はじめに

Synverllは石原ひでみさんが開発している高位合成ツールです。詳細は以下のページや記事を参照してください。

ひでみのアイデア帳 : 石原ひでみさんのホームページです。
https://github.com/aquaxis/synverll : Githubで公開しているSynverllのソースコード。
FPGAマガジン No.11 : 95ページに記事があります。
FPGAの部屋のまとめサイト : marsee101さんがSynverllを試したときのブログ記事。

今回はCで記述したフィボナッチを求めるプログラムをSynverllを使って高位合成したRTLをMessagePack-RPCと組み合わせてシミュレーションする例を示します。

用意するもの

Xilinx Vivado 2015.3
Synverll 0.04以降
LLVM 3.6 以降
Ruby 1.9.3 以降
msgpack-vhdl-examples

ブロック図

ソースコード

フィボナッチを求めるCのソースコードです。

fib.c

int fib(int n)
{
  int curr = 0;
  int next = 1;
  int i;
  for(i = 0; i < n; i++) {
    int prev = curr;
    curr = next;
    next += prev;
  }
  return curr;
}

手順

Synverllをインストール

Synverllのインストールは上の記事を参照してください。
Synverllをコンパイルするには LLVM 3.6 以降がインストールされていなければなりません。

shell% git clone https://github.com/aquaxis/synverll
shell% cd synverll
shell% make

リポジトリと各submodule をダウンロード

shell% git clone git://github.com/ikwzm/msgpack-vhdl-examples.git
shell% cd msgpack-vhdl-examples
shell% git submodule init
shell% git submodule update

fib.cを高位合成

shell% cd examples/fibonacci/src/main/synverll
shell% synverll
Synverll Rev 0.04
 Synthesis for Verilog HDL using LLVM
 C Source to Verilog-HDL Convertor
 Hidemi Ishihara <hidemi(at)aquaxis.com>

Usage:
 synverll [-d] C_SOURCE_FILENAME
  -d: Debug Mode(output a debug file)

shell% synverll fib.c
topname: fib_top
[C Source Parser Start]
Open Filename: fib.c
 -> Parser for C Source
 -> Create Process Source
 -> Create Header Source
 -> Function Count: 1
[LLVM Compile Start]
[LLVM-IR Function Parser Start]
[Parsing struct type for LLCM-IR]
 -> Create Stage for LLVM-IR
 -> Parser Memory Tree
 -> deploy_array_type
 -> Create Verilog HDL for Proc Tree
 -> Output Verilog HDL: module = fib
 -> Output Memory Map
[Create top Module]

ラッパー回路の作成

Synverllが生成するVerilog-HDLは次のようになっています。

fib.v

module fib(
    input __func_clock,
    input __func_reset,
    input __func_start,
    output reg __func_done,
    output reg __func_ready,

    // Memory Singal
    input [31:0] __args_n,
    // Call Singal
    // Result Singal
    output reg [31:0] __func_result

);
   :
 (中略)
   :
endmodule

入出力ポート名が、アンダーラインで始まっているので、このままだとVHDLの命名規則にひっかかって(VHDLはアンダーラインから始まる名前は×)接続できないので、ラッパー回路を用意します。ここはちょっと面倒臭いですね。

fib_wrap.v

module fib_wrap(
    input  system_clock,
    input  system_reset,
    input  func_start,
    output func_done,
    output func_ready,
    input [31:0]  args_n,
    output [31:0] func_result
);
fib u_fib(
    .__func_clock(system_clock),
    .__func_reset(system_reset),
    .__func_start(func_start),
    .__func_done(func_done),
    .__func_ready(func_ready),
    .__args_n(args_n),
    .__func_result(func_result)
);
endmodule

テストシナリオの作成

すでに作成済みのテストシナリオ(examples/fibonacci/src/test/scenarios/test_1_32.snr)を用意しています。このテストシナリオを使う場合は、以下の手順は飛ばしてください。

AXI4_Stream_Master_PlayerおよびAXI4_Stream_Slave_Player用のテストシナリオを作ります。

shell% cd examples/fibonacci/src/test/scenarios
shell% ruby test_1_32.rb

test_1_32.rb はテストシナリオ(YAML形式)を生成するためのrubyスクリプトです。

Vivado プロジェクトの作成

Vivado プロジェクトを作成するためのTclファイル(create_project.tcl)を用意しています。
Vivadoを起動して次のメニューからTclファイルを実行してください。

Vivado > Tools > Run Tcl Script... > examples/fibonacci/sim/vivado/synverll/create_project.tcl

シミュレーションを実行

前節で作った Vivado プロジェクトを開き、次のようにシミュレーションを実行してください。

Vivado > Flow > Run Simulation > Run Behavioral Simulation

結果

とりあえずシミュレーションすることは出来ました。
n=0～42までの計算結果もあっています。
演算のビット幅を64ビットにする方法がわからなかったので、結果が32ビットに収まる範囲のnでしか計算していません。
参考までにn=2の時のシミュレーション波形を示します。

シミュレーション時のログは次の通りです。

フィボナッチを求める回路をSynverllとMessagePack-RPCでFPGAに実装してみた(シミュレーション編)