Vitis軟件平臺(tái)、vitis實(shí)例、裸機(jī)SOC（SDK）程序移植

本文轉(zhuǎn)載自：VagueCheung的博客

賽靈思公司（Xilinx）推出Vitis——這是一款統(tǒng)一軟件平臺(tái)，可以讓包括軟件工程師和AI科學(xué)家在內(nèi)的廣大開發(fā)者都能受益于硬件靈活應(yīng)變的優(yōu)勢(shì)。歷經(jīng)5年、投入總計(jì)1000人打造而成，Vitis統(tǒng)一軟件平臺(tái)無需用戶深入掌握硬件專業(yè)知識(shí)，即可根據(jù)軟件或算法代碼自動(dòng)適配和使用賽靈思硬件架構(gòu)。此外，Vitis 平臺(tái)不限制使用專有開發(fā)環(huán)境，而是可以插入到通用的軟件開發(fā)工具中，并利用豐富的優(yōu)化過的開源庫，使開發(fā)者能夠?qū)Ｗ⒂谒惴ǖ拈_發(fā)。Vitis獨(dú)立于Vivado設(shè)計(jì)套件，后者仍然繼續(xù)為希望使用硬件代碼進(jìn)行編程的用戶提供支持。但是，Vitis也能夠通過將硬件模塊封裝成軟件可調(diào)用的函數(shù)， 從而提高硬件開發(fā)者的工作效率。

Vitis統(tǒng)一軟件平臺(tái)的四層架構(gòu)

Vitis構(gòu)建在基于堆棧的架構(gòu)之上，共有四層。

第一層是基礎(chǔ)層，是Vitis目標(biāo)平臺(tái)。該平臺(tái)由電路板和預(yù)編程I/O構(gòu)成；

第二層是Vitis 核心開發(fā)套件，覆蓋開源賽靈思運(yùn)行時(shí)庫，以管理不同域間的數(shù)據(jù)移動(dòng)， 包括子系統(tǒng)、即將發(fā)布的Versal ACAP內(nèi)的AI 引擎和必要的外部主機(jī)。此外，該層也提供編譯器、分析器和調(diào)試器等核心開發(fā)工具。這些工具均能與業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建系統(tǒng)與開發(fā)環(huán)境無縫集成；

在第三層，8個(gè)Vitis 庫提供400余種優(yōu)化的開源應(yīng)用。這8個(gè)庫分別是：Vitis 基本線性代數(shù)子程序（B LAS）庫、Vitis 求解器庫、Vitis安全庫、Vitis視覺庫、Vitis數(shù)據(jù)壓縮庫、Vitis計(jì)量金融庫、Vitis數(shù)據(jù)庫集和Vitis AI 庫。借助這些庫，軟件開發(fā)者可以使用標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用編程接口（API）來實(shí)現(xiàn)硬件加速；

Vitis AI是Vitis 平臺(tái)的第四層，也是最具有變革意義的一層。它集成了特定領(lǐng)域架構(gòu)（DSA）。 DSA 提供了針對(duì)AI模型的硬件實(shí)現(xiàn)，開發(fā)者可以使用包括TensorFlow和Caffe等業(yè)界領(lǐng)先框架對(duì)其進(jìn)行配置與編程。Vitis AI提供的工具鏈能在數(shù)分鐘內(nèi)完成優(yōu)化、量化和編譯操作，在賽靈思器件上高效地運(yùn)行預(yù)先訓(xùn)練好的AI模型。此外，它也為從邊緣到云端的部署提供了專用API，實(shí)現(xiàn)業(yè)界一流的推斷性能與效率。賽靈思陸續(xù)還將推出另一個(gè)DSA（Vitis Video），支持從FFmpeg直接進(jìn)行編碼并提供同樣超級(jí)簡(jiǎn)單且功能極強(qiáng)大的端到端視頻解決方案。目前，由合作伙伴公司提供的DSA包括：與GATK 集成用于基因分析的Illumina，與ElasticSearch 集成用于大數(shù)據(jù)分析的BlackLynx， 以及當(dāng)前我們客戶正在使用的專有DSA。

Vitis擁有三大特點(diǎn)：第一是開放，第二是標(biāo)準(zhǔn)，第三是免費(fèi)。首先，Vitis統(tǒng)一軟件平臺(tái)支持在賽靈思異構(gòu)平臺(tái)上開發(fā)嵌入式軟件和加速應(yīng)用，包括FPGA、SoC和Versal ACAP，為邊緣、云和混合計(jì)算應(yīng)用 加速提供了統(tǒng)一編程模型。其次，Vitis可與高層次框架進(jìn)行集成，可以通過加速庫采用C、C++或Python進(jìn)行開發(fā)，也可以使用基于RTL的加速器和低層次運(yùn)行是API對(duì)實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行粒度更精確的控制。

硬件加速應(yīng)用程序開發(fā)流程：

對(duì)于基于FPGA的加速，Vitis核心開發(fā)套件支持用戶通過API函數(shù)創(chuàng)建軟件應(yīng)用程序，例如OpenCL函數(shù)，在Alveo加速卡上運(yùn)行加速硬核。Vitis核心開發(fā)套件也支持將軟件程序運(yùn)行在基于Linux的嵌入式處理器平臺(tái)上，例如ZYNQ的UltraScale+MPSOC設(shè)備。對(duì)于嵌入式處理器平臺(tái)Vitis開發(fā)套件執(zhí)行模型也通過OpenCL API和基于Linux的Xilinx運(yùn)行庫（XRT）來調(diào)度硬核和控制數(shù)據(jù)的搬移。（加速庫和xilinx運(yùn)行庫在GitHub上可下載）

Vitis核心開發(fā)套件可支持Alveo U50、U200、U250、U280加速卡，也支持zcu102、zcu104、zc702、zc706嵌入式處理器平臺(tái)。除了以上比較流行的平臺(tái)外，同時(shí)也支持自定義平臺(tái)。

Vitis軟件平臺(tái)允許用戶將數(shù)據(jù)中心應(yīng)用程序移植到嵌入式平臺(tái)上。Vitis核心開發(fā)套件不僅具有適用于硬核的V++編譯器。也具有運(yùn)行在X86主機(jī)的g++編譯器和運(yùn)行在Xilinx設(shè)備的嵌入式處理器的Arm編譯器

Vitis與SDK對(duì)比：

系統(tǒng)項(xiàng)目指的是什么？域domain可以理解成SDK中的BSP么？

系統(tǒng)項(xiàng)目就是指在Vitis中創(chuàng)建的application。

實(shí)測(cè)Vitis編譯時(shí)間要比SDK編譯時(shí)間略長(zhǎng)；

Vitis實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的HelloWord

基于黑金ZYNQ 7020開發(fā)板創(chuàng)建工程，打開vivado2019.2一步步創(chuàng)建工程，vivado部分還是與之前一模一樣沒有任何改變。

創(chuàng)建完工程，創(chuàng)建同一個(gè) Block Design工程

添加ZYNQ 核

雙擊ZYNQ核設(shè)置一下，這里設(shè)置跟板子一致UART1，波特率選擇115200，沒有用到PL，AXI也沒使用。

時(shí)鐘默認(rèn)即可，黑金的7020最高可以跑到767Mhz。

設(shè)置完成。自動(dòng)連線。

生成文件：

生成頂層文件：

至此PL部分完成了。

導(dǎo)出設(shè)計(jì)到軟件，沒有用到PL，所以不用綜合生成bit文件了，這里直接導(dǎo)出

導(dǎo)出完成，這里開始軟件操作，打開vitis先創(chuàng)建一個(gè) platform project導(dǎo)入剛才的設(shè)計(jì)xsa文件。

這里與SDK不同，SDK是從vivado直接Launch打開，而Vitis是獨(dú)立與vivado IDE的開發(fā)工具。

選擇Vivado導(dǎo)出的設(shè)計(jì)，點(diǎn)擊 finish完成

創(chuàng)建一個(gè)Application project：

編譯helloworld工程

給板子接好上電，連接串口助手軟件，打開串口設(shè)置如下，com口根據(jù)實(shí)際而定。

下載運(yùn)行

已經(jīng)輸出了“hello world”

移植vivado2019.2之前版本的SOC工程：

1）Vivado部分：

使用Vivado 2019.2打開之前版本的vivado工程項(xiàng)目 ，重新綜合生成bit流文件，如果工程中不設(shè)計(jì)PL部分則不需要生成bit文件。綜合通過之后導(dǎo)出硬件

File——Export——Export HardWare，導(dǎo)出成功后會(huì)發(fā)現(xiàn)在vivado工程路徑中會(huì)多出一個(gè).XSA文件（個(gè)人理解與SDK導(dǎo)出的Hdf文件大同小異）；

2）Vitis部分：

打開Vitis工具，創(chuàng)建一個(gè)Platform,設(shè)置項(xiàng)目名，添加vivado工程路徑中的.XSA文件。創(chuàng)建完P(guān)latform之后接下來創(chuàng)建一個(gè)Application項(xiàng)目，復(fù)制原工程SDK中的相應(yīng)文件（.c和.h），粘貼到Vitis Apllication。

點(diǎn)擊編譯。右鍵app——DebugAs——DebugConfigurations

嘗試分別選擇上圖中3個(gè)Debug Configuration，運(yùn)行均能正確實(shí)現(xiàn)原SDK工程的功能；

還不清楚這三個(gè)配置有什么區(qū)別。

總結(jié)：SDK工程的移植基本沒什么太大的變化，Vitis只是將SDK從Vivado中抽離出來單獨(dú)運(yùn)行而已；