この記事は高知工科大 Advent Calendar 2015の12日目の記事です。

本当はROSについて書きたかったけど~~やる気が起きないので~~、今やってることを書く。

CycloneⅤのLightweight HPS-to-FPGA BridgeにPythonでアクセスして読み書きする。
結論としてはテスト環境としては使えるかなという感じ。

実行環境

使用しているボードはTerasicの DE1-SoCです。
BSPは公式のLinux Ubuntu Desktopを使っています。
Pythonのversionは2.7.3です

AlteraのSoCFPGAには便利なLightweight HPS-to-FPGA Bridgeというバスがあるのでそれを使います。
Lightweight HPS-to-FPGA Bridgeの詳しい資料はCyclone V Hard Processor System Technical Reference Manualとかを見てください。

マップされてる内容はCyclone V HPS Memory Mapに書いており、GPIOやUARTなどのペリフェラルのレジスタにもアクセスできるようです。
自作のipなんかは0xFF200000から0xFF3FFFFFまでの間にマップされます。(Qsys側からは0x0~0x1FFFFF)

今回は0xFF200000から0xFF200010までにipが繋がっている想定で説明します。

/dev/mem をopen

とりあえず必要なモジュールをimportして /dev/mem を開きます。

import os
import mmap

fd = os.open("/dev/mem",os.O_RDWR | os.O_SYNC)

mmapする

# 使用する領域(Byte)
reg_span = 0x200000
# Lightweight HPS-to-FPGA Bridge のオフセット
reg_base = 0xff200000

lw_h2f = mmap.mmap(fd ,reg_span ,mmap.MAP_SHARED,mmap.PROT_READ | mmap.PROT_WRITE,offset = reg_base)

これで Lightweight HPS-to-FPGA Bridge をmmapできます。
あとは、読み書きしたいアドレスまで移動して読み書きします。

読み込み

lw_h2f.seek(0x0,os.SEEK_SET)
read_data1 = ord(lw_h2f.read_byte())
read_data2 = ord(lw_h2f.read_byte())

read_byte()は勝手にインクリメントされます。
インクリメントされる間隔はこの環境だと1byteでした。
mmap.read_byteは長さ1の文字列として読むので、数値として扱いたい場合は ord()で変換する必要があります。

書き込み

lw_h2f.seek(0x0,os.SEEK_SET)
write_byte(chr(write_data1))
write_byte(chr(write_data2))

こちらも勝手にインクリメントされます。間隔は1byteでした。
読み込みと同じく、書き込みときは長さ1の文字列として書かねばならないのでchr()で変換する必要があります。

所感

Pythonはあまり書いたことがなかったが、難しくなかった。
FPGAのテスト環境としてはアリかなとは思った。
ただ、実効速度が致命的に遅いのでSDRAMをシェアして大量のデータ（画像とか）をやり取りするのには向いていない。
ペリフェラルのレジスタ的扱いするのが正解っぽい。