
     4-3-2. 언-타임드 C++ 모델이 포함된 모델링 인터페이스 빌드
     4-3-3. 언-타임드 C++ 모델이 포함된 모델링 인터페이스 업로드
     4-3-4. 언-타임드 C++ 모델의 인터페이스 타이밍 에뮬레이션

CC-BY-NC
by GoodKook, goodkook@gmail.com

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1. 실습 개요

설계 과정 에서 해당 부분 그림

2. 준비물

2-1. 소프트웨어

Arduino CLI

2-2. 하드웨어

2-2-1. Raspberry PI Pico + 어댑터 보드
2-2-2. Arduino DUE + 어댑터 보드

2-3. 선행 학습

2-3-1. 기술노트13: Arduino, VitisHLS, Quartus [링크][pdf]
2-3-2. 기술노트 15: 내 책상위의 반도체 설계실 꾸미기 [링크][pdf]

3. FIR 디지털 필터 알고리즘의 언-타임드 C++ 모델

3-1. 환경변수 설정

$ cd ~/ETRI050_DesignKit/Projects/HLS/FIR8

$ source env_settings

   #****************************************************************
   #* Environment setting for HLS, Co-Simulmatio/Emulation & ETRI050
   #****************************************************************
   Setting Environment variables as follows;
   PROJECT_DIR=~/ETRI050_DesignKit/Projects/HLS/FIR8
      TOP_MODULE=FIR8
   HW_STYLE=FIR_MAC_VERSION
      MODE=CA
   MI=DUE_NORMAL

3-2. 언-타임드 C++ 모델 빌드

$ cd c_untimed

$ ll

   total 44
   drwxr-xr-x 2 mychip mychip 4096 Oct 27 13:42 ./
   drwxr-xr-x 8 mychip mychip 4096 Oct 27 13:37 ../
   -rw-r--r-- 1 mychip mychip 2848 Oct 27 13:37 FIR8.cpp
   -rw-r--r-- 1 mychip mychip 1276 Oct 27 13:37 FIR8.h
   -rw-r--r-- 1 mychip mychip 2061 Oct 27 13:37 FIR8_TB.cpp
   -rw-r--r-- 1 mychip mychip 1803 Oct 27 13:37 Makefile
   -rw-r--r-- 1 mychip mychip 477 Oct 27 13:37 calcDFT.cpp
   -rw-r--r-- 1 mychip mychip 7330 Oct 27 13:37 cnoise.cpp
   -rw-r--r-- 1 mychip mychip 2768 Oct 27 13:37 cnoise.h
   -rw-r--r-- 1 mychip mychip 1713 Oct 27 13:37 plotDFT.py

$ make
   Makefile for un-timed C simulation of FIR8
      TOP_MODULE=FIR8 HW_STYLE=FIR_MAC_VERSION make build
   TOP_MODULE=FIR8 make run
      TOP_MODULE=FIR8 make clean

$ make build

   clang++ -I/opt/systemc/include -L/opt/systemc/lib \
       -o FIR8_TB \
       -DFIR_MAC_VERSION_SC \
       ./calcDFT.cpp ./cnoise.cpp \
       ./FIR8.cpp ./FIR8.h ./FIR8_TB.cpp \
       -lsystemc -lgsl

3-3. 언-타임드 모델 실행

3-3-1. 알고리즘 시뮬레이션 출력 저장

$ make run | tee result.txt

./FIR8_TB

SystemC 3.0.2-Accellera --- Aug 19 2025 16:50:37
Copyright (c) 1996-2025 by all Contributors,
ALL RIGHTS RESERVED

   0 124 26.243 496 36.263
   1 90 13.222 1848 23.956
   2 124 11.542 4676 22.473
     ......
   4795 185 14.501 15444 24.305
   4796 59 13.516 15475 23.078
   4797 121 13.911 16278 23.623
   4798 109 11.542 16676 22.473
   4799 73 13.222 16634 23.956

3-3-2. 시뮬레이션 데이터 시각화(파이썬)

$ python3 plotDFT.py

   plotDFT.py <TXT> <option>
    Plot graph from text file. <option> is one of followings,
      input, inputDFT, output, outputDFT

$ python3 plotDFT.py result.txt outputDFT

Traceback (most recent call last):

      File ".../FIR8/c_untimed/plotDFT.py", line 32, in <module>
      y1.append(int(lines[1]))
~~~~~^^^
   IndexError: list index out of range

-----------------------------------

* result.txt 파일에서 첫줄 삭제

-----------------------------------

$ python3 plotDFT.py result.txt input

$ python3 plotDFT.py result.txt inputDFT

$ python3 plotDFT.py result.txt output

$ python3 plotDFT.py result.txt outputDFT

4. 모델링 인터페이스

4-1. 언타임드 C++ 알고리즘의 타임드 입출력 모델링

4-1-1. 인터페이스 모델 테스트벤치

sc_FIR8_TB.h [링크]
sc_FIR8_TB.cpp [링크]

4-1-2. 에뮬레이터 프록시

EFIR8.h [링크]

...

4-2. Arduino DUE 에서 언-타임드 C++ 모델 실행

$ cd ~/ETRI050_DesignKit/Projects/HLS/FIR8/emulation/PSCE-MI

$ ll

   total 28
   drwxr-xr-x 6 mychip mychip 4096 Oct 27 13:37 ./
   drwxr-xr-x 4 mychip mychip 4096 Oct 27 14:30 ../
   drwxr-xr-x 3 mychip mychip 4096 Oct 27 13:53 EFIR8_AL/
   drwxr-xr-x 2 mychip mychip 4096 Oct 27 13:37 EFIR8_CA/
   drwxr-xr-x 2 mychip mychip 4096 Oct 27 13:37 EFIR8_SA/
   -rw-r--r-- 1 mychip mychip 3630 Oct 27 13:37 Makefile
   drwxr-xr-x 2 mychip mychip 4096 Oct 27 13:37 PSCE_API/

4-2-1. 언-타임드 C++ 모델이 포함된 모델링 인터페이스 빌드

$ MODE=AL MI=DUE_NORMAL make build

Linking Un-Timed model...
arduino-cli compile --clean --fqbn arduino:sam:arduino_due_x_dbg \
   EFIR8_AL \
--build-path ./EFIR8_AL/build \
--build-property compiler.cpp.extra_flags=\
   "-DOLED_DISPLAY -DDUE_NORMAL -DUART_BPS=115200 -DCYCLONE_IV"\
   " -DFIR_MAC_VERSION"

Error during build: Platform 'arduino:sam' not found:
platform not installed

Try running `arduino-cli core install arduino:sam`

make: *** [Makefile:66: build] Error 1

4-2-2. 아듀이노 CLI 환경: 코어(보드) 개발 툴(GCC 컴파일러) 설치

설치된 코어(보드) 목록 보기,

$ arduino-cli board listall

   Board Name FQBN
   Adafruit Circuit Playground arduino:avr:circuitplay32u4cat
   Arduino BT arduino:avr:bt
   Arduino Duemilanove or Diecimila arduino:avr:diecimila

.....

Atmel ARM 코어 개발 툴 설치,

$ arduino-cli core update-index

Downloading index: package_index.tar.bz2 downloaded

$ arduino-cli core install arduino:sam

   Downloading packages...
   arduino:arm-none-eabi-gcc@4.8.3-2014q1 downloaded
   arduino:bossac@1.6.1-arduino downloaded
   arduino:sam@1.6.12 downloaded
   Installing arduino:arm-none-eabi-gcc@4.8.3-2014q1...

   Configuring tool....
   arduino:arm-none-eabi-gcc@4.8.3-2014q1 installed
   Installing arduino:bossac@1.6.1-arduino...

Configuring platform....
Platform arduino:sam@1.6.12 installed

$ MODE=AL MI=DUE_NORMAL make build

   arduino-cli compile --clean --fqbn arduino:sam:arduino_due_x_dbg \
  EFIR8_AL \
   --build-path ./EFIR8_AL/build \
   --build-property compiler.cpp.extra_flags=\
   "-DOLED_DISPLAY -DDUE_NORMAL -DUART_BPS=115200 -DCYCLONE_IV"\
   " -DFIR_MAC_VERSION"

   In file included from
   .../HLS/FIR8/emulation/PSCE-MI/EFIR8_AL/PSCE_Config.h:33:0,
from
   .../HLS/FIR8/emulation/PSCE-MI/EFIR8_AL/EFIR8_AL.ino:6:
   .../HLS/FIR8/emulation/PSCE-MI/EFIR8_AL/PSCE_APIs.h:21:54:
fatal error: U8g2lib.h: No such file or directory

#include <U8g2lib.h> // OLED Display Libraries
^

compilation terminated.

   Used library Version Path
   Wire 1.0
   ~/.arduino15/packages/arduino/hardware/sam/1.6.12/libraries/Wire

Used platform Version Path
arduino:sam 1.6.12
~/.arduino15/packages/arduino/hardware/sam/1.6.12

Error during build: exit status 1

make: *** [Makefile:66: build] Error 1

4-2-3. 아듀이노 CLI 환경: 라이브러리 설치

u8g2 라이브러리 설치

$ arduino-cli lib install u8g2

Downloading U8g2@2.35.30...
U8g2@2.35.30 downloaded

Installing U8g2@2.35.30...
Installed U8g2@2.35.30

4-2-4. 언-타임드 C++ 모델이 포함된 모델링 인터페이스 펌웨어 업로드

모델링 인터페이스 빌드

$ MODE=AL MI=DUE_NORMAL make build

arduino-cli compile --clean --fqbn arduino:sam:arduino_due_x_dbg \
   EFIR8_AL \
--build-path ./EFIR8_AL/build \
--build-property compiler.cpp.extra_flags=\
   "-DOLED_DISPLAY -DDUE_NORMAL -DUART_BPS=115200 -DCYCLONE_IV"\
   " -DFIR_MAC_VERSION"

Sketch uses 35048 bytes (6%) of program storage space.
Maximum is 524288 bytes.

USB 장치 확인

$ lsusb

   Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0001 Linux Foundation 1.1 root hub
   Bus 001 Device 002: ID 80ee:0021 VirtualBox USB Tablet
   Bus 001 Device 003: ID 2341:003d Arduino SA Due Programming Port
   Bus 002 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub

모델링 인터페이스 펌웨어 업로드

$ MODE=AL MI=DUE_NORMAL make upload

   arduino-cli upload -p /dev/ttyACM0 --fqbn \
       arduino:sam:arduino_due_x_dbg EFIR8_AL \
       --input-file ./EFIR8_AL/build/EFIR8_AL.ino.bin

Cannot perform port reset: 1200-bps touch: opening port at
1200bps: Permission denied

No device found on ttyACM0

Failed uploading: uploading error: exit status 1

make: *** [Makefile:91: upload] Error 1

$ ls -l /dev/ttyACM0

crw-rw---- 1 root dialout 166, 0 Oct 27 17:22 /dev/ttyACM0

$ sudo chmod 666 /dev/ttyACM0

[sudo] password for mychip:

$ ls -l /dev/ttyACM0

crw-rw-rw- 1 root dialout 166, 0 Oct 27 17:22 /dev/ttyACM0

$ MODE=AL MI=DUE_NORMAL make upload

   arduino-cli upload -p /dev/ttyACM0 --fqbn \
       arduino:sam:arduino_due_x_dbg EFIR8_AL \
       --input-file ./EFIR8_AL/build/EFIR8_AL.ino.bin

   Atmel SMART device 0x285e0a60 found
  Erase flash
  Write 37140 bytes to flash (146 pages)
   [==============================] 100% (146/146 pages)
   done in 8.820 seconds
   Set boot flash true
   CPU reset.
   New upload port: /dev/ttyACM0 (serial)

4-2-5. 언-타임드 C++ 모델의 재사용

$ ls -l EFIR8_AL

   total 8
   -rw-rw-r-- 1 mychip ... EFIR8_AL.ino
   lrwxrwxrwx 1 mychip ... FIR8.cpp -> ../../../c_untimed/FIR8.cpp
   lrwxrwxrwx 1 mychip ... FIR8.h -> ../../../c_untimed/FIR8.h

......

4-2-6. 에뮬레이터 실행

$ make run

./sc_FIR8_TB

Info: (I703) tracing timescale unit set: 100 ps (EFIR8.vcd)
Request emulator connection......

make: *** [Makefile:73: run] Interrupt

모델링 인터페이스 보드 리셋 후,

$ make run

./sc_FIR8_TB

   Info: (I703) tracing timescale unit set: 100 ps (EFIR8.vcd)
   Request emulator connection......
   Connection established...

   Info: (I703) tracing timescale unit set: 100 ps (sc_FIR8_TB.vcd)
   [ 0] y= 0 Y= 0 OK
   [ 1] y= 0 Y= 628 ERROR
   [ 2] y= 628 Y= 2056 ERROR
   [ 3] y= 2056 Y= 4941 ERROR
   [ 4] y= 4941 Y= 8345 ERROR
   [ 5] y= 8345 Y=11513 ERROR
   [ 6] y=11513 Y=13553 ERROR
   [ 7] y=13553 Y=14122 ERROR
   [ 8] y=14122 Y=14180 ERROR
[ 9] y=14180 Y=14007 ERROR
   [ 10] y=14007 Y=14480 ERROR
   ......
   [4793] y=15039 Y=15367 ERROR
   [4794] y=15367 Y=15031 ERROR
   [4795] y=15031 Y=14326 ERROR
   [4796] y=14326 Y=14271 ERROR
   [4797] y=14271 Y=14512 ERROR
   [4798] y=14512 Y=15436 ERROR
   [4799] y=15436 Y=15868 ERROR

Info: /OSCI/SystemC: Simulation stopped by user.

4-2-7. 모델링 인터페이스의 출력 타이밍 변경

// Filename: EFIR8_AL.ino

void loop()
{
psce.EMU_Blinker(0x40); // Blinker speed
psce.RxData(N_RX);

y_ap_vld = ap_ready = ap_idle = ap_done = false;

if (psce.rxByte[0] & C_AP_RST)
cState = S_RESET;
else
{
switch(cState)
{
case S_RESET:
ap_idle = true;
cState = S_IDLE;
break;

case S_IDLE:
if (psce.rxByte[0] & C_AP_START)
cState = S_READY;
else
ap_idle = true;
break;

case S_READY:
ap_ready = true;
cState = S_GET_INPUT;
break;

case S_GET_INPUT:
x = psce.rxByte[1];
cState = S_DONE;
break;

case S_DONE:
y_ap_vld = ap_done = true;
//FIR8(&y, x);
cState = S_SET_OUTPUT;
break;

case S_SET_OUTPUT:
cState = S_IDLE;
FIR8(&y, x);
break;
}
}

psce.txByte[0] = 0x00;
if (y_ap_vld) psce.txByte[0] |= C_Y_AP_VLD;
if (ap_ready) psce.txByte[0] |= C_AP_READY;
if (ap_idle) psce.txByte[0] |= C_AP_IDLE;
if (ap_done) psce.txByte[0] |= C_AP_DONE;

psce.txByte[1] = y;
psce.txByte[2] = (y>>8);
psce.TxData(N_TX);
}

모델링 인터페이스 빌드, 업로드 및 에뮬레이터 실행

......

4-3. Raspberry PI PICO 에서 언-타임드 C++ 모델 실행

4-3-1. 아듀이노 CLI 환경: RP2040 코어(보드) 개발 툴(GCC) 설치

$ arduino-cli config add board_manager.additional_urls \
   https://github.com/earlephilhower/\
       arduino-pico/releases/download/global/\
       package_rp2040_index.json

$ arduino-cli core update-index

$ arduino-cli core install rp2040:rp2040

4-3-2. 언-타임드 C++ 모델이 포함된 모델링 인터페이스 빌드

$ cd ~/ETRI050_DesignKit/Projects/HLS/FIR8/emulation/PSCE-MI

$ MODE=AL MI=PI_PICO make build

   Linking Un-Timed model...
   ln: failed to create symbolic link 'EFIR8_AL/FIR8.cpp': File exists
   ln: failed to create symbolic link 'EFIR8_AL/FIR8.h': File exists
   make: *** [Makefile:65: build] Error 1

$ rm EFIR8_AL/FIR8.cpp

$ rm EFIR8_AL/FIR8.h

$ MODE=AL MI=PI_PICO make build

   Linking Un-Timed model...
   arduino-cli compile --clean --fqbn rp2040:rp2040:rpipico \
   EFIR8_AL \
   --build-path ./EFIR8_AL/build \
   --build-property compiler.cpp.extra_flags=\
   "-DPI_PICO -DUART_BPS=115200 -DCYCLONE_IV"\
   " -DFIR_MAC_VERSION"

Sketch uses 57180 bytes (2%) of program storage space.
Maximum is 2093056 bytes.

   Global variables use 9600 bytes (3%) of dynamic memory,
   leaving 252544 bytes for local variables.
   Maximum is 262144 bytes.

4-3-3. 언-타임드 C++ 모델이 포함된 모델링 인터페이스 업로드

$ sudo mount -t drvfs F: /mnt/f

[sudo] password for mychip:

$ MODE=AL MI=PI_PICO make upload

  arduino-cli upload -p /dev/ttyACM0 --fqbn rp2040:rp2040:rpipico \
   EFIR8_AL \
   --input-file ./EFIR8_AL/build/EFIR8_AL.ino.bin

   Resetting /dev/ttyACM0
   Converting to uf2, output size: 147968, start address: 0x2000
   Scanning for RP2040 devices
   Flashing /mnt/f (RPI-RP2)
   Wrote 147968 bytes to /mnt/f/NEW.UF2
   New upload port: /dev/ttyACM0 (serial)

4-3-4. 언-타임드 C++ 모델의 인터페이스 타이밍 에뮬레이션

$ cd ..

$ pwd

~/ETRI050_DesignKit/Projects/HLS/FIR8/emulation

$ make build

   clang++ -I/opt/systemc/include -L/opt/systemc/lib \
-I../emulation \
-I../simulation \
-I../c_untimed \
-DFIR_MAC_VERSION_SC \
-DEMULATED_CO_SIM \
-DVCD_TRACE_TEST_TB \
-lsystemc -lgsl \
-osc_FIR8_TB \
       ../c_untimed/cnoise.cpp ../c_untimed/FIR8.cpp \
       ../simulation/sc_FIR8_TB.cpp ../simulation/sc_main.cpp

$ make run

Info: (I703) tracing timescale unit set: 100 ps (EFIR8.vcd)
Error opening serial port: No such file or directory

Info: (I703) tracing timescale unit set: 100 ps (sc_FIR8_TB.vcd)

^Cmake: *** [Makefile:73: run] Interrupt

$ ll /dev/ttyACM0

ls: cannot access '/dev/ttyACM0': No such file or directory

-------------------------------------------------

PS C:\> usbipd list

   Connected:
   BUSID VID:PID DEVICE STATE
   1-5 0461:4e87 USB 입력 장치 Not shared

..........

7-1 2e8a:000a USB Serial Device(COM14) Not shared

PS C:\> usbipd bind --busid 7-1

PS C:\> usbipd attach --wsl --busid 7-1

   usbipd: info: Using WSL distribution 'Ubuntu-24.04' to attach;
the device will be available in all WSL 2 distributions.
   usbipd: info: Loading vhci_hcd module.
   usbipd: info: Detected networking mode 'nat'.
   usbipd: info: Using IP address 172.23.96.1 to reach the host.

-------------------------------------------------

$ make run

./sc_FIR8_TB

Info: (I703) tracing timescale unit set: 100 ps (EFIR8.vcd)

Request emulator connection......
Connection established...

   Info: (I703) tracing timescale unit set: 100 ps (sc_FIR8_TB.vcd)
   [ 0] y= 0 Y= 0 OK
   [ 1] y= 0 Y= 0 OK
   [ 2] y= 564 Y= 564 OK
   [ 3] y= 2004 Y= 2004 OK
   [ 4] y= 5033 Y= 5033 OK
   [ 5] y= 8844 Y= 8844 OK
   [ 6] y=12573 Y=12573 OK
   [ 7] y=15015 Y=15015 OK
   [ 8] y=15676 Y=15676 OK
   [ 9] y=15333 Y=15333 OK
   [ 10] y=14374 Y=14374 OK
   ..........
   [4795] y=15994 Y=15994 OK
   [4796] y=14985 Y=14985 OK
   [4797] y=14470 Y=14470 OK
   [4798] y=13981 Y=13981 OK
   [4799] y=14196 Y=14196 OK

Info: /OSCI/SystemC: Simulation stopped by user.

------------------------

VCD waveform