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UltraFast エンベデッ ド デザイ ン
設 計 手 法 ガ イ ド
UG1046 (v2.1) 2015 年 4 月 22 日
本 資 料 は 表 記 のバージョンの 英 語 版 を 翻 訳 したもので、 内 容 に 相 違 が 生 じる 場 合 には 原 文 を 優 先 します。
資 料 によっては 英 語 版 の 更 新 に 対 応 していないものがあります。 日 本 語 版 は 参 考 用 としてご 使 用 の 上 、 最
新 情 報 につきましては、 必 ず 最 新 英 語 版 をご 参 照 ください。

改 訂 履 歴
次 の 表 に、 こ の 文 書 の 改 訂 履 歴 を 示 し ます。
日 付 バージ ョ ン 改 訂 内 容
2015 年 4 月 22 日 2.1
2015 年 3 月 26 日 2.0
2014 年 10 月 20 日 1.1
2014 年 10 月 8 日 1.0
• 9 ページの 「Embedded Design Methodology Checklist」 を 追 加
• 10 ページの 「Accessing Documentation and Training」 を 追 加
• 第 8 章 「SDSoC 環 境 」 を 追 加
• 181 ページの 「 関 連 するデザ イ ン ハブ」 を 追 加
• 古 い 情 報 を 削 除
• 第 2 章 「システム レベルの 考 慮 事 項 」 の 次 のセ ク シ ョ ンに 情 報 を 追 加
° 「パフ ォーマン ス」
° 「クロッキングおよびリセッ ト」
初 版
UltraFast エンベデッ ド デザイ ン 設 計 手 法 ガ イ ド japan.xilinx.com 2
UG1046 (v2.1) 2015 年 4 月 22 日

目 次
第 1 章 : 概 要
エンベデ ッ ド 設 計 手 法 チェ ッ ク リ ス ト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
資 料 および ト レーニン グへのア ク セ ス . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
パフォーマンス . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
消 費 電 力 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
クロッキングおよびリセット . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
割 り 込 み . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
エンベデッ ド デバイ スのセキ ュ リ テ ィ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
プ ロ フ ァ イ リ ン グおよび 分 割 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
ブー ト デバイ スおよびそのコ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
メモリ インターフェイス. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
ペリフェラル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
IP ブロッ クの 設 計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
ハー ド ウ ェ ア パフ ォーマン スの 考 慮 事 項 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
データ フ ロー . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
PL ク ロ ッ ク 供 給 手 法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
ACP およびキャ ッシュ コ ヒーレンシ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
PL の HP ポー ト アクセス. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
シ ス テム 管 理 のハー ド ウ ェ ア アシスタンス . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
ハー ド ウ ェ ア リコンフィギュレーションの 管 理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
APU からの GP およびダイレク ト PL アクセス . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
プロセッサ コンフィギュレーション. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
OS および RTOS の 選 択 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
ライブラリおよびミドルウェア . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
ブー ト ローダー . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 ツール . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
第 5 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ン フロー
概 要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Vivado IDE を 使 用 した IP サブシステムの 構 築 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
ルール ベースの 接 続 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
階 層 的 な IP サブシステムの 作 成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
[Board Part Interfaces] タブ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
ブロック デザイ ンの 生 成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
再 利 用 のための IP の 作 成 と パッ ケージ 化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
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カスタム インターフェイスの 作 成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
カスタム IP の 管 理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Vivado 高 位 合 成 (HLS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
まとめ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
第 6 章 : ソフトウェア デザイ ン フロー
ボード 立 ち 上 げ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
ドライバーの 開 発 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
アプ リ ケーシ ョ ン 開 発 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
ザイ リ ンクス SDK ツールおよびパッケージ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
ザイ リ ンクス ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 ツール . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
第 7 章 : デバッ グ
概 要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
ソ フ ト ウ ェアのみのデバッ グ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
シミュレーション ベースのデバ ッ グ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
ボード のデバッ グ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
ハー ド ウ ェ ア と ソ フ ト ウ ェ アの 協 調 デバ ッ グ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
仮 想 プ ラ ッ ト フ ォーム . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
第 8 章 : SDSoC 環 境
概 要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
全 体 的 な 使 用 フ ロー . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
プロファイ リ ング . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
パフォーマンスの 概 算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
ソフトウェア/ハー ド ウ ェ ア シ ス テム 全 体 の 作 成 と 実 行 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
C 言 語 か ら 呼 び 出 し 可 能 な RTL IP ラ イ ブ ラ リ を 使 用 し たパフ ォーマン スの 最 適 化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
Vivado HLS を 使 用 した IP パフ ォーマン スの 最 適 化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
システム パフ ォーマン スの 最 適 化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
システムのデバッグ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
パフ ォーマン スの 測 定 と 解 析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
エクスパート 向 けの 使 用 モデル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
付 録 A : その 他 の リ ソースおよび 法 的 通 知
ザイ リ ンクス リソース. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
ソリューション センター. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
Xilinx Documentation Navigator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
参 考 資 料 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
トレーニング リソース. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
法 的 通 知 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
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第 1 章
概 要
All Programmable SoC 製 品 のリ リースによ り、 ザイ リ ンクスからさらにスマート なシステムをすばやく、 効 率 的 に、
確 実 に 構 築 で き る 強 力 な 方 法 が 提 供 さ れる よ う になっています。 シ ス テムがス マー ト にな る ほど、 通 常 複 雑 さ も 増 し
ます。 こ れには、 長 所 も あれば、 短 所 も あ り ます。 以 前 は 構 築 する のが 不 可 能 であ った り 、 かな り 困 難 であ った よ う
な 製 品 を 作 成 でき る よ う になった 点 は 長 所 ですが、 製 品 の 複 雑 さ が 増 し た こ と によ り 、 特 に 製 品 のラ イ フ サイクルの
早 期 に 設 計 に 関 する 適 切 な 決 定 を 下 すこ と が さ ら に 重 要 にな る 点 が 短 所 です。 シ ス テム ソフトウェア、 アプリケー
シ ョ ン、 およびハー ド ウ ェ アは 互 いに 影 響 する ので、 シ ス テム レベルの 問 題 を 考 慮 し て 解 決 する ためには、 新 し い 手
法 が 必 要 と なっています。 ザ イ リ ン ク スでは、 こ の 短 所 に 対 応 する ため、 ソ フ ト ウ ェ ア ツール、 ユーザー ガイド、 リ
ファレンス マニュアル、 リ フ ァ レンス デザ イ ンな ど を 含 む 包 括 的 なツール ボ ッ ク を 提 供 し てお り 、 All Programmable
SoC を 使 用 し た 製 品 の 開 発 期 間 を 短 縮 で き ます。
通 常 、 エンベデ ッ ド 開 発 チームには、 シ ス テム 構 築 者 、 ソ フ ト ウ ェ ア エンジニア、 およびハード ウェア エンジニア
が 含 まれ、 それぞれのチーム メ ンバーが 使 い 慣 れた ツールで 設 計 を 開 始 し ます。 こ のアプ ローチ 方 法 は、 過 去 のエン
ベデ ッ ド 開 発 プ ロ ジ ェ ク ト では 問 題 な く 使 用 で き ま し たが、 All Programmable SoC のボー ド 機 能 を 使 用 する 場 合 は、
開 発 方 法 を 前 も って 考 慮 し ておかない と 、 問 題 と な る 可 能 性 があ り ます。 本 書 は、 チームが よ り 効 率 的 にデザ イ ン 開
発 を 進 められる よ う に、 エンベデッ ド シ ス テム 開 発 者 向 けに 記 述 さ れてお り 、 主 に FPGA 設 計 者 向 けの 『UltraFast 設
計 手 法 ガ イ ド (Vivado Design Suite 用 )』 (UG949) [ 参 照 16] を 補 足 する ために リ リ ース さ れています。
「 手 法 」 の 意 味 は 人 に よ って 異 な り ますが、 通 常 はフ ロー チ ャー ト 、 方 法 、 原 則 、 規 則 、 方 針 な ど を 意 味 し ます。 本
書 は、 手 順 を 1 つずつ 示 すも のではな く 、 設 計 者 がザ イ リ ン ク ス ツール ボッ クスを 使 用 してデザインに 関 して 適 切
な 決 定 を 下 すことができるように、エンベデッド シ ス テム を 設 計 する ための 情 報 およびガ イ ダン ス を 示 すための も の
です。 内 容 によ っては、 エンベデッ ド システム 全 般 に 適 用 されるものもあれば、 ザイ リ ンクスの All Programmable
SoC 製 品 に し か 適 用 さ れない も の も あ り ます。 内 容 は、 ユーザーの 経 験 やザ イ リ ン ク ス 内 外 のシ ス テム 開 発 か ら 学 ん
だ こ と を 反 映 し てお り 、 主 な 原 則 や、 実 行 すべき こ と および 実 行 すべき でない こ と 、 ベス ト プラクティス、 危 険 な 状
況 の 回 避 方 法 などについて 記 述 し ています。 ト ピ ッ ク に よ っては、 概 念 を 示 す 使 用 例 も 示 さ れています。
本 書 では、 次 の よ う に、 開 発 チーム 内 の 特 定 の 人 材 を 対 象 に、 機 能 別 に 章 を 分 けています。
• 第 2 章 「システム レベルの 考 慮 事 項 」
• 第 3 章 「ハードウェア デザ イ ンの 考 慮 事 項 」
• 第 4 章 「ソフトウェア デザ イ ンの 考 慮 事 項 」
• 第 5 章 「ハードウェア デザイ ン フロー」
• 第 6 章 「ソフトウェア デザイ ン フロー」
• 第 7 章 「デバッグ」
• 第 8 章 「SDSoC 環 境 」
表 1-1 に 示 すよ う に、 担 当 別 に 章 は 分 け られていますが、 開 発 を 始 め る 前 にチーム 全 員 が 本 書 全 体 を 読 んでお く こ と
をお 勧 め し ます。 内 容 が 担 当 箇 所 と 違 っていて も、 その 他 の 章 に 示 さ れる 難 点 やガ イ ダン ス を 理 解 し てお く こ と で 役
立 つこ と があ り ます。 ソ フ ト ウ ェ ア エンジニアとハード ウェア エンジニアの 境 はあいまいにな って き てお り 、 お 互
いの 分 野 を 超 えて 理 解 し てお く こ と で、 チーム 全 体 が 効 率 的 に 機 能 し ます。 た と えば、 ソ フ ト ウ ェ ア エンジニアは 使
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第 1 章 : 概 要
用 されるハードウェアがどのように 動 作 するのか 理 解 しておく 必 要 がありますし、ハードウェア エンジニアは 指 定 す
るハー ド ウ ェ ア 決 定 事 項 の ソ フ ト ウ ェ アへの 影 響 について 理 解 し てお く 必 要 があ り ます。
表 1‐1 : 各 設 計 チーム メ ンバーに 関 連 する 章
章
第 2 章 「システム レベルの 考 慮 事 項 」
第 3 章 「ハードウェア デザ イ ンの 考 慮 事 項 」
第 4 章 「ソフトウェア デザ イ ンの 考 慮 事 項 」
第 5 章 「ハードウェア デザイ ン フロー」
第 6 章 「ソフトウェア デザイ ン フロー」
第 7 章 「デバッグ」
第 8 章 「SDSoC 環 境 」
システム 構 築 者
ハー ド ウ ェ ア 設 計
者
ソフトウェア 設 計
者
X X X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
通 常 、 エンベデ ッ ド デザ イ ンは、 本 書 の 順 番 どお り 、 シ ス テム レベル デザ イ ンか ら 開 始 さ れ、 テ ス ト と デバ ッ グで
終 わ り ますが、 どの 章 から 読 み 始 めて も 問 題 あ り ません。 図 1-1 は、 本 書 の 章 の 相 互 依 存 性 を 示 し ています。
X-Ref Target - Figure 1-1
図 1‐1 : 手 法 ガ イ ド の 章 の 相 互 依 存 性
注 記 : 第 8 章 「SDSoC 環 境 」 は、 図 1-1には 含 まれていません。 これは、 このツールが 第 2 章 か ら 第 7 章 ま での 概 念
および 手 法 のすべてを 使 用 し てシ ス テム を 構 築 する のを 支 援 する ツールだか ら です。 ま た、 第 8 章 は SDSoC フ ロ ー
特 有 の 推 奨 事 項 について も 説 明 し ています。
本 書 を 読 む と 、 ザ イ リ ン ク スか ら 提 供 さ れる さ ま ざ ま なツールおよびそれに 付 随 する も のを よ り 詳 細 に 効 率 的 な 方 法
で 知 る こ と がで き ます。 各 ト ピ ッ ク 分 野 の 重 要 事 項 を 知 る こ と で、 All Programmable SoC の 詳 細 な 資 料 を よ り 理 解 で
きるようになります。
『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] および 『Zynq-7000 All
Programmable SoC ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 者 向 けガ イ ド 』 (UG821) [ 参 照 7] に 精 通 し てい る 場 合 は、 まず 本 書 を 読 む こ と を
お 勧 め し ます。
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第 1 章 : 概 要
Zynq®-7000 AP SoC アーキテクチャについてよ く 知 らない 場 合 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC 概 要 』 (DS190)
[ 参 照 29] を 参 照 して く ださい。 本 書 を 読 むこ とで、エンベデッ ド デザイ ン チームが ト レー ド オフ をすばや く 理 解 し、
ボ ト ルネ ッ ク や 問 題 を 回 避 で き る よ う にな る ので、エンベデ ッ ド シ ス テム 開 発 に 最 適 な 決 定 を 下 す こ と がで き る よ う
にな り ます。
エンベデ ッ ド 設 計 手 法 チ ェ ッ ク リ ス ト
本 書 は、 UltraFast エンベデ ッ ド 設 計 手 法 チェ ッ ク リ ス ト と 合 わせて 使 用 する こ と をお 勧 め し ます。 チェ ッ ク リ ス ト に
は、プラ ニングからその 後 に 続 く すべての 段 階 のデザイ ン プ ロ セ スに 関 する よ く あ る 質 問 や 推 奨 さ れる 動 作 が 含 まれ
ます。 チェ ッ ク リ ス ト の 質 問 は、 後 の 段 階 に 悪 影 響 を 及 ぼす 可 能 性 のあ るデザ イ ンの 決 定 事 項 に 関 する も ので、 知 ら
れていなかった り 、 無 視 さ れて し まいがちな 問 題 が 含 まれます。
ザ イ リ ン ク スでは、 チェ ッ ク リ ス ト に 進 む 前 に 本 書 を 読 むこ と をお 勧 め し ています。 チェ ッ ク リ ス ト の 項 目 のほ と ん
どは 本 書 およびその 他 のザ イ リ ン ク ス 資 料 に リ ン ク さ れています。 こ れら の 参 照 資 料 は、 質 問 に 関 するデザ イ ンの 考
慮 事 項 のガ イ ダン ス と し てご 使 用 く だ さ い。
チェ ッ ク リ ス ト は、 ザ イ リ ン ク ス 製 品 を 使 用 し なが ら 資 料 にア ク セ ス で き る よ う にする 無 料 ツールであ る Xilinx
Documentation Navigator の 一 部 と し て 提 供 されています。 Documentation Navigator は、 ス タ ン ド ア ロ ン 製 品 と し てダ
ウンロードできるほか、 SDK や Vivado インストールに 含 まれます ( 「Documentation Navigator の 使 用 」 参 照 )。
チェ ッ ク リ ス ト の 機 能 を 使 用 する には、Documentation Navigator 2015.1 バージ ョ ン 以 降 を ご 使 用 く だ さ い ( 日 本 語 版 の
チェッ ク リ ス トは、 Documentation Navigator からは 現 在 の と こ ろ 使 用 でき ませんので、 スプレ ッ ド シー ト バージ ョ ン
を 参 照 して く ださい)。 Documentation Navigator か ら は、 次 の 手 順 で 設 計 手 法 チェ ッ ク リ ス ト を 使 用 で き ます。
1. [Design Hub View] タブをク リ ックします。
2. 左 側 の メ ニ ューの 上 部 にあ る [Create Design Checklist] をクリ ックします。
3. [New Design Checklist] ダイアログ ボックスに 情 報 を 入 力 したら、 [OK] をクリ ックします。
4. 新 し いチェ ッ ク リ ス ト が 開 き ます。 チェ ッ ク リ ス ト の 一 番 上 の タ ブ ( 図 1-2) は、 ナビゲーシ ョ ン と し て 使 用 し ま
す。 [Title Page] タ ブには、 チェ ッ ク リ ス ト を 使 用 する 際 の 基 本 的 な 情 報 が 含 まれます。 ほかの タ ブを ク リ ッ ク す
る と 、 チェ ッ ク リ ス ト の 質 問 およびガ イ ダン スが 表 示 さ れます。
X-Ref Target - Figure 1-2
図 1‐2 : Documentation Navigator のエンベデ ッ ド 設 計 手 法 チ ェ ッ ク リ ス ト のタ ブ
日 本 語 版 については、 次 のスプレ ッ ド シー ト バージ ョ ン を 参 照 し て く だ さ い。
http://japan.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals_j/j_xtp397-embedded-design-methodology-
checklist.xlsx
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第 1 章 : 概 要
資 料 および ト レーニングへのア ク セス
必 要 な と き に 必 要 な 情 報 にア ク セスする こ と は、タ イ ム リ ーなデザ イ ン ク ロージ ャ の 達 成 と 設 計 作 業 全 体 において 重
要 です。 ザイ リ ン ク ス ツールについてできるだけ 短 期 間 で 理 解 できるよう、 リファレンス ガイド、ユーザー ガイド、
チュー ト リ アル、 ビデオなどが 数 々 用 意 さ れています。 こ のセ ク シ ョ ンでは、 資 料 および ト レーニン グの 入 手 先 を 示
します。
Documentation Navigator の 使 用
ザイ リ ンクス エンベデッ ド ツールには Xilinx Documentation Navigator が 含 まれてお り 、 ザイ リ ン ク ソフ ト ウェアお
よびハー ド ウ ェ ア 資 料 、 ト レーニン グ、 サポー ト 資 料 にア ク セス し、 管 理 する 環 境 を 提 供 し ています。 Documentation
Navigator を 使 用 する と 、 最 新 版 およびこ れまでのザ イ リ ン ク ス 資 料 を 表 示 で き ます。 資 料 は、 リ リ ース、 資 料 の 種
類 、 デザ イ ン タ ス ク ご と にフ ィ ルターし て 表 示 で き ます。 検 索 機 能 を 使 用 する と 、 必 要 な 情 報 をすばや く 見 つけ る こ
とができます。
Documentation Navigator はザイ リ ン ク ス ウ ェブサ イ ト を ス キ ャ ン し て、 資 料 がア ッ プデー ト さ れてい る かど う かを
チェッ ク します。 [Update Catalog] を 使 用 する と 、 利 用 可 能 なア ッ プデー ト があ る 場 合 は 警 告 メ ッ セージが 表 示 さ れ、
関 連 する 資 料 の 詳 細 が 表 示 さ れます。 カ タ ロ グ を 最 新 にする よ う メ ッ セージが 表 示 さ れた 場 合 は、 カ タ ロ グ をア ッ プ
デー ト し て 資 料 を 最 新 の 状 態 に し てお く こ と をお 勧 め し ます。 指 定 し た 資 料 を 含 む 資 料 カ タ ロ グ を ローカルに 作 成 し
て、 管 理 で き ます。
Documentation Navigator には、 [Design Hub View] という タブがあります。 このタブには、Zynq-7000 デザインの
概 要 、 PetaLinux ツール、 およびSDK などのデザ イ ン 操 作 別 に 資 料 が 分 類 さ れて 表 示 さ れます。 各 デザ イ ン ハブ
には、 資 料 およびビデオが 分 野 別 に 学 びやすい よ う に 分 類 さ れています。ハブには、それぞれ [Embedded Processor
Design] セクション、[Design Resources] セクション、およびサポート される リ ソースのリ ス トなどが 含 まれます。
新 規 ユーザーの 場 合 は、 [Embedded Processor Desig] セクションから 始 めることをお 勧 めします。
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第 1 章 : 概 要
X-Ref Target - Figure 1-3
図 1‐3 : Xilinx Documentation Navigator の [Catalog View] タブ
ビデオ チ ュー ト リ アルへのア ク セス
ザイ リ ンクス ビデオ チュート リ アルでは、 SDK、 SDSoC、 および PetaLinux などのザイ リ ンクス ツールの 機 能 の 使
用 方 法 が 具 体 的 に 説 明 さ れています。 こ れら のチュー ト リ アルを 使 用 する と 、 短 時 間 で 簡 単 にツールを 学 ぶ こ と がで
き ます。 こ れ ら は、 http://japan.xilinx.com のビデオ チュー ト リ アルのページ またはザイ リ ンクス YouTube チャネルか
ら 表 示 したり、 ローカルにダウンロード したりできます。
ヒント : 接 続 速 度 に よ り 表 示 に 問 題 があ る 場 合 は、 ビデオ ク リップをローカルにダウンロードしてご 覧 ください。ビ
デオ チュート リ アルは Documentation Navigator からも 利 用 できます 。
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第 2 章
システム レベルの 考 慮 事 項
この 章 では、Zynq ® -7000 AP SoC を 使 用 し て 設 計 する 際 に 考 慮 する 必 要 のあ る 次 のシ ス テム レベルのデザ イ ン 問 題 に
ついて 説 明 し ます。
• 11 ページの 「パフ ォーマン ス」 : 通 常 、 ターゲ ッ ト アプ リ ケーシ ョ ンに よ り 全 体 的 なシ ス テム パフォーマンスが
決 ま り ます。 システム パフ ォーマン スの 目 標 は、 ハー ド ウ ェ ア と ソ フ ト ウ ェ アに 分 配 さ れ、 さ ら にサブ コ ンポー
ネン ト に 分 配 さ れます。
• 14 ページの 「 消 費 電 力 」 : システム パフ ォーマン スは、 消 費 電 力 を 増 加 させる 主 な 原 因 と な り ます。 消 費 電 力 と
システム パフ ォーマン スの ト レー ド オフは、 設 計 者 に と って 困 難 な 課 題 と な り ます。 こ のセ ク シ ョ ンでは、
Zynq-7000 AP SoC の 消 費 電 力 を 最 適 化 する 際 の 考 慮 事 項 を 説 明 し ます。
• 29 ページの 「 ク ロ ッ キ ングおよび リ セ ッ ト 」 : クロック リ ソース を 最 適 に 使 用 する よ う プ ラ ンニン グする ため、
使 用 可 能 な ク ロ ッ ク リソースを 理 解 しておくことが 重 要 です。 同 様 にリセット システムにもさまざまなソース
があるので、それぞれが 異 なる リ セッ ト デス テ ィ ネーシ ョ ンにどの よ う に 影 響 する かを 理 解 し てお く こ と も 重 要
です。
• 32 ページの 「 割 り 込 み」 : システム レベルの 割 り 込 み 環 境 では、 アプ リ ケーシ ョ ンのハー ド ウ ェ ア と ソ フ ト ウ ェ
ア リ ソ ースの 優 先 度 を 決 定 する 包 括 的 な 機 能 が 提 供 さ れます。
• 36 ページの 「エンベデ ッ ド デバイ スのセキ ュ リ テ ィ 」 : 必 要 なセキ ュ リ テ ィ レベルは、 アプ リ ケーシ ョ ンによっ
て 大 き く 異 な り ます。Zynq-7000 AP SoC の さ ま ざ ま なセキ ュ リ テ ィ 機 能 を 理 解 し てお く と 、 アプ リ ケーシ ョ ンに
適 切 な レベルのセキ ュ リ テ ィ を 適 用 で き ます。
• 40 ページの 「プ ロ フ ァ イ リ ン グおよび 分 割 」 : システム レベルで 重 要 な 決 定 事 項 は、 アプ リ ケーシ ョ ンの 機 能 を
どの よ う にハー ド ウ ェ ア と ソ フ ト ウ ェ アに 分 割 する か と い う こ と です。 プ ロ フ ァ イ リ ン グ ツールは、 これらの 決
定 に 役 立 ち ます。
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
パフォーマンス
Zynq-7000 AP SoC デバイ スでは、 シス テム パフ ォーマン スは 最 終 的 なアプ リ ケーシ ョ ンの 目 標 に よ って 異 な り ます。
たとえば、 リアルタイム アプ リ ケーシ ョ ンのシステム パフォーマンスは 割 り 込 みサービス ルーチンのレ イ テンシに
よって 決 まり、ビデオ アプ リ ケーシ ョ ンのシステム パフォーマンスはオフチップ インターフェイスで 毎 秒 60 フレー
ム を 保 持 する こ と に よ って 決 ま り ます。 こ のセ ク シ ョ ンでは、 異 な る 設 計 チーム メ ンバー 間 でのパフ ォーマン ス 目 標
の 分 配 について 説 明 し、 その 後 データ の 移 動 および 計 算 の 設 計 選 択 において こ れ ら のパフ ォーマン ス 目 標 を 適 用 する
ための 考 慮 事 項 を 示 し ます。 ま た、 ソ フ ト ウ ェ アおよびプ ロ グ ラ マブル ロジック (PL) にカスタム パフォーマンス 監
視 機 能 を 構 築 で き る よ う に、 Zynq-7000 AP SoC デバイ スの 監 視 オプシ ョ ンについて も 説 明 し ます。
システム パフォーマンスのデザイン 目 標
システム パフォーマンスの 目 標 は、 Zynq-7000 AP SoC デバイ ス 設 計 チームの 異 な る エンジニア リ ン グ 部 門 に 分 配 さ
れます。 こ のガ イ ド では、 ハー ド ウ ェ ア、 ソ フ ト ウ ェ ア、 シ ス テムの 3 つの 部 門 について 説 明 し ます。
ハー ド ウ ェ ア 設 計 者
Zynq デバイ スのハー ド ウ ェ ア 設 計 者 は、 PL コンポーネント、AXI で 接 続 された IP、 高 速 オフチップ インターフェイ
ス、 およびカスタム ロジックを 組 み 合 わせてデザインをインプリ メント します。 PL の 選 択 は、 スループ ッ ト やレ イ
テンシなどのパフォーマンス 要 件 によ り 決 定 されますが、 システム ソフトウェアとハードウェアの 通 信 におけるパ
フ ォーマン スの 制 限 も 考 慮 さ れる 場 合 があ り ます。 データ の 移 動 および 同 期 は PL のスループッ トおよびレイテンシ
に 大 き く 影 響 するので、 ハード ウ ェア 設 計 者 はプロセ ッ シング システム (PS) と の 通 信 を 考 慮 する 必 要 があ り ます。
PL データ の 移 動 および 監 視 ポ イ ン ト を 設 計 におけ る 決 定 に 使 用 で き ます。 こ れについては、 こ のセ ク シ ョ ンの 後 の
方 で 説 明 し ます。 最 大 周 波 数 や リ ソ ース 使 用 率 な どの 従 来 か ら の PL メトリックについては、 説 明 しません。 詳 細 は、
『UltraFast 設 計 手 法 (Vivado Design Suite 用 )』 (UG949) [ 参 照 16] を 参 照 して ください。
ソ フ ト ウ ェ ア 設 計 者
ソ フ ト ウ ェ ア 設 計 者 は、 PS 内 で 実 行 される システム ソフトウェアと、 そのメモリ、 I/O、 および PL と の 通 信 に 焦 点
を 置 いて 設 計 し ます。 た と えば、 PL と 通 信 するユーザー ソフトウェアに 複 数 の 通 信 オプションがあり、 それぞれ 利
点 と 欠 点 があ る と し ます。 Zynq デバ イ ス 特 有 の ソ フ ト ウ ェ ア パフ ォーマン ス 監 視 機 能 を 使 用 し て、 パフ ォーマン ス
を 調 整 する こ と がで き ます。 こ れについては、 こ のセ ク シ ョ ンの 後 の 方 で 説 明 し ます。 ま た、 既 存 の ARM パフォー
マンス プロファイ リ ング ツールおよび 監 視 ツールを 使 用 して、 デュアル コア Cortex-A9 プ ロ セ ッ サのパフ ォ ーマン
ス を 最 適 化 で き ます。 パフ ォーマン ス 監 視 機 能 の 詳 細 は、 ARM DS-5 Development Studio Streamline Performance
Analyzer の 資 料 [ 参 照 72] を 参 照 して く ださい。
システム 設 計 者
Zynq デバイスを 使 用 してインプ リ メ ンテーシ ョ ンされたデザインのパフォーマンス 目 標 は、 ハード ウェアと ソフ ト
ウ ェ アに 分 配 で き ます。 こ の 分 配 は、デザ イ ンのすべての 段 階 を 通 し て 考 慮 する 必 要 があ り ます。 初 期 段 階 では、ハー
ド ウ ェ ア 設 計 者 と ソ フ ト ウ ェ ア 設 計 者 は 比 較 的 個 別 に 作 業 で き ますが、 早 期 にパフ ォーマン ス を 予 測 し て 現 実 的 なパ
フ ォーマン ス 目 標 を 設 定 し、 分 配 する こ と が 必 要 にな り ます。 シ ス テム 設 計 者 は、 ハー ド ウ ェ ア と ソ フ ト ウ ェ アのパ
フ ォーマン スのボ ト ルネ ッ ク をすべて 考 慮 し、 ト レー ド オフ を 決 定 する 必 要 があ り ます。 シ ス テム 設 計 者 は、 早 期 に
データおよび 通 信 パスのパフ ォーマン ス を 予 測 し、それを 後 でシ ス テム パフォーマンス 監 視 ポイン トおよびツールを
使 用 し て 調 整 し ます。
設 計 チームのすべての メ ンバーは、 データ の 移 動 およびデータ の 計 算 のパフ ォーマン スに 対 する 影 響 を 考 慮 し ます。
システム イベン ト を 監 視 する 機 能 は、 Zynq デバイ スのパフ ォーマン ス を 設 計 および 最 適 化 する 際 に 有 益 です。 次 の
セ ク シ ョ ンでは、 こ れら の 考 慮 事 項 と 、 Zynq デバイ スの 設 計 フ ローを 進 めてい く のに 役 立 つ 推 奨 設 計 手 法 を 示 し ま
す。
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
システム デー タの 移 動
システム 内 でのデータの 移 動 は、 システム レベル パフ ォーマン スの 一 般 的 な 問 題 です。 Zynq デバイ スには AXI マス
ターが 複 数 あ り 、 直 接 ま たは DMA から ト ランザクショ ンを 駆 動 できます。 このセクションでは、Zynq デバイ スでの
データ 移 動 の 問 題 に 対 処 する ための さ ま ざ ま なオプシ ョ ン と ト レー ド オフについて 説 明 し ます。
ARM CPU では、 memcpy などの 直 接 メ モ リ 転 送 を 使 用 してデータを 移 動 できます。 このよ う な 転 送 は 4KB 以 下 の 小
さ い 転 送 に 有 益 であ り 、 大 き い 転 送 では DMA を 使 用 する と 有 益 です。 データ の ソースおよびデス テ ィ ネーシ ョ ン
バ ッ フ ァーの 場 所 も 考 慮 する 必 要 があ り ます。 た と えば、 PS から PL への DMA データ 転 送 は、 通 常 32 ビッ ト マス
ター GP ポー ト を 介 し ます。 PS DMA コント ローラーを 使 用 するための 手 法 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テ
クニカル リファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] に 含 まれています。 PS DMA コント ローラーは、 独 自 のマイク
ロコードを 実 行 します。 別 の 方 法 として、PL の DMA を 使 用 して、 64 ビッ トの ACP または HP ポー ト を 介 し てデー
タ を 移 動 する 方 法 も あ り ますが、 こ ち ら の 方 がパフ ォーマン スが 高 く 、 PL リソースを 使 用 します。
システム データ の 移 動 パフ ォーマン ス を 判 断 する 際 は、PS 内 のほかの AXI マス ター も 考 慮 する 必 要 があ り ます。IOP
DMA は、 GigE コント ローラー、 SDIO コント ローラー、 USB コ ン ト ロ ー ラ ー、 お よ びデバ イ ス コ ン フ ィ ギ ュ レ ー
ション インターフェイス (DevC) の IP ブロックに 存 在 しています。IP ブロックの 機 能 は、『Zynq-7000 All Programmable
SoC テクニカル リファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] に 説 明 されてお り 、 Linux などのオペレーティング シス
テムおよびスタンドアロン デザイ ンで 使 用 する ための ド ラ イバーが 提 供 されています。 GigE コント ローラーのパ
フ ォーマン ス 特 性 については、 『Zynq-7000 AP SoC 内 で PL イーサネ ッ ト を 使 用 する 場 合 の PS および PL イーサネ ッ
ト パフォーマンス とジャンボ フレームのサポート』 (XAPP1082) [ 参 照 38] を 参 照 し て く だ さ い。 残 り の コ アには 追 加
機 能 を 提 供 する ド ラ イバー 層 があ り ますが、 そのパフ ォーマン ス 特 性 は こ こ では 説 明 さ れていません。
PL からは、AXI マスターによ り ACP、HP、またはスレーブ GP ポー ト のデータ の 移 動 を 駆 動 で き ます。 こ れ ら のポー
ト および 関 連 のパフ ォーマン スは、 次 のセ ク シ ョ ンで 説 明 し ます。
• 93 ページの 「ACP およびキャ ッシュ コヒーレンシ」
• 96 ページの 「PL の HP ポー ト アクセス」
• 106 ページの 「APU からの GP およびダイレク ト PL アクセス」
こ れ ら のポー ト に 接 続 さ れてい る DMA は、AXI4 メモリ マップ インターフェイスと AXI4-Streaming イ ン タ ーフ ェ イ
スの 間 の 変 換 に 使 用 する のが 最 適 で、 メ モ リ マップ アクセスとデータ 中 心 プロセッシング (ビデオ パ イ プ ラ イ ン な
ど) をきれいに 分 離 します。 ただし、 DMA が 常 に 好 ま しい 方 法 ではあ り ません。 ス ト リ ー ミ ング インターフェイス
のパフ ォーマン スが 低 く 、 問 題 と な ら ない 場 合 は、AXI4-Stream FIFO コ ア を 使 用 する のがプ ロ セ ッ サか ら AXI-Stream
イ ン ターフ ェ イ ス を ソースおよび 同 期 する のに 簡 単 な 方 法 です。 ユーザー アプ リ ケーシ ョ ンには、 標 準 の AXI メモ
リ マップ ト ラ ンザ ク シ ョ ン を 使 用 し てデータ を 直 接 移 動 する カ ス タ ム AXI マスターを 含 めるこ とができます。 この
ようなカスタム データ 転 送 のスループ ッ ト およびレ イ テンシのパフ ォーマンス 特 性 は、 標 準 PL DMA デー タ 転 送 に
非 常 に 近 い も のにな る 可 能 性 があ り ます。 13 ページの 「シ ス テム 監 視 」 に 説 明 されている カ ウ ン ターおよびタ イマー
を 使 用 し て、 パフ ォーマン ス を 比 較 で き ます。
DMA は、 ソースからデステ ィ ネーシ ョ ン ロケーシ ョ ンにデータを 転 送 します。 データ ソース、 処 理 、 ま たはデータ
シン ク のレー ト の 違 いを 調 整 し て 合 わせる ため、 メ モ リ がデータ バ ッ フ ァ ー と し て よ く 使 用 さ れ、 処 理 段 階 で 最 大 の
スループッ トを 達 成 できるようにします。
オフチ ッ プのデータ バ ッ フ ァーの 場 所 は、 カ ス タ マ イ ズ 可 能 な MIO または EMIO ピ ン に 接 続 さ れてい る オ フ チ ッ プ
のメモリを 使 用 してインプリ メントできます。 メモリの 特 性 は、SD カードのフ ァ イル システムや GigE コ ン ト ロ ー
ラーを 介 してネッ ト ワークで 接 続 されたス ト レージなど、 大 きなバッファーを 移 動 する 際 のパフォーマンスに 影 響 し
ます。
オンチップのバッファ リ ングには、 OCM、 L2 キャッシュ、 DDR コント ローラーが PS 内 の 共 有 可 能 なバ ッ フ ァ ー 空
間 の 主 な ソースです。 L2 キャッシュおよび DDR コント ローラーは、 プロセッサと ACP ポー ト 間 でデータ を 共 有 す
るのに 非 常 に 適 したバッファー アクセス レイテンシを 持 ちます。ACP のみが PL から L2 キ ャ ッ シ ュ にア ク セ ス 可 能
です。 DDR への 高 バン ド 幅 のア ク セスには、 ACP よ りも HP ポー ト が 適 しています。 OCM は、 PL 内 のすべてのマ ス
ターでアクセス 可 能 な 256KB のスク ラ ッチパッ ド と してソフ ト ウェア アプ リ ケーシ ョ ンで 使 用 できます。OCM を 使
用 する 利 点 は、ラ ンダム アクセス レイテンシが 優 れている とい う こ とです。L2 キャッシュおよび DDR メモリはロー
カルのメモ リ アクセスで 有 益 です。
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
システム 計 算
計 算 は ARM コアまたは PL 内 で 実 行 で き ます。 一 般 的 な Zynq デバイ スには、 ARM コアで 実 行 されるソフ ト ウェア
に 記 述 された 制 御 プレーンがあ り ます。 データ 中 心 の 計 算 は、 既 存 の IP とカスタム IP を 組 み 合 わせて 使 用 し て PL
で 実 行 さ れます。 ラ イ ン レート パケ ッ ト の 処 理 など 高 パフ ォーマン スが 必 要 な 場 合 は、 計 算 と 制 御 をデータ の 近 く
に 移 動 で き ます。 こ れには 通 常 、 データ フ ローを 制 御 する のにカ ス タ ム PL IP が 必 要 です。
計 算 を ソ フ ト ウ ェ アか ら PL に 移 動 でき る こ と は、 Zynq-7000 AP SoC プラ ッ ト フォームの 重 要 な 利 点 です。 すべての
ソフトウェアが PL に 移 動 でき るわけではあ り ません。 コ ンパイル 前 のコード、 複 雑 な ラ イブラ リ ルーチン、OS サー
ビ スなどは 移 動 でき ません。 ソ フ ト ウ ェ ア コンポーネントを PL に 移 動 でき る 場 合 は、 フル アプ リ ケーシ ョ ン ラン
タイムなどのパフォーマンス メトリックでデータ 移 動 のコストとアクセラレーションのトレードオフを 考 慮 する 必
要 があ り ます。 こ のコ ス ト と 利 点 の 解 析 はソ フ ト ウ ェア プロファイ リング ツールを 使 用 し て 実 行 で き、 アムダール
の 法 則 に 基 づいて 可 能 な 高 速 化 を 判 断 で き ます。
この 式 で、 S はシ ス テム 全 体 のパフ ォーマン スの 向 上 、 α はハード ウ ェ ア アクセラレーションによりスピードアップ
可 能 なアルゴ リ ズムの 割 合 を 示 し ます。 1-α は 向 上 する こ と ので き ないアルゴ リ ズムの 割 合 です。 p はア ク セ ラ レー
シ ョ ンに よ る ス ピー ド ア ッ プです。 た と えば、 すべてが ソ フ ト ウ ェ アに イ ンプ リ メ ン ト さ れていた 計 算 アルゴ リ ズム
を 高 速 化 する ため、 TCF プロファイラーなどのプロファイ リング ツールを 使 用 し て 頻 繁 に 使 用 さ れる 関 数 を 特 定 で
き ます。 その 関 数 が 使 用 さ れる 時 間 の 割 合 が 大 き い と 、 α の 値 が 大 き く な り ます。 この 関 数 をハード ウ ェアにイ ンプ
リ メ ン ト し て ス ピー ド ア ッ プで き ます。 関 数 のス ピー ド ア ッ プが p にマップされます。 頻 繁 に 使 用 さ れる 関 数 を 大 型
乗 算 器 で 分 割 する と 、ハー ド ウ ェ ア ア ク セ ラ レーシ ョ ンに よ り 、 アルゴ リ ズムの 計 算 におけ るパフ ォーマン スの 向 上
が 最 大 にな り ます。
特 定 の 関 数 のス ピー ド ア ッ プには、 2 つの 要 素 があ り ます。 1 つはア ク セ ラ レーシ ョ ン ブ ロ ッ ク と のデータ の 転 送 、
もう 1 つはア ク セ ラ レータ に よ り 実 行 さ れる 実 際 の 計 算 です。 データ 転 送 に DMA を 使 用 する 場 合 は、 p を 算 出 す る
際 に DMA の 設 定 および 制 御 のオーバーヘ ッ ド を 考 慮 する 必 要 があ り ます。 オーバーヘ ッ ド が 大 き い 場 合 は、 p の 値
が 小 さ く な り 、 パフ ォーマン スの 向 上 率 が 低 く な り ます。 詳 細 は、 40 ページの 「プ ロ フ ァ イ リ ングおよび 分 割 」 を 参
照 してください。
高 位 合 成 は、ソ フ ト ウ ェ ア コンポーネントを PL に 移 動 し てア ク セラ レーシ ョ ン オプシ ョ ン を 調 べる のに 適 し た 方 法
です。 候 補 と なってい る ソ フ ト ウ ェ アが 高 位 合 成 に 適 し ていない 場 合 は、ザイ リ ン ク スが 提 供 する プ ロ グ ラ マブル ロ
ジック IP と 対 応 する ド ラ イバーの ラ イ ブ ラ リ を 使 用 し て、 シ ス テム パフ ォーマン ス 全 体 を 向 上 する ため ソ フ ト ウ ェ
アに イ ンプ リ メ ン ト さ れた 関 数 と 置 き 換 え る こ と がで き ます。
システム 監 視
ARM プ ロ セ ッ サの 監 視 用 には、 さ ま ざ ま なツールがあ り ます。 Zynq デバイ スでは、 シス テム レベル パフォーマン
スの 監 視 で PS および PL にあ る ブ ロ ッ ク も 使 用 さ れます。 こ れら のブ ロ ッ ク は、 次 の と お り です。
• SCU グローバル タイマー (PS) : SCU グローバル タイマーは、1 つのク ロ ッ ク ドメインでのシステム イベン トに
タ イ ム ス タ ンプを 付 け る のに 使 用 で き ます。 ま た、 オペレーテ ィ ン グ システムには 通 常 、 Linux clock_nanosleep
のよ うに、 ソフ ト ウェア イベン ト ト レーシング 用 の 高 精 度 タ イ マーが 含 まれています。
• ARM パフォーマンス モニター ユニッ ト (PS) : 各 ARM コアには、 マイクロ アーキテクチャ イベン ト をカウン
トするのに 使 用 されるパフォーマンス 監 視 ユニッ ト (PMU) が 含 まれています。 こ れ ら のカ ウ ン ターには、 オペ
レーテ ィ ング システムのユーティ リティを 介 してソフ ト ウェアから 直 接 アクセスするか、 Linux Perf や ARM
Streamline などのチップ デバ ッ ガーでア ク セスで き ます。 こ れら のカ ウ ン ターは、 SDK 2014.2 の [Performance]
ビューで 表 示 できます。 詳 細 は、ARM 社 の 『Cortex-A9 Technical Reference Manual』 [ 参 照 75] の 「Performance
Monitoring Unit」 を 参 照 し て く だ さ い。
• L2 キャッシュ イベン ト カウンター (PS) : L2 キャッシュには、 キャッシュ パフ ォ ーマ ン ス を 計 測 す る ためにア
クセス 可 能 なイベント カウンターがあります。 これらのカウンターは、 SDK の [Performance Counters] ビ ュ ーで
表 示 で き ま す。 詳 細 は、『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニ ュアル』 (UG585) [ 参 照 4]
を 参 照 して く ださい。
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
• GigE コント ローラー (PS) : ギガビッ ト イーサネッ ト コ ン ト ローラーには、 イ ン ターフ ェ イ スで 送 受 信 さ れたバ
イ ト 数 を 監 視 する ための 統 計 カ ウ ン ターがあ り ます。 詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リ
ファレンス マニ ュアル』 (UG585) [ 参 照 4] を 参 照 して く ださい。
• ARM パフォーマンス モニター (PL) : このコアは PL に 追 加 し、 スループ ッ ト やレ イ テンシなどの AXI パフ ォー
マンス メ ト リ ッ ク を 監 視 する ために 使 用 で き ます。 ト レース 機 能 は、 ト ラ ンザ ク シ ョ ン ご と のレ イ テンシを 監 視
するためのタイムスタンプ 付 きの AXI トランザクションの 開 始 と 終 了 など、タイムスタンプ 付 き AXI ト レース
をイネーブルにします。 詳 細 は、 AXI パフォーマンス モニターのウ ェブ ページ [ 参 照 43] を 参 照 して く ださい。
• ARM タイマー (PL) : このコアは PL に 追 加 し、 PL 内 のフ リ ーラ ンニング タイマーとして 使 用 できます。PL ク
ロック ド メイン 内 のイベントにタイムスタンプを 付 けるのに 便 利 です。 詳 細 は、 AXI タイマー/カウンターの
ウェブ ページ [ 参 照 44] を 参 照 して く ださい。
• ARM トラフィック ジェネレーター (PL) : こ の コ アを 使 用 する と 、PS イ ン タ ーフ ェ イ ス に 対 し て さ ま ざ ま な ト ラ
フィック パターンを 生 成 できます。 AXI パフォーマンス モニターと 共 に 使 用 して、 システム レベルのパフォー
マン ス を 早 期 に 予 測 で き ます。 こ の コ ア を 使 用 し て、 データ 移 動 コ ス ト を 予 測 し、 デザ イ ンの 分 割 方 法 を 検 証 で
き ます。 詳 細 は、 LogiCORE AXI Traffic Generator のウェブ ページ [ 参 照 45] を 参 照 して く ださい。
これらのモニター ブ ロ ッ ク を 使 用 する と 、 シ ス テム 全 体 のパフ ォーマン ス を 可 視 化 する こ と がで き ます。 イベン ト
カウンターおよび PL 監 視 ブ ロ ッ ク は、 特 定 のデザ イ ン パフ ォーマン ス 目 標 に 合 わせてカ ス タマイ ズ し た り 、 システ
ム パフ ォーマン スの 全 体 像 を 取 得 する のに 使 用 で き ます。ビル ト イ ンのパフ ォーマン ス 監 視 機 能 を 早 期 に 使 用 する こ
とにより、デザイン サイクルを 通 してパフォーマンス フィードバックを 取 得 でき、データ ドリブンのシステム アー
キテ ク チャの 決 定 を 下 す こ と がで き ます。
さ ま ざ ま なブ ロ ッ ク か ら の 監 視 データ を 利 用 および 取 得 する 方 法 は 複 数 あ り ます。 ほ と んどのペ リ フ ェ ラ ルには、 対
応 するベア メ タル ドライバーと 共 にパッケージされたサンプル アプ リ ケーシ ョ ンがザイ リ ンク ス SDK で 提 供 され
ています。 使 用 可 能 な Linux ドライバーのリストは、ザイリンクス Linux ドライバー Wiki ページ [ 参 照 50] を 参 照 し
てください。
ザイ リ ンクス SDK には、 ビル ト イ ンのシステム パフォーマンス モデ リ ン グおよび 解 析 機 能 が 含 まれています。 パ
フォーマンス モニターは、 システムから ラ イブ データまたは 実 際 のト ランザクションをモデリングするト ラフィッ
ク ジェネレーターで 作 成 されたデータを 収 集 します。 このデータは、 ザイ リ ンクス SDK の 表 示 ツールを 使 用 し て、
HP および ACP ポー ト に 接 続 さ れてい る APM (プロファイル モード) か ら の ト ラ ンザ ク シ ョ ン 数 、 バン ド 幅 、 お よ び
レ イ テンシの 統 計 と 共 に 表 示 で き ます。 詳 細 は、 42 ページの 「ザ イ リ ン ク ス SDK システム デバッガー」 を 参 照 して
ください。
消 費 電 力
Zynq-7000 AP SoC の 消 費 電 力 は、 シ ス テム 設 計 およびボー ド 設 計 において 重 要 な 考 慮 事 項 です。 消 費 電 力 はほ と んど
のアプ リ ケーシ ョ ンで 重 大 な 課 題 であ り 、 アプ リ ケーシ ョ ンに よ ってはカー ド ご と ま たはシ ス テム ご と の 最 大 消 費 電
力 が 指 定 さ れます。 そのため、 設 計 プ ロ セ スの 早 期 に 消 費 電 力 を 考 慮 する 必 要 があ り ます ( 多 く の 場 合 デバイ ス 選 択
時 から 開 始 )。
SoC の 消 費 電 力 を 削 減 する と 、 電 源 レールの 電 力 を 下 げ、 電 源 デザ イ ンおよび 温 度 管 理 を 簡 略 化 し、 電 源 分 配 プレー
ンの 要 件 を 緩 和 する こ と に よ り ボー ド 設 計 を 向 上 で き ます。 消 費 電 力 が 少 ない と 、 バ ッ テ リ の 寿 命 も 長 く な り 、 シ ス
テムの 動 作 温 度 が 低 い 方 が 長 持 ちする ので 信 頼 性 も 向 上 し ます。
シ ス テムの 消 費 電 力 を 削 減 する には、 最 適 な 結 果 を 得 る ために 包 括 的 で 集 中 的 なアプ ローチが 必 要 です。 こ のセ ク
ションでは、PS および PL のアーキテ ク チャおよび 機 能 、 PL に 関 連 する 電 力 コ ンポーネン ト 、 プ ロ セ ス テクノロジ
など、Zynq-7000 AP SoC の 消 費 電 力 に 関 する さ ま ざ ま な 側 面 について 説 明 し ます。 ま た、 電 力 損 失 、 消 費 電 力 を 予 測
および 計 測 する 従 来 か ら の 方 法 を 示 し ます。
消 費 電 力 の 課 題
ムーアの 法 則 に よれば、 プ ロ セス テク ノ ロジの 各 世 代 ご とに ト ランジス タのサイズが 小 さ く な り ます。サイズが 小 さ
く な る と 、 各 ト ラ ンジ ス タ の リ ー ク 電 流 が 増 加 し、 ス タ テ ィ ッ ク 消 費 電 力 (デバイ スが 動 作 し ていない と きに 消 費 さ
れる 電 力 ) が 増 加 し ます。 SoC のパフ ォーマン ス を 向 上 する には、 高 周 波 数 ク ロ ッ ク が 必 要 で、 ダ イナ ミ ッ ク 消 費 電
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
力 が 増 加 し ます。 ス タ テ ィ ッ ク 消 費 電 力 は ト ラ ンジ ス タ の リ ー ク 電 流 に、 ダ イナ ミ ッ ク 消 費 電 力 は ト ラ ンジ ス タ のス
イ ッ チング 周 波 数 に よ って 決 ま り ます。 さ ら に 不 利 な こ と に、 ト ラ ンジ ス タ のサ イ ズを 小 さ く する こ と に よ り 、FPGA
上 に 搭 載 で き る ト ラ ンジ ス タ の 数 が 増 加 し ます。 ト ラ ンジ ス タ 数 が 多 く なれば リ ー ク 電 流 も 増 加 し、 各 FPGA デバイ
ス 上 でより 多 くのト ランジスタがより 高 いクロック 周 波 数 で 切 り 替 わることになります。
こ れ ら の 問 題 のため、 電 源 および 温 度 管 理 の 問 題 にデザ イ ン サイクルの 早 期 から 対 処 しておく 必 要 があり ます。デバ
イ スに ヒ ー ト シン ク を 使 用 する だけでは、 こ れ ら の 問 題 を 適 切 に 解 決 で き ない 可 能 性 があ り ます。デザ イ ン ロジック
の 影 響 を 削 減 する 方 法 を 模 索 する 必 要 があ り ます。
図 2-1 に、 デザイ ン サ イ ク ルの さ ま ざ ま な 地 点 で 消 費 電 力 を 削 減 する ために 実 行 可 能 な 操 作 を 示 し ます。 消 費 電 力 の
問 題 に 設 計 プ ロ セスの 早 期 に 対 処 する と 、 大 き な 効 果 が 得 ら れます。
X-Ref Target - Figure 2-1
消 費 電 力 および 信 号 伝 送
図 2‐1 : デザイ ン サイ クルのさ まざまな 段 階 で 消 費 電 力 の 問 題 に 対 処
Zynq-7000 AP SoC デバイ スは、 図 2-2 に 示 すよ う に、 い く つかの 電 源 ド メ イ ンに 分 割 されます。
X-Ref Target - Figure 2-2
図 2‐2 : Zynq‐7000 AP SoC の 電 源 ド メ イ ン
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
PS と PL の 電 源 は 独 立 し ていますが、PL に 電 源 を 供 給 し ている と きには PS に も 電 源 が 供 給 さ れてい る 必 要 があ り ま
す。 PL を 必 要 と しないアプ リ ケーシ ョ ンでは、 PL の 電 源 をオフにでき ます。 表 2-1 に PS および PL の 電 源 ピ ン を 示
し ます。 電 圧 シーケ ン ス と 電 気 的 仕 様 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC (Z-7010、 Z-7015、 Z-7020) : DC 特 性 お よ
び AC ス イ ッ チ 特 性 』 (DS187) [ 参 照 28] を 参 照 して く ださい。
表 2‐1 : 電 源 ピ ン
タイプ ピン 名 公 称 電 圧 説 明
PS 電 源 V CCPINT 1.0V 内 部 ロ ジ ッ ク
V CCPAUX 1.8V I/O バッファー プリドライバー
V CCO_DDR 1.2V ~ 1.8V DDR メモリ インターフェイス
V CCO_MIO0 1.8V ~ 3.3V MIO バンク 0、 ピン 0:15
V CCO_MIO1 1.8V ~ 3.3V MIO バンク 1、 ピン 16:53
V CCPLL 1.8V 3 つの PLL クロック、 アナログ
PL 電 源 V CCINT 1.0V 内 部 コ ア ロジック
V CCAUX 1.8V I/O バッファー プリドライバー
V CCO_# 1.8V ~ 3.3V I/O バッファー ドライバー (バンクご と)
V CC_BATT 1.5V PL 復 号 キーの メ モ リ バックアップ
V CCBRAM 1.0V PL ブロック RAM
V CCAUX_IO_G# 1.8V ~ 2.0V PL 補 助 I/O 回 路
XADC VCCADC 1.8V アナ ロ グ 電 源 およびグ ラ ン ド
グランド GND グランド デジタルおよびアナログ グランド
PS 電 源 ド メ イ ン
Zynq-7000 AP SoC の PS 電 源 ド メ イ ンについては、 『Zynq-7000 All Programmable SoC PCB デザイ ン ガイド』 (UG933)
[ 参 照 14] の 第 5 章 「プロセッシング システム (PS) の 電 源 および 信 号 」 を 参 照 し て く だ さ い。
PL 電 源 ド メ イ ン
Zynq-7000 AP SoC の 異 な る PL リ ソ ースに 電 源 を 供 給 する には、 複 数 の 電 源 が 必 要 です。 異 な る リ ソースは 異 な る 電
圧 レベル 動 作 する ので、 ノ イ ズや 寄 生 効 果 に 対 し て 高 い 耐 性 を 保 ちなが ら、 パフ ォーマン スおよび 信 号 強 度 を 向 上 で
きます。
17 ページの 表 2-2 に、 Zynq-7000 AP SoC で 使 用 可 能 な PL リソースで 使 用 さ れる 一 般 的 な 電 源 を 示 し ます。 詳 細 は
Zynq-7000 AP SoC フ ァ ミ リ によ って 異 な る 場 合 があ るので、 こ の 表 はガイ ド ラ イ ン と し てのみ 示 し ています。
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
表 2‐2 : PL の 電 源
電 源
V CCINT
および
V CCBRAM
V CCAUX
および
V CCAUX_IO
V CCO
MGT
電 源 が 供 給 される リ ソース
• すべての CLB リソース
• すべての 配 線 リ ソ ース
• すべての ク ロ ッ ク バッファーを 含 むクロック ツ リ ー 全 体
• ブロック RAM/FIFO
• DSP スライス
• すべての 入 力 バ ッ フ ァー
• IOB に 含 まれる ロ ジ ッ ク エレ メン ト (ILOGIC/OLOGIC)
• ISERDES/OSERDES
• トライステート イーサネッ ト MAC
• クロック マネージャー (DCM、 PLL など) ( 大 部 分 は Vccaux で 供 給 さ れる ため 少 量 のみを
供 給 )
• MGT の PCIE および PCS 部 分
• クロック マネージャー (MMCM、 PLL、 DCM など)
• IODELAY/IDELAYCTRL
• すべての 出 力 バ ッ フ ァー
• 差 動 入 力 バ ッ フ ァー
• V REF ベースのシングルエン ド I/O 規 格 (HSTL18_I など)
• 位 相 器
• すべての 出 力 バ ッ フ ァー
• 一 部 の 入 力 バ ッ フ ァー
• デジ タル 制 御 イ ン ピーダン ス (DCI) 回 路 (オンチップ 終 端 (OCT))
• トランシーバーの PMA 回 路
ボード レベルの 電 源 分 配 システム
プ リ ン ト 回 路 基 板 では、 電 源 が 電 源 分 配 シ ス テム (PDS) によ り ソースから 電 源 を 必 要 とするさまざまなチップおよび
デバイ スに 分 配 されます。 PDS デザ イ ンは 単 純 な も のか ら 複 雑 な も のまであ り ますが、 次 の 3 つの 主 な 要 件 を 満 たす
必 要 があ り ます。
• 適 切 に 調 整 さ れた 電 源 を 供 給 する 必 要 があ り ます。 電 源 調 整 は 安 定 化 電 源 回 路 で 実 行 さ れ、 1 つま たは 複 数 のバ
ルク キャパシタと LC フ ィ ルター 回 路 でサポー ト さ れます。
• すべての 電 流 負 荷 条 件 下 でボー ド のすべてのポ イ ン ト で 安 定 し てい る 必 要 があ り ます。すべての 負 荷 条 件 化 での
安 定 には、 次 の 2 つの 要 件 があ り ます。
° 分 配 シ ス テムの 抵 抗 と イ ンダ ク タ ン スは 低 い 必 要 があ り ます。 こ れには 通 常 、 分 配 用 に 電 源 プレーンおよび
帰 路 プレーン と 、 さ ま ざ ま なデバイ ス 接 続 に 低 イ ンダ ク タ ン スのパ ッ ド およびビ アが 必 要 です。
° 電 荷 は 必 要 な と き に 必 要 な 場 所 にあ る こ と が 必 要 です。 必 要 な 電 荷 は 通 常 、 ボー ド 全 体 に 配 置 さ れてい るバ
イパス キ ャパシ タ と 、 それよ り は 少 ないが 分 配 さ れた 平 面 キ ャパシ タ ン スに 蓄 積 さ れます。
• デバイ スのス イ ッ チをオンにし た と きにほかのデバイ ス を 干 渉 し た り 、EMI を 発 生 させる ノ イ ズを 生 成 し ない こ
と が 必 要 です。
Zynq デバイ スの 電 源 分 配 シス テムの 詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC PCB デザイ ン ガイド』 (UG933) [ 参
照 14] の 第 3 章 「 電 源 分 配 シ ス テム」 を 参 照 し て く だ さ い。
パワー マネージメ ン ト
Zynq-7000 AP SoC を 使 用 する こ と に よ り 、シ ス テムのス タ テ ィ ッ ク 消 費 電 力 を 削 減 で き る こ と があ り ます。Zynq-7000
AP SoC の PS は、 デュ アル コア ARM Cortex-A9 CPU と 統 合 さ れたペ リ フ ェ ラ ルか ら 構 成 さ れる 最 適 化 さ れたシ リ コ
ン エレ メン トです。 PL は、 28nm の 高 性 能 、 低 消 費 電 力 (HPL) プロセスで 構 築 されたザイ リンクス 7 シリーズ アー
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
キテ ク チャに 基 づいてお り 、 消 費 電 力 を 大 幅 に 削 減 し なが ら 高 パフ ォーマン ス を 提 供 し ます。 HPL プロセスで 構 築 さ
れたデバイ ス を 選 択 する と 、 複 雑 で コ ス ト の 高 いス タ テ ィ ッ ク 消 費 電 力 管 理 機 構 は 必 要 な く な り ます。
シ ス テム 消 費 電 力 を 削 減 する には、 多 数 の 方 法 があ り ます。 次 のセ ク シ ョ ンでは、 シ ス テム 消 費 電 力 要 件 を 満 たすた
めにデザ イ ン を 最 適 化 する 際 に 役 立 つ ヒ ン ト を 示 し ます。
PS パワー マネージメ ン ト
このセクショ ンでは、 Zynq-7000 AP SoC PS の 消 費 電 力 を 最 適 化 する 際 の 考 慮 事 項 を 説 明 し ます。 こ れには、 APU ユ
ニッ ト、 PS ペリフェラル、 クロックおよび PLL、 キャッシュ、SCU、 OCM の 消 費 電 力 管 理 が 含 まれます。 こ こ での
説 明 は、 シ ス テム 全 体 の 消 費 電 力 管 理 の ト レー ド オフの 影 響 を 理 解 し てい る こ と を 前 提 と し ています。
システム 設 計 に 関 する 考 慮 事 項
PS コ ンポーネン ト の 消 費 電 力 は、 次 の よ う に 管 理 で き ます。
• アプ リ ケーシ ョ ン プロセッシング ユニッ ト (APU) : Zynq-7000 AP SoC の APU では、 動 的 な ク ロ ッ ク ゲーテ ィ ン
グがサポート されています。 この 機 能 は、 CP15 電 源 制 御 レ ジ ス タ を 使 用 し て 有 効 にで き ます。 有 効 にする と 、
CPU 内 部 ブ ロ ッ ク への ク ロ ッ ク がア イ ド ル 期 間 中 、 動 的 に 無 効 にな り ます。 ク ロ ッ ク ゲーテ ィ ングの 対 象 と な
るのは、 次 のブロッ クです。
° 整 数 コ ア
° システム 制 御 ブロック
° データ エンジン
プロセッサ コ アの 電 圧 と 動 作 周 波 数 を 下 げる こ と に よ り 、 消 費 電 力 を 最 大 1/2 削 減 する こ と が 可 能 です。 詳 細 は、
『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニ ュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の 消 費 電 力 管 理 のセ ク
シ ョ ン を 参 照 し て く だ さ い。
• PS ペリフェラル : PS は、 数 個 の ク ロ ッ ク ド メ イ ン をサポー ト し てお り 、 各 ド メ イ ンに 個 別 の ク ロ ッ ク ゲーテ ィ
ング 制 御 があ り ます。 シ ス テムが 動 作 モー ド の 場 合 は、 使 用 さ れていない ク ロ ッ ク ドメインをシャットダウンし
てダ イナ ミ ッ ク 消 費 電 力 を 削 減 で き ます。 タ イ マー、 DMA、 SPI、 QSPI、 SDIO、 DDR コント ローラーなどの PS
ペ リ フ ェ ラ ルの ク ロ ッ ク は、 個 別 にゲーテ ィ ン グ し て 消 費 電 力 を 削 減 で き ます。 シ ス テム クロックと、それらを
分 周 器 、 ゲー ト 、 マルチプレ ク サーを 使 用 し て 制 御 する 方 法 の 詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニ
カル リファレンス マニ ュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の 第 25 章 「 ク ロ ッ ク 」 を 参 照 し て く だ さ い。
• キャッシュ : L2 キャッシュ コ ン ト ローラーでは、 次 のダ イナ ミ ッ ク 消 費 電 力 削 減 機 能 がサポー ト さ れます。 こ
の 機 能 は、 l2cpl310.reg15_power_ctrl レ ジ ス タ の 該 当 する イ ネーブル ビ ッ ト で 制 御 し ます。
° 動 的 ク ロ ッ ク ゲーテ ィ ング : 高 度 な 動 的 ク ロ ッ ク ゲーテ ィ ン グ 機 能 を 有 効 にする と 、 キ ャ ッ シ ュ コ ン ト
ローラーがアイ ドル 状 態 のと きにそのク ロ ッ クが 停 止 します。 ク ロ ッ ク ゲーテ ィ ング 機 能 は、 コ ン ト ロー
ラーがアイ ドル 状 態 になってから 数 サイクル 後 にク ロッ クを 停 止 します。
° スタンバイ モード : L2 キャッシュ コント ローラーのスタンバイ モード は、 L2 キャッシュ コ ン ト ロ ー ラ ー
を 駆 動 し てい る プ ロ セ ッ サの 割 り 込 み 待 機 (WFI) モード と 組 み 合 わせて 使 用 でき ます。 プロセ ッ サが WFI
モード でス タ ンバイ モー ド が 有 効 になってい る 場 合 、 L2 キャッシュ コ ン ト ローラーの 内 部 ク ロ ッ ク が 停 止
します。WFI 使 用 の 詳 細 は、『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニ ュアル』 (UG585)
[ 参 照 4] の 第 3 章 「アプリケーション プロセッシング ユニッ ト (APU)」 を 参 照 し て く だ さ い。
スタンバイ モード は、 動 的 ク ロ ッ ク ゲーテ ィ ング 機 能 の 一 部 です。 ス タ ンバイ モード では、 ク ロ ッ ク ゲーテ ィ
ングは WFI ステー ト に 限 定 されるため、 通 常 の 動 作 条 件 における L2 キャッシュ ア ク セスの 予 測 性 が 向 上 し ま
す。
• オンチップ メモリ (OCM) : 通 常 、 Linux スタンドバイ モー ド な どの 低 消 費 電 力 モー ド での 全 体 的 な 消 費 電 力 を
削 減 する ために OCM を 使 用 で き ます。 た と えば、 DDR が 低 消 費 電 力 モー ド の 場 合 に 実 行 コー ド を 格 納 する のに
OCM を 使 用 できます。
• スヌープ 制 御 ユニッ ト (SCU) : mpcore.SCU_CONTROL_REGISTER で 該 当 するビットをセットすると、SCU のス
タンバイ モー ド を 有 効 にで き ます。 こ れを 有 効 にする と 、 次 の 条 件 が 満 た さ れた 場 合 に 内 部 SCU クロックが 停
止 します。
° CPU が WFI モード
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
° ACP に 保 留 中 の 要 求 がない
° SCU にアクテ ィ ビテ ィが 残 っていない
CPU が WFI モー ド を 終 了 する か、 ACP に 要 求 が 発 生 する と 、 SCU は 通 常 動 作 を 再 開 し ます。
• PLL : PLL の 消 費 電 力 は PLL の 出 力 周 波 数 に 依 存 する ので、PLL の 出 力 周 波 数 を 低 く する と 消 費 電 力 を 削 減 で き
ます。 また、 未 使 用 の PLL の 電 源 をオフに し て も、 消 費 電 力 を 削 減 で き ます。 た と えば、 すべての ク ロ ッ ク ジェ
ネレーターを DDR PLL で 駆 動 で き る 場 合 、ARM コア PLL と I/O PLL を 無 効 に し て 消 費 電 力 を 削 減 で き ます。す
べてのク ロ ッ ク ジ ェ ネレーターを 駆 動 で き る のは DDR PLL のみです。 各 ク ロ ッ ク は、 使 用 し ない 場 合 は 個 別 に
無 効 にで き ます。 個 々のサブシ ス テムが、 こ れ と は 別 の 独 自 の ク ロ ッ ク 無 効 化 機 能 や 消 費 電 力 削 減 機 能 を 備 えて
い る 場 合 も あ り ます。
• 物 理 メ モ リ : Zynq-7000 AP SoCs では、 DDR2、 DDR3、 LPDDR2 な ど、 異 な る タ イ プの 物 理 メ モ リ がサポー ト さ
れます。 サポー ト さ れる DDR メモリ タイプは、16 ビッ ト データおよび 32 ビッ ト デー タ の 両 方 で 動 作 で き ま
す。 DDR の 消 費 電 力 は 総 消 費 電 力 の 大 き な 割 合 を 占 め る ため、 その 消 費 電 力 を 最 小 限 に 抑 え る こ と がシ ス テム
消 費 電 力 を 削 減 する 重 要 な 手 段 と な り ます。 DDR の 消 費 電 力 を 削 減 する 際 には、 次 の 事 項 を 考 慮 し ます。
° DDR コ ン ト ローラーの 動 作 速 度
° DDR の 幅 および ECC を 有 効 にするか 無 効 にするか
° 使 用 さ れる DDR チップの 数
° DDR タイプ ( 電 圧 を 大 幅 に 下 げる ために LPDDR を 使 用 する など)
° 低 消 費 電 力 動 作 中 に 使 用 さ れる 異 な る DDR モード の 使 用 (DDR セルフ リフレッシュ モード など)。 DDR の
低 消 費 電 力 動 作 モー ド での 消 費 電 力 については、 該 当 する DDR 規 格 を 参 照 し て く だ さ い。
DDR コント ローラーのクロック ゲーテ ィ ングのイ ンプ リ メ ンテーシ ョ ンについては、 『Zynq-7000 All
Programmable SoC テクニカル リファレンス マニ ュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の 「 ク ロ ッ ク 」 の 章 を 参 照 し て く だ さ
い。
• I/O : MIO や DDR I/O などの I/O デバイ ス も、 総 消 費 電 力 に 影 響 し ます。 I/O バ ッ フ ァ ー 制 御 のパワー マネージ
メントについては、『Zynq-7000 All Programmable SoC PCB デザイ ン ガイド』 (UG933) [ 参 照 14] の 「SelectIO のシ
グナ リ ング」 の 章 を 参 照 して く ださい。
ソフトウェア サポー ト
Linux カーネルでは、 次 のパワー マネージ メ ン ト ステートがサポート されます。
• S0 : フ リ ーズ ま たは 低 消 費 電 力 ア イ ド ル 状 態 。 こ れは、 汎 用 の 純 粋 な ソ フ ト ウ ェ ア、 軽 量 、 低 消 費 電 力 ス テー ト
です。
• S1 : スタンバイまたはパワーオン サスペン ド 。 すべてのプ ロ セ ッ サ キ ャ ッ シ ュ が 消 去 さ れ、 命 令 実 行 が 停 止 し
ます。 プロセッサおよび RAM への 電 源 供 給 は 保 持 さ れます。
• S3 : STR (Suspend-to-RAM)。 シ ス テムおよびデバイ スのス テー ト が メ モ リ に 保 存 さ れます。 すべてのデバイ スが
サスペン ド 状 態 にな り 、 電 源 がオフにな り ます。 RAM への 電 源 供 給 は 保 持 さ れます。
Linux の Zynq-7000 AP SoC のパワー マネージ メ ン ト サポー ト については、 Zynq パワー マネージ メ ン ト Wiki ページ
[ 参 照 64] を 参 照 して く ださい。
このリンクには、Zynq-7000 AP SoC 用 にイ ンプ リ メ ン ト される CPU スケーリング フ レーム ワー ク についての 情 報 も
あります。CPU スケーリング フレームワークは、 ランタイムに CPU の 周 波 数 を ス ケー リ ン グする ために 使 用 さ れま
す。 高 処 理 パフ ォーマン ス を 必 要 と し ないアプ リ ケーシ ョ ンでは、 アプ リ ケーシ ョ ンの 要 件 に 合 わせて CPU の 周 波
数 を 下 げる こ と がで き ます。 ク ロ ッ ク 周 波 数 を 下 げる と 、 動 作 時 の 消 費 電 力 を 大 幅 に 削 減 で き ます。
PL パワー マネージメ ン ト
PL を 必 要 と しないアプ リ ケーシ ョ ンでは、 PL の 電 源 をオフにで き ます。 こ れには、 PS と PL を 独 立 し た 電 源 に 接 続
し てお く 必 要 があ り ます。 オフにで き る PL 電 源 には、 VCCINT、 VCCAUX、 VCCBRAM、および VCCO があ り ます。
電 源 投 入 シーケ ン ス を 判 断 する には、 該 当 するデータ シー ト を 参 照 し て く だ さ い。
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
PL の 電 源 をオフにする と コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンが 失 われる ため、 次 の 電 源 投 入 時 に も う 一 度 コ ン フ ィ ギ ュ レー
シ ョ ン を 実 行 する 必 要 があ り ます。 PL の 電 源 をオフにし て も 安 全 かど う かは、 ソ フ ト ウ ェアで 判 断 する よ う にする
必 要 があ り ます。
このセクショ ンでは、 Zynq-7000 AP SoC の PL 消 費 電 力 を 最 適 化 する 際 の 考 慮 事 項 を 説 明 し ます。
ロジック リ ソースの 使 用 量
PL リ ソ ースの 使 用 量 は、 Zynq-7000 AP SoC で 使 用 さ れる 総 消 費 電 力 を 決 定 する 重 要 な 要 素 です。 使 用 さ れる CLB リ
ソース、 専 用 ハード ウ ェ ア、 配 線 の 量 はデザイ ンによ って 異 な り 、 PL で 使 用 さ れる ス タ テ ィ ッ ク 消 費 電 力 およびダ
イナ ミ ッ ク 消 費 電 力 が 追 加 さ れます。 PL アーキテクチャを 詳 細 に 理 解 してお く こ とによ り、 シ リ コン リソースを 活
用 でき ます。
消 費 電 力 を 削 減 する には、 デザ イ ンの ロ ジ ッ ク を 削 減 で き る 可 能 性 を 探 す 必 要 があ り ます。 こ れに よ り よ り 小 型 のデ
バイ ス を 使 用 で き る よ う にな り 、 ス タ テ ィ ッ ク 消 費 電 力 が 削 減 さ れます。 1 つの 方 法 は、 CLB にファンクシ ョ ンをイ
ンプ リ メ ン トするのではな く 専 用 ハード ウェア ブ ロ ッ ク を 使 用 する こ と です。こ れに よ り ス タ テ ィ ッ ク 消 費 電 力 およ
びダ イ ナ ミ ッ ク 消 費 電 力 が 削 減 さ れ、 タ イ ミ ン グ 要 件 を 満 た しやす く な り ます。 専 用 ハー ド ウ ェ ア ブロッ ク を 使 用
する と、 CLB ロジッ クを 使 用 して 等 価 コンポーネン ト を 構 築 するよ り も 総 ト ランジスタ 数 が 少 なくなるので、 スタ
テ ィ ッ ク 消 費 電 力 が 削 減 さ れます。
特 定 の リ ソース を イ ン ス タ ンシエー ト する には、 IP カ タ ロ グ を 使 用 し て 専 用 ハー ド ウ ェ ア を カ ス タ マ イ ズ し ます。 未
使 用 の PS IP は、 ほかのタ ス クに 使 用 でき ます。 た と えば DSP48 ス ラ イ スには、 乗 算 、 加 算 、 累 算 、 多 入 力 ロ ジ ッ ク
コンパレータ、 シフター、 パターン 一 致 、 カウンターなど、 多 数 のロジック ファンクションがあります。 ブロック
RAM は、 ステー ト マシン、 数 値 演 算 、 ROM に 使 用 でき ます。
ほ と んどの 必 要 な コーデ ィ ング 手 法 は、 『UltraFast 設 計 手 法 (Vivado Design Suite 用 )』 (UG949) [ 参 照 16] に 説 明 さ れて
います。
制 御 セ ッ ト の 管 理
制 御 信 号 (クロック、 セット、 リセット、 クロック イ ネーブルな どの 制 御 エレ メ ン ト を 制 御 する 信 号 ) は、 デバイ ス
の 集 積 度 、 使 用 率 、 およびパフ ォーマン スに 影 響 し ます。 こ れ ら の 信 号 の 消 費 電 力 への 影 響 を 最 小 限 に 抑 え る ための
ガ イ ド ラ イ ンの 一 部 を 説 明 し ます。
1 つのレ ジ ス タ ま たは ラ ッ チにセ ッ ト と リ セ ッ ト の 両 方 を 使 用 し ない よ う に し ます。 ザ イ リ ン ク ス FPGA のフ リ ップ
フ ロ ッ プは、 非 同 期 と 同 期 の リ セ ッ ト およびセ ッ ト 制 御 の 両 方 がサポー ト さ れます。 ただ し 基 にな る フ リ ッ プフ ロ ッ
プは、 一 度 に 1 つのセット、 リセット、プリセット、 またはクリアのみをインプリ メントできます。RTL コードでこ
れ ら の 機 能 の 複 数 を 指 定 する と 、 1 つの 条 件 がフ リ ッ プフ ロ ッ プの SR ポー ト にイ ンプ リ メ ン ト され、 も う 1 つの 条
件 が PL にインプリ メン ト されるため、 よ り 多 くの PL リソースが 使 用 されます。
1 つの 条 件 が 同 期 でも う 1 つの 条 件 が 非 同 期 の 場 合 、 非 同 期 条 件 が SR ポー ト を 使 用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ、 同 期
条 件 が PL にインプリメントされます。 通 常 は、 複 数 のセット、 リセット、プリセット、またはクリア 条 件 を 使 用 し
ないよ う にし ます。 また、 1 つのス ラ イ ス 内 にあ る 4 つのフリ ップフロップの 各 グループに 対 して、 1 つの 属 性 に よ
りフリップフロップの SR ポー ト が 同 期 か 非 同 期 かが 決 ま り ます。
レ ジ ス タ 上 の 制 御 ポー ト はア ク テ ィ ブ High なので、 アクテ ィブ High 制 御 信 号 を 使 用 する よ う に し ます。 ア ク テ ィ ブ
Low の 信 号 にはレジス タ 制 御 ポー ト を 駆 動 する 前 に 反 転 が 必 要 なので、 よ り 多 く のルッ ク ア ッ プ テーブルが 使 用 さ
れます。 LUT に 既 にほかの 入 力 があ り 、 反 転 に 別 の LUT が 必 要 と な る こ と があ り ます。 ア ク テ ィ ブ Low の 制 御 信 号
を 使 用 する と 、 イ ンプ リ メ ンテーシ ョ ンの ラ ン タ イ ムが 長 く な り 、 デバイ スの 使 用 率 が 悪 く な り 、 タ イ ミ ン グおよび
消 費 電 力 に 影 響 する こ と があ り ます。 そのため、 FPGA でアクテ ィブ Low の リ セ ッ ト を 使 用 する こ と は 推 奨 さ れませ
ん。
可 能 な 限 り 、 HDL コードまたはインスタンシエート されたコンポーネントでアクティブ High の 制 御 信 号 を 使 用 し て
く だ さ い。 デザ イ ン 内 で 制 御 信 号 の 極 性 を 指 定 する こ と が 不 可 能 な 場 合 は、 コー ド の 最 上 位 階 層 で 信 号 を 反 転 し て く
ださい。 I/O ロジックは 推 論 されたインバーターを 追 加 の FPGA ロ ジ ッ ク ま たは 配 線 を 使 用 せずに 吸 収 する こ と がで
き る ので、 リ ソース 使 用 率 、 パフ ォーマン ス、 および 消 費 電 力 が 向 上 し ます。
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
セッ トおよびリセッ トの 制 御
不 要 なセ ッ ト および リ セ ッ ト を コー ド に 含 め る と 、 シフ ト レジスタ LUT (SRL)、 LUT RAM、 お よ びその 他 の ロ ジ ッ
ク 構 造 が 推 論 さ れな く な る こ と があ り ます。 コー ド がぎ こ ちない も のにな る 可 能 性 はあ り ますが、 多 く の 回 路 はセル
フ リ セ ッ ト する よ う にする こ と がで き る か、 リ セ ッ ト が 不 要 な 可 能 性 があ り ます。 た と えばデータ パイプライン 内 の
フ リ ッ プフ ロ ッ プでは、 リ セ ッ ト を 付 け る 意 味 はあ ま り あ り ません。 数 サ イ ク ル 後 にはパイ プ ラ イ ン 全 体 が 動 作 可 能
と な り 、 不 正 なデータ はシ ス テムか ら 消 去 さ れます。
セ ッ ト および リ セ ッ ト の 使 用 を 削 減 する と 、 デバイ スの 使 用 率 が 向 上 し、 その 結 果 配 置 が 良 く な る ので、 パフ ォーマ
ン スが 改 善 し、 消 費 電 力 が 削 減 さ れます。
リ セ ッ ト の 設 計 の 詳 細 は、 『Get Smart about Reset: Think Local, Not Global Whitepaper』 (WP272) [ 参 照 32] を 参 照 し て く
ださい。
クロック ゲーテ ィ ング
PL のダ イナ ミ ッ ク 消 費 電 力 は、 さ ま ざ ま なデザ イ ン ノ ー ド におけ る 動 作 ク ロ ッ ク 周 波 数 (fclk)、 ノード キ ャ パシ タ
ンス (C)、 FPGA の 動 作 電 圧 (V)、およびスイッチング アクティビティ () か ら 算 出 さ れます。 ダ イナ ミ ッ ク 消 費 電 力
の 式 は 次 の とお り です。
ダ イナ ミ ッ ク 消 費 電 力 = α x fclk x C x V2 式 2‐1
ほ と んどのデザ イ ンでは、 上 記 のパ ラ メ ーターのい く つかは FPGA テクノロジ ( 動 作 電 圧 など) またはデザイン 要 件
( 動 作 周 波 数 など) によ り 決 定 されます。
クロックまたはデータ パスのゲーティ ングは、 これらのパスの 結 果 が 使 用 されない 場 合 にスイ ッチング アクティビ
ティを 停 止 するためによく 使 用 される 方 法 です。 クロック ゲーティングによりすべての 同 期 アクティビティが 停 止
し、 データ パス 信 号 およびグ リ ッ チが 伝 搬 さ れな く な り ます。
Vivado ® ツールでは、 望 ま し く ない 状 況 を 検 出 する ため 記 述 およびネ ッ ト リ ス ト が 解 析 さ れますが、 ツールにはない
アプ リ ケーシ ョ ン、 データ フ ロー、 および 依 存 性 に 関 する 情 報 も あ り ます。 こ れら の 情 報 は、 設 計 者 が 指 定 し て、 望
ま し く ない 状 況 を さ ら に 削 除 する 必 要 があ り ます。
デザイ ン ノードには PL 出 力 には 影 響 し ないが ト グルし 続 け る も の も あ り ます。 各 フ リ ッ プフ ロ ッ プ、ブ ロ ッ ク RAM、
および DSP48 にはローカル クロック イネーブルがあります。 これらのローカル クロック イ ネーブルを ゲーテ ィ ン
グすることにより、 不 要 なフリ ップフロップ、 ブロック RAM、 および DSP がトグルしないようにすることができま
す ( 図 2-3)。
X-Ref Target - Figure 2-3
図 2‐3 : ローカル クロック イ ネーブルをゲーテ ィ ング し て 不 要 な ト グルを 削 除
可 能 な 場 合 、 ゲーテ ィ ング 信 号 で 制 御 さ れる エレ メ ン ト 数 を 最 大 に し ます。 た と えば、 ク ロ ッ ク イネーブル 信 号 で 各
ロードをゲーティ ングするよ り も、そのソースのクロ ッ ク ド メ イ ン をゲーテ ィ ン グ し た 方 が 消 費 電 力 の 削 減 量 が 大 き
く な り ます。 アプ リ ケーシ ョ ンに よ って、 PL の 異 な る ク ロ ッ ク バッファー プリ ミティブを 使 用 してクロックをゲー
ティングできます。
BUFGCE プリ ミティブは、クロック イネーブル 付 きグローバル クロック バッファーです。BUFGCE は、 グ ロ ーバル
クロックまたはクロック ド メ イ ン を グ リ ッ チな し で 動 的 にゲーテ ィ ン グする ために 使 用 で き ます。こ の リ ソース を 使
用 する と 、 ク ロ ッ ク イ ネーブルのフ ァ ンア ウ ト も 低 減 でき、 PL フ ァ ブ リ ッ ク の 配 線 リ ソース を 節 約 で き ます。
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
PL 内 の 特 定 のロ ジ ッ ク ファンクションまたはクロック ドメインにゲーティングが 必 要 な 場 合 は、BUFHCE ま たは
BUFRCE プ リ ミ テ ィ ブを 使 用 で き ます。 こ れら のプ リ ミ テ ィ ブは 負 荷 およびキ ャパシ タ ン ス を 低 減 し、 PL のダイナ
ミ ッ ク 消 費 電 力 を 削 減 し ます。
ク ロ ッ ク を 特 定 の 領 域 に 分 配 し、PL フ ァ ブ リ ッ ク の 動 的 ス イ ッ チン グ を 回 避 する には、BUFGMUX_CTRL プリ ミティ
ブを 使 用 で き ます。 こ のプ リ ミ テ ィ ブは、 消 費 電 力 を 削 減 する ために 高 速 ク ロ ッ ク と 低 速 ク ロ ッ ク を 切 り 替 え る ため
に も 使 用 で き ます。
通 常 、 PL 出 力 には 影 響 し ないが ト グルし 続 け るデザ イ ン ノードがいくつかあり、 これらのために 不 要 なダイナミ ッ
ク 消 費 電 力 が 発 生 し ます。 FPGA クロック イ ネーブルを 使 用 する と 、 こ れ ら の ノ ー ド をゲーテ ィ ングで き ます。
低 消 費 電 力 デザ イ ンには、 タ イ ミ ング 制 約 を 最 適 に 使 用 する こ と も 重 要 です。 アプ リ ケーシ ョ ンが 温 度 制 御 さ れた 環
境 で 動 作 する 場 合 は、 タイミングを 満 たすためにタイミング 制 約 を 緩 和 できます。デザインは、 指 定 された 最 大 ク
ロック レー ト を 使 用 する よ う 制 約 する 必 要 があ り ます。 ク ロ ッ ク レー ト を 必 要 以 上 に 高 速 にする と 、 次 の よ う な 悪
影 響 があ り ます。
• リ ソース 共 有 が 低 減 する ため よ り 多 く の PL リソースが 使 用 されます。
• 厳 し い タ イ ミ ング 制 約 を 満 たすために 多 く の ロ ジ ッ ク およびレ ジ ス タ が 複 製 さ れます。
• 配 線 の 量 が 増 加 し ます。
• 推 論 さ れる PL 専 用 機 能 が 少 な く な り ます。
こ れ ら の 悪 影 響 は、 ダ イナ ミ ッ ク 消 費 電 力 に 大 き く 影 響 し ます。
ブロック RAM
ブロック RAM の 消 費 電 力 量 は、 イ ネーブルになってい る 時 間 に 直 接 比 例 し ます。 消 費 電 力 を 削 減 する には、 ブ ロ ッ
ク RAM が 使 用 されない と きにブロ ッ ク RAM イネーブルを Low にします。 ブロッ ク RAM イネーブル レ ー ト と ク
ロック レー ト は、 消 費 電 力 を 最 適 化 する 際 に 考 慮 する 必 要 のあ る 重 要 な 要 素 です。
ブロック RAM は、 ア ク テ ィ ブ 読 み 出 し ま たは 書 き 込 みサ イ ク ル 中 は イ ネーブルにする 必 要 があ り ます。 合 成 ツール
で こ れ ら のプ リ ミ テ ィ ブが 推 論 さ れない 可 能 性 があ る ので、 必 要 な 場 合 は 回 路 図 で 推 論 を 確 認 し、 消 費 電 力 を 削 減 す
る ために 必 要 な 場 合 はイ ン ス タ ンシエー ト する 必 要 があ り ます。
フロアプラン
複 数 の ク ロ ッ ク 領 域 にま たがるデザ イ ンでは、 よ り 多 く の ク ロ ッ ク リ ソースが 使 用 さ れ、 消 費 電 力 も 大 き く な り ま
す。 可 能 な 場 合 は、 図 2-4 に 示 すよ う に、 断 続 的 に 使 用 される ロ ジ ッ ク を 1 つの ク ロ ッ ク 領 域 に 配 置 し、 消 費 電 力 を
削 減 しやす く し ます。 ツールは こ れを 自 動 的 に 実 行 する よ う 試 みますが、 デザ イ ンに よ ってはエ リ ア 制 約 を 適 用 する
など、 手 動 の 操 作 が 必 要 な 場 合 があ り ます。
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
X-Ref Target - Figure 2-4
図 2‐4 : 断 続 的 に 使 用 される ロジ ッ ク を 1 つのク ロ ッ ク 領 域 に 配 置
データ の 移 動 を 制 限 する こ と も、 消 費 電 力 を 削 減 する 1 つの 手 段 です。 た と えば 図 2-5 に 示 すよ う に、 PL 内 でオペラ
ン ド を 移 動 する のではな く 、 結 果 のみを 移 動 する よ う に し ます。 バス を 短 く し、 数 を 少 な く する と 、 キ ャパシ タ ン ス
が 低 減 さ れ、 パフ ォーマン スが 向 上 し、 消 費 電 力 が 削 減 さ れます。 フ ロ アプ ラ ンでピ ン 配 置 および 対 応 する ロ ジ ッ ク
デザ イ ン を 考 慮 する 必 要 があ り ます。
X-Ref Target - Figure 2-5
I/O の 消 費 電 力
図 2‐5 : デー タの 移 動 を 制 限
I/O の 消 費 電 力 は、 総 消 費 電 力 に 大 き く 影 響 し ます。 デザ イ ンに よ っては、 特 に メ モ リ 集 約 型 のシ ス テムでは、 総 消
費 電 力 の 半 分 が I/O で 消 費 される ものも あ り ます。
一 部 の イ ン ターフ ェ イ スでは、 高 速 の 差 動 I/O 機 能 は 必 要 あ り ません。HSLVDCI などの I/O 規 格 を 使 用 する と 、FPGA
間 の 低 速 メ モ リ イ ン ターフ ェ イ スで 消 費 電 力 を 大 幅 に 削 減 で き ます。
すべての Zynq-7000 AP SoC では、 スルー レー ト および 駆 動 電 流 をプ ロ グ ラ ム 可 能 で、I/O のダ イナ ミ ッ ク 消 費 電 力 を
削 減 する ために 使 用 で き ます。 デバイ スはデジ タル 制 御 イ ン ピーダン ス (DCI) をサポート しており、 ト ラ イステート
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
にでき ます。 DCI を 使 用 する と 、 I/O の 出 力 が イ ネーブルの 場 合 に 終 端 電 力 が 不 要 にな る ので、 デバイ スで 終 端 電 力
が 消 費 されるのはイ ングレ ス サイ クル 中 のみです。
Zynq-7000 AP SoC には、 HSTL および SSTL 用 にユーザーがプ ロ グ ラ ム 可 能 な レ シーバー 消 費 電 力 モー ド が 組 み 込 ま
れています。 各 I/O のプ ロ グ ラ ム 可 能 な 消 費 電 力 モー ド を 制 御 する と 、 消 費 電 力 と パフ ォーマン ス を ト レー ド オフす
ることにより DC 消 費 電 力 を 削 減 で き ます。
Zynq-7000 AP SoC には、 高 パフ ォーマン ス 用 に 最 適 化 さ れたジ ッ ターの 小 さ い ト ラ ンシーバーが 含 まれています。 こ
れ ら の ト ラ ンシーバーには 複 数 の 低 消 費 電 力 機 能 があ り 、 消 費 電 力 と パフ ォーマン ス を ト レー ド オフする ために 動 作
と 粒 度 を 柔 軟 にカ ス タ マ イ ズで き ます。
トランシーバーでは、 共 有 LC PLL を 使 用 して 消 費 電 力 を 削 減 できます。 レーン レー ト が 同 一 の 4 レーン デザ イ ン
(XAUI など) では、 個 々のチャネルの PLL ではな く ク ワ ッ ド PLL を 使 用 で き ます。 同 様 に、 PLL は 範 囲 内 であれば 高
いレー ト および 低 いレー ト で 動 作 で き る ので、 低 い 動 作 範 囲 を 選 択 する と 消 費 電 力 を 削 減 で き ます。
RXPOWERDOWN および TXPOWERDOWN オプシ ョ ン を 有 効 にで き ます。 PCIe システムで 主 に 使 用 されるシステム
D3 ス テー ト などの 最 小 消 費 電 力 モー ド では、 PLL パワーダウンを 有 効 にできます。
I/O 消 費 電 力 は、 次 の 方 法 で 削 減 する こ と も で き ます。
• 時 分 割 多 重 化 を 使 用 し て I/O 数 を 削 減 する。
• I/O バン ク が 使 用 さ れていない と き にオフに しやすい よ う に、 最 小 限 I/O 数 デザ イ ン 分 割 を 使 用 する。
• 1 つのバン ク 内 で 使 用 される I/O 規 格 の 数 を 削 減 する。
パーシ ャル リコンフィギュレーション
ス タ テ ィ ッ ク 消 費 電 力 を 削 減 する には、 よ り 小 型 のデバイ ス を 使 用 する のが 1 つの 方 法 です。パーシ ャル リコンフィ
ギ ュ レーシ ョ ン を 使 用 する と 、 PL のロジッ ク ブ ロ ッ ク を 時 分 割 し、 デザ イ ンの 部 分 を 個 別 に 実 行 で き ます。 デザ イ
ンのすべての 部 分 が 100% の 時 間 必 要 ではないので、 こ の よ う にする と よ り 小 型 のデバイ ス を 使 用 で き ます。
パーシ ャル リ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンでは、ダ イナ ミ ッ ク 消 費 電 力 と ス タ テ ィ ッ ク 消 費 電 力 の 両 方 を 削 減 で き る 可 能
性 があ り ます。 た と えば、 多 く のデザ イ ンは 非 常 に 高 速 に 動 作 し ますが、 高 パフ ォーマン スが 必 要 なのはわずかな 時
間 であ る こ と があ り ます。 消 費 電 力 を 削 減 する には、 100% の 時 間 高 パフ ォーマン スのデザ イ ン を 作 成 する 代 わ り に、
パーシ ャル リコンフィギュレーションを 使 用 して 高 パフォーマンス デザ イ ン を 同 じデザ イ ンの 低 消 費 電 力 バージ ョ
ンに 置 き 換 え、 システムで 高 パフォーマンスが 必 要 な と きに 高 パフォーマンス バージ ョ ンのデザイ ンに 戻 し ます。
こ の 概 念 は、 特 にデザ イ ンで 高 消 費 電 力 イ ン ターフ ェ イ スがすべての 時 間 必 要 でない 場 合 など、 I/O 規 格 に も 適 用 で
きます。 LVDS は、 電 源 投 入 に 高 DC 電 流 が 必 要 なため、 ア ク テ ィ ビ テ ィ にかかわ らず 高 消 費 電 力 イ ン ターフ ェ イ ス
です。 パーシ ャル リ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン を 使 用 し て、 デザ イ ンで 高 パフ ォーマン スが 必 要 でない 場 合 に、 I/O を
LVDS から LVCMOS な どの 低 消 費 電 力 イ ン ターフ ェ イ スに 切 り 替 え、 シ ス テムで 高 速 転 送 が 必 要 な と き に LVDS に
戻 す こ と がで き ます。
消 費 電 力 予 測
消 費 電 力 予 測 は、 デザ イ ン サイクルの 次 の 3 つの 段 階 で 実 行 で き ます。
• 概 念 段 階 : こ の 段 階 では、 ロ ジ ッ ク 容 量 およびア ク テ ィ ビ テ ィ レー ト の 予 測 に 基 づき、 消 費 電 力 を 大 まかに 見 積
もることができます。
• 設 計 段 階 : デザイ ンが Zynq-7000 AP SoC にどの よ う に イ ンプ リ メ ン ト さ れるかに 関 する 詳 細 な 情 報 に 基 づき、よ
り 正 確 な 消 費 電 力 予 測 を 実 行 で き ます。
• シ ス テム 統 合 段 階 : 消 費 電 力 を ラ ボ 環 境 で 計 測 し ます。
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ザ イ リ ン ク スでは、シ ス テムの 温 度 要 件 および 電 源 要 件 をデザ イ ン サ イ ク ルを 通 し て 評 価 する ためのツールおよび 資
料 を 提 供 し ています。 図 2-6 に、 デザイ ン サ イ ク ルの 各 段 階 で 使 用 で き る ツールを 示 し ます。
X-Ref Target - Figure 2-6
図 2‐6 : FPGA 設 計 プ ロセスで 使 用 でき る Vivado 消 費 電 力 予 測 / 解 析 ツール
ツールには、スタンドアロンのものと インプリ メ ンテーシ ョ ン プロセスに 統 合 されているものがあり、 設 計 プロセス
の 各 段 階 で 入 手 可 能 な 情 報 を 使 用 し ます。 すべてのツール 間 で 情 報 を 交 換 で き、 解 析 が 効 率 よ く 実 行 さ れます。
最 終 的 な 消 費 電 力 は、 シ ス テム を イ ンプ リ メ ン ト し、 ラ ボで 計 測 する こ と に よ り 判 断 し ます。 こ れには、 開 発 ボー ド
の 電 源 ラ イ ン を 手 動 でプ ローブする か、 外 部 プ ロ グ ラ マブル 電 圧 レ ギ ュ レータ か ら 電 圧 および 電 流 を 読 み 出 す 機 構 を
使 用 し ます。 設 計 の 初 期 段 階 で 消 費 電 力 を 正 確 に 予 測 する こ と に よ り 、 後 で 問 題 が 発 生 する のを 回 避 で き ます。
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
Xilinx Power Estimator (XPE)
Xilinx Power Estimator (XPE) は、 通 常 プ ロ ジ ェ ク ト の 概 念 段 階 で 使 用 さ れる スプレ ッ ド シー ト 形 式 の 消 費 電 力 予 測
ツールです。XPE はアーキテ ク チ ャ の 評 価 およびデバイ スの 選 択 に 利 用 で き、 アプ リ ケーシ ョ ンに 適 し た 電 源 や 温 度
管 理 コ ンポーネン ト の 選 択 に 役 立 ち ます。 図 2-7 に、 Zynq-7000 AP SoC 用 の XPE インターフェイスを 示 します。 こ
のツールを 使 用 して、 デザイン リ ソ ースの 使 用 状 況 、 ア ク テ ィ ビ テ ィ レート、 I/O 負 荷 、 CPU ク ロ ッ ク 周 波 数 、 その
他 のデザイ ン パラ メーターを 指 定 できます。 デバイス モデル と パラ メ ーターが 組 み 合 わ さ れて、 消 費 電 力 分 配 が 予
測 されます。
X-Ref Target - Figure 2-7
図 2‐7 : Zynq‐7000 AP SoC 用 の XPE インターフェイス
XPE は、 デザ イ ン サ イ ク ルの 後 半 の イ ンプ リ メ ンテーシ ョ ンおよび 消 費 電 力 を 最 適 化 する 段 階 で も、 た と えば 設 計
変 更 指 示 (ECO) の 消 費 電 力 への 影 響 を 評 価 する 場 合 などに よ く 使 用 さ れます。 複 数 のチームに よ り イ ンプ リ メ ン ト さ
れる 大 型 デザ イ ンでは、 プ ロ ジ ェ ク ト リーダーが XPE を 使 用 し て 各 チームのモジ ュールの 使 用 量 およびア ク テ ィ ビ
テ ィ を イ ンポー ト し て 総 消 費 電 力 を 監 視 し、 制 約 が 満 た さ れる よ う に 消 費 電 力 バジ ェ ッ ト の 割 り 当 てを 変 更 で き ま
す。
システム レベルの 消 費 電 力 解 析
最 終 的 なシ ス テム 消 費 電 力 は、 デザ イ ン を イ ンプ リ メ ン ト し、 ラ ボで 計 測 する こ と に よ り 判 断 し ます。 こ れには、 開
発 ボー ド の 電 源 ラ イ ン を 手 動 でプ ローブする か、 電 圧 レ ギ ュ レータ か ら 電 圧 および 電 流 を 読 み 出 す 機 構 を 使 用 し ま
す。
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
「Zynq-7000 AP SoC Low Power Techniques part 1 - Installing and Running the Power Demo Tech Tip」 (Zynq-7000 AP SoC 低
消 費 電 力 手 法 1 - 消 費 電 力 デモの イ ン ス ト ールおよび 実 行 に 関 する テ ク ニカル ヒント) Wiki ページ [ 参 照 61] に、
Zynq-7000 AP SoC の PS と PL セクションで 異 なるアプリケーション シナ リ オを 実 行 している 場 合 のシステム レベル
の 消 費 電 力 を 示 す リ フ ァ レ ン ス デザイ ンがあ り ます。 デザイ ンでシステム レベルの 消 費 電 力 を 計 測 する 際 に、 こ の
ページを 参 照 で き ます。
Vivado 消 費 電 力 解 析
Vivado 消 費 電 力 解 析 は、 設 計 段 階 で 配 置 配 線 済 みデザ イ ンの 消 費 電 力 を 解 析 する 機 能 です。 消 費 電 力 の 詳 細 な 解 析
や、 指 定 の 動 作 条 件 におけ る 温 度 情 報 を 示 す 包 括 的 な GUI があ り ます。 図 2-8 に、 Vivado 消 費 電 力 解 析 か ら のレポー
ト 例 を 示 します。
X-Ref Target - Figure 2-8
図 2‐8 : Vivado 消 費 電 力 解 析 のレポー ト 例
Viovado 消 費 電 力 解 析 機 能 には、 消 費 電 力 に 関 する 2 つのビ ューがあ り ます。
• クロック ツ リ ー、 ロ ジ ッ ク 、 信 号 、 I/O、 およびブロック RAM や DSP ブロックなどの PS IP な ど、 デザ イ ン の
ブロッ クのタイプによ り 消 費 される 電 力
• デザ イ ン 階 層 で 消 費 さ れる 電 力
この 2 つのビ ューを 切 り 替 え る こ と に よ り 、 詳 細 な 消 費 電 力 解 析 を 実 行 で き ます。 こ れ ら のビ ューに よ り 消 費 電 力 が
最 も 大 き いブ ロ ッ ク ま たはデザ イ ンの 部 分 を 効 率 的 に 判 断 で き、 消 費 電 力 最 適 化 を 集 中 的 に 実 行 する 部 分 を 特 定 で き
ます。
VCD (Value Change Dump) および SAIF (Switching Activity Interchange Format) からのスイッチング ア ク テ ィ ビ テ ィ 情 報
を Vivado 消 費 電 力 解 析 に 入 力 する こ と に よ り 、よ り 正 確 な 消 費 電 力 予 測 が 可 能 です。VCD ファイルには、シミュレー
シ ョ ンの 各 段 階 でのヘ ッ ダー 情 報 、 変 数 定 義 、 値 の 変 更 の 詳 細 が 含 まれます。 SAIF ファイルには、 信 号 のトグル 回
数 と 信 号 が 0、 1、 X、 または Z と な る 期 間 を 指 定 する タ イ ミ ン グ 属 性 が 含 まれます。
Vivado での PL 消 費 電 力 の 最 適 化
前 述 の よ う に ク ロ ッ ク ゲーテ ィ ン グ を 使 用 し て 消 費 電 力 を 最 適 化 で き ますが、 実 際 に 使 用 さ れる こ と はほ と んど あ り
ません。 これは、 デザイ ンにほかのソースからの IP が 含 まれていた り 、 詳 細 な ク ロ ッ ク ゲーテ ィ ングを 実 行 するに
は 多 大 な 労 力 を 要 する ためです。 Vivado ツールでは、 こ の よ う な 消 費 電 力 の 最 適 化 を 自 動 的 に 実 行 で き、 最 小 限 の 労
力 で 最 大 限 の 消 費 電 力 削 減 を 達 成 で き ます。
Vivado デザイ ン ツールでは、 さ ま ざ ま な 消 費 電 力 の 最 適 化 が 提 供 さ れてお り 、 ダ イ ナ ミ ッ ク 消 費 電 力 を 最 大 30% 削
減 でき ます。
Vivado は、 レガシ IP ブロックおよびサードパーティ IP ブロックを 含 む PL デザ イ ン 全 体 を 解 析 し、 消 費 電 力 を 削 減
できる 可 能 性 を 調 べます。 クロッ ク サイクルの 結 果 に 影 響 しないソース レ ジ ス タ の 出 力 ロ ジ ッ ク を 特 定 し、 細 粒 度
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クロック ゲーティングおよびロジッ ク ゲーテ ィ ン グ 信 号 を 作 成 し て、 不 要 な ス イ ッ チ イ ング ア ク テ ィ ビ テ ィ を 除 去
します。
消 費 電 力 最 適 化 は、 専 用 ブ ロ ッ ク RAM に も 適 用 さ れます。 節 約 さ れる 消 費 電 力 のほ と んどは、 データ が 書 き 込 まれ
ていないと きおよび 出 力 が 使 用 されていないと きに、 専 用 ブロ ッ ク RAM をデ ィ スエーブルにする こ と に よ り 達 成 さ
れます。
消 費 電 力 最 適 化 オプシ ョ ンの 使 用 方 法 およびデザ イ ンの 消 費 電 力 情 報 の 取 得 方 法 の 詳 細 は、『Vivado Design Suite ユー
ザー ガイド : 消 費 電 力 の 解 析 と 最 適 化 』 (UG907) [ 参 照 10] を 参 照 して く ださい。
PL 消 費 電 力 バジ ェ ッ ト の 超 過 の 修 正
デザイ ン サイ クルの 最 後 の 方 では、 システムを 市 場 に リ リ ースする 圧 力 が 大 き く 、 ボード 環 境 および 冷 却 ソ リ ュー
ションなどのほとんどのシステム パラ メ ーターが 詳 細 に 定 義 されています。そのためエンジニア リ ング 作 業 のや り 直
しは 制 限 されますが、 PL で さ ら に 消 費 電 力 の 削 減 が 可 能 な 場 合 があ り ます。 次 のプ ロ セス を 使 用 する と 、 PL の 消 費
電 力 を 削 減 で き る 可 能 性 が 高 い 部 分 に 集 中 で き ます。
1. 消 費 電 力 バジ ェ ッ ト を 超 えてい る 箇 所 の 特 定
Vivado GUI を 使 用 している 場 合 は Vivado 消 費 電 力 解 析 レポー ト の [Summary] ページ、 コ マン ド ラ イ ン を 使 用 し
てい る 場 合 は 消 費 電 力 レ ポー ト ファイルの Summary セクションを 確 認 します。 [On-Chip Power] および [Power
Supply] セ ク シ ョ ンで、 消 費 電 力 分 配 の 概 要 を 確 認 で き ます。[Summary] ページでバジ ェ ッ ト を 超 えてい る 消 費 電
力 の 種 類 および 電 力 量 を 確 認 し ます。
2. 集 中 する エ リ アの 特 定
Vivado 消 費 電 力 解 析 レ ポー ト ま たは Xilinx Power Estimator で 詳 細 を 確 認 し ます。 環 境 パ ラ メ ーター と 、 各 リ ソー
ス、 デザ イ ン 階 層 、 ク ロ ッ ク ド メ イ ンで 消 費 さ れる 電 力 を 解 析 し ます。 消 費 電 力 が 高 いエ リ ア を 見 つけた ら、 示
さ れてい る 情 報 を 使 用 し てその 原 因 を 特 定 し ます。
3. 試 行
消 費 電 力 最 適 化 を 実 行 するデザ イ ン 箇 所 の リ ス ト を 作 成 し た ら、 簡 単 な も のか ら 困 難 な も のの 順 に 並 び 替 えて、
実 行 する 最 適 化 ま たは 試 みを 決 定 し ます。 消 費 電 力 解 析 機 能 では What-If 解 析 が 可 能 であ り 、 コー ド や 制 約 を 変
更 せず、 イ ンプ リ メ ンテーシ ョ ン を 再 実 行 せずに、 デザ イ ンにすばや く 変 更 を 加 えて 消 費 電 力 予 測 を 実 行 で き ま
す。
消 費 電 力 最 適 化 の 手 法 は こ のガ イ ド に も リ ス ト さ れていますが、 詳 細 は 『Vivado Design Suite ユーザー ガイド :
消 費 電 力 の 解 析 と 最 適 化 』 (UG907) [ 参 照 10] を 参 照 して く ださい。
Vivado 消 費 電 力 最 適 化 機 能 での 試 行
Vivado ツールで 消 費 電 力 最 適 化 を 実 行 し た と き に 消 費 電 力 が 最 大 限 に 削 減 さ れる よ う にする には、 消 費 電 力 最 適 化 を
デザ イ ン 全 体 に 実 行 し、 デザ イ ンの 一 部 を 除 外 し ない よ う に し ます。 消 費 電 力 最 適 化 を 有 効 に し て も 消 費 電 力 を 削 減
できない 場 合 は、 次 の 3 つのエ リ ア を 詳 細 に 調 べます。
• グローバル セッ ト/ リセット 信 号
• ブロック RAM イネーブルの 生 成
• レジスタのクロック ゲーテ ィ ング
こ れ ら の 部 分 で 消 費 電 力 最 適 化 に よ り 生 成 さ れた イ ネーブルの 数 が 少 ない 場 合 、 コーデ ィ ン グ 手 法 およびデザ イ ンに
設 定 さ れてい る プ ロパテ ィ を 見 直 す 必 要 があ る 可 能 性 があ り ます。
Vivado 消 費 電 力 解 析 機 能 での 試 行
Vivado の [Report Power] ダイアログ ボ ッ ク スで 設 定 を 変 更 し て 解 析 を 実 行 し、 消 費 電 力 への 影 響 を 確 認 で き ます。 最
適 な 結 果 を 取 得 するために Vivado 消 費 電 力 解 析 の さ ま ざ ま なオプシ ョ ン を 使 用 する 方 法 の 詳 細 は、 『Vivado Design
Suite ユーザー ガイド : 消 費 電 力 の 解 析 と 最 適 化 』 (UG907) [ 参 照 10] を 参 照 して く ださい。
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Xilinx Power Estimator (XPE) での 試 行
複 数 の ソースで 開 発 さ れたモジ ュールか ら の Vivado 消 費 電 力 解 析 結 果 を、 XPE にインポートできます。 これによ り、
異 なる IP ブ ロ ッ ク がデバイ スに イ ンプ リ メ ン ト さ れた と き の 総 消 費 電 力 を 確 認 で き ます。 デザ イ ンの 変 更 の 消 費 電
力 への 影 響 を、 コー ド やネ ッ ト リ ス ト を 変 更 せずに 予 測 で き ます。 XPE では 各 ロジ ッ ク エレ メン ト または 信 号 を 個
別 に 調 整 する こ と はで き ないので、 XPE での 消 費 電 力 予 測 の 精 度 は Vivado 消 費 電 力 解 析 よ り も 低 く な り ます。
まとめ
コー ド 記 述 の 前 に 消 費 電 力 削 減 のための 設 計 手 法 を 理 解 し て 適 用 する のが、 シ ス テムの 消 費 電 力 を 削 減 する 最 良 の 方
法 です。 デザイ ン サイクルの 適 切 な 段 階 でさまざまなザイ リンクス ツールを 使 用 こ と に よ り 、 消 費 電 力 仕 様 を 満 た
す こ と がで き、 ボー ド 設 計 において 電 源 の 数 、 タ イ プ、 サ イ ズを 選 択 する ための 情 報 が 得 ら れます。
クロッキングおよびリセッ ト
Zynq-7000 AP SoC のさまざまな IP ブロックへのソース ク ロ ッ ク と し て、 外 部 および 内 部 ク ロ ッ ク リソースを 使 用 で
き ます。 こ のセ ク シ ョ ンでは、 こ れ ら の リ ソ ースについて 説 明 し ます。 ま た、 さ ま ざ ま なハー ド ウ ェ ア、 ソ フ ト ウ ェ
ア、 およびデバ ッ グ リ セ ッ ト について と 、 こ れら をいつ 使 用 すべき かについて も 説 明 し ます。
外 部 ク ロ ッ ク
PS_CLK
PS 側 では、 プロセ ッ サ クロック PS_CLK を 供 給 する のに 30 ~ 60MHz の 範 囲 の 固 定 周 波 数 オシ レーターが 通 常 使 用
されます。 クロッ クは、 MIO バンク 0 用 の I/O 電 圧 と 同 じ 電 圧 レベルを 使 用 する シン グルエン ド の LVCMOS 信 号 で
あ る 必 要 があ り ます。 その 他 すべての PS 内 部 クロックは、 このクロックから ARM、 DRM、 および IO の 3 つの PLL
を 使 用 して 生 成 されます。
ザ イ リ ン ク ス 評 価 キ ッ ト で 使 用 さ れる PS_CLK のデフ ォル ト 周 波 数 は 33.3 MHz です。 その 他 の ク ロ ッ ク 周 波 数 も 使
用 でき ますが、 次 のものは PS ク ロ ッ ク 周 波 数 に 依 存 し ているので、 それに 応 じ て 調 整 が 必 要 と な り ます。
• LogiCORE IP Processing System 7 コンフィギュレーション ウ ィ ザー ド を 使 用 する と 、 選 択 し た PS_CLK 周 波 数 に
基 づいて、PLL および SPI や UART などの I/O ペリフェラル ク ロ ッ ク それぞれの 分 周 値 および 逓 倍 値 を 算 出 で き
ます。 これらの 値 は、 PS の 初 期 化 時 に FSBL (First Stage Boot Loader) によ り 使 用 されます。
• U-Boot ボード コンフィギュレーション インクルード ファイル
• Linux デザ イ ン 特 定 のデバイ ス ツリー
その 他
PL 側 では、 シン グルエン ド ま たは 差 動 の 固 定 周 波 数 オシ レーターを 追 加 の ク ロ ッ ク ソースと して 使 用 でき、 よ り 柔
軟 性 があ り ます。 こ れら のオシレーターをマルチ リージョナル クロック 兼 用 (MRCC) 入 力 ピ ンに 接 続 し、 対 応 する
PL バンクの I/O 規 格 および 電 圧 要 件 に 従 う 必 要 があ り ます。 PL 入 力 ク ロ ッ ク のジ ッ ターは、 PS で 生 成 されるクロッ
クよりもかなり 小 さくなります。アプリケーションによっては (ビデオ シ ス テムでビデオの 解 像 度 に 依 存 する 正 確 な
ピクセル ク ロ ッ ク を 生 成 する ためなど)、 外 部 低 ジ ッ ター プログラマブル クロック シンセサ イ ザーが 使 用 さ れます。
一 部 のボー ド ペリフェラルでは、PHY を 動 作 させるために 外 部 ク リ ス タルが 必 要 です。た と えば、イーサネ ッ ト PHY
には 25MHz クリスタルが 必 要 です。また、ペリフェラル I/O イ ン ターフ ェ イ スには、 対 応 する PHY と 通 信 する ため
に 入 力 ク ロ ッ ク と 出 力 ク ロ ッ ク があ る ものも あ り ます (イーサネッ トの RX クロックと TX クロックなど)。
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内 部 ク ロ ッ ク
PS
PS クロック サブシステムで 生 成 されるすべてのク ロ ッ クは、 3 つのプロ グ ラマブル PLL (CPU、 DDR、 または I/O) の
いずれかから 派 生 し た も のです。 これらの 各 PLL は、 CPU、 DDR、 およびペリフェラル サブシステムのク ロ ッ クに
緩 く 関 連 付 け られています。 通 常 の 動 作 では、 PLL はイネーブルになっており、PS_CLK クロック ピンで 駆 動 されま
す。 バイパス モード では、 PLL の 代 わ り に PS_CLK ピン 上 のクロック 信 号 がさまざまなクロック ジ ェ ネ レー タ ーの
ソースとなり ます。 ブート プロセスの 後 、 バイパス モードおよび 各 PLL の 出 力 周 波 数 は、 ソ フ ト ウ ェ アに よ り 個 別
に 制 御 でき ます。
CPU クロック ドメインは、CPU_6x4x、 CPU_3x2x、 CPU_2x、および CPU_1x の 4 つの ク ロ ッ ク で 構 成 さ れてい ます。
これらの 4 つの ク ロ ッ ク の 名 前 は、 周 波 数 に 基 づいています。 周 波 数 は、 6:3:2:1 (6:2:1 と 省 略 ) または 4:2:2:1 (4:2:1 と
省 略 ) のいずれかの 比 率 で 関 連 付 け られています。 すべての CPU ク ロ ッ ク は、 お 互 いに 同 期 し ています。 DDR には
DDR_3x と DDR_2x の 2 つの 独 立 し た ク ロ ッ ク ド メ イ ンがあ り ます。 こ れ ら の ク ロ ッ ク は、 お 互 いに 非 同 期 で、 CPU
ク ロ ッ ク と も 非 同 期 です。ほ と んどの I/O ペリフェラル ク ロ ッ ク には 専 用 分 周 器 があ り ます。 各 ペ リ フ ェ ラ ル クロッ
ク はほかのすべての ク ロ ッ ク と 完 全 に 非 同 期 です。
PS ‐ PL インターフェイス
PL AXI チャネル (AXI_HP、 AXI_ACP、 および AXI_GP) には、 PS と PL の 間 に 非 同 期 イ ン ターフ ェ イ スがあ り ます。
ク ロ ッ ク 乗 せ 換 えが 発 生 する 部 分 の 同 期 化 は PS 内 にあ り 、 PL から PS にインターフェイス ク ロ ッ ク を 供 給 し ます。
上 記 の 各 イ ン ターフ ェ イ スでは、 PL の 異 なる ク ロ ッ ク を 使 用 でき ます。
PS から PL には 4 つの 周 波 数 プ ロ グ ラ マブル ファブリ ック クロック (FCLK [3:0]) が 供 給 されてお り 、 PS と PL の 境
界 に 物 理 的 に 分 散 しています。これらのクロックは、クロックのソース (ARM、 DDR、 または I/O PLL) およびク ロ ッ
ク の 出 力 周 波 数 を 設 定 する こ と に よ り 、 個 別 に 制 御 で き ます。 4 つの FCLK クロックが 同 じクロック ソース を 共 有 し
ていて も、 こ れら の ク ロ ッ ク 間 に 位 相 関 係 があ る と は 限 り ません。 複 数 の FCLK 領 域 間 の イ ン ターフ ェ イ スには、 適
切 なデザイ ン 制 約 を 使 用 して く ださい。 FCLK クロックは、PS - PL レベル シ フ タ ーが 有 効 にな る ま でデ ィ ス エーブ
ルにな り ます。
推 奨 : 1 つの FCLK を PL 内 にイ ン ス タ ンシエー ト された Clocking Wizard IP コ アに 配 線 し 、 複 数 の 位 相 が 揃 っ た 出 力
ク ロ ッ ク を 生 成 する のが 推 奨 さ れる 方 法 です。
FCLK を 使 用 する 際 の 利 点 と 欠 点 は、 次 の と お り です。
• FCLK は、 次 の 状 況 で 推 奨 される PL クロックです。
° プロセッサが PL ク ロ ッ ク 周 波 数 を 制 御 する 場 合 。
° オンボード クロック ジ ェ ネレーターが 使 用 で き ない 場 合 。
• FCLK は、 次 の 状 況 では 推 奨 さ れません。
° PL ク ロ ッ ク 周 波 数 が FCLK でサポー ト さ れる 周 波 数 範 囲 を 超 えてい る 場 合 。
° FPGA ピンで 提 供 されるクロックが PL で 使 用 さ れる 場 合 。こ れは、 受 信 データ のサンプ リ ン グに 入 力 ク ロ ッ
ク を 使 用 する ソース 同 期 プ ロ ト コルではよ く あ り ます。
° 低 クロッ ク ジ ッ ターが 必 要 な 場 合 。
° 特 定 の ク ロ ッ ク 供 給 が 必 要 な IP ブロックの 中 に FCLK を 使 用 で き ない も のがあ る 場 合 。
- メモリ インターフェイス ジェネレーター (MIG) で 差 動 ク ロ ッ ク が 必 要 です。 このため、 ジ ッ ターが 原
因 で 削 減 さ れた 周 波 数 を 除 き、 MIG には FCLK が 使 用 でき ません。
- GT は、 基 準 ク ロ ッ ク と し てボー ド か ら の 差 動 ク ロ ッ ク を 使 用 する 必 要 があ り ます。
PS クロック システムの 詳 細 は、『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニ ュアル』 (UG585) [ 参
照 4] の 「 ク ロ ッ ク 」 の 章 を 参 照 し て く だ さ い。
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
PL
PL には、 グ ローバルまたは リ ージ ョ ナル クロック バッファー (BUFG、 BUFR)、 位 相 ロック ループ (PLL)、 混 合 モー
ド クロック マネージャー (MMCM) など、FPGA デバイ スで 一 般 的 に 使 用 さ れる ク ロ ッ ク プ リ ミ テ ィ ブ を 使 用 で き ま
す。 Clocking Wizard IP コアは、 8 つまでのコンフ ィ ギュレーシ ョ ン 可 能 な 出 力 ク ロ ッ クを 持 つ MMCM/PLL プ リ ミ
ティブのラッパーをインプリ メントします。 ダイナミック リコンフィギュレーション ポー ト (DRP) または AXI-Lite
イ ン ターフ ェ イ ス を 使 用 し て、 ク ロ ッ ク 周 波 数 のダ イナ ミ ッ ク リコンフィギュレーションを 有 効 にできます。
ヒント : Zynq システムを PS_CLK に 基 づ く 1 つの 入 力 クロ ッ クを 使 用 して 構 築 し、すべての PL クロックを FCLK お
よび FPGA クロック リ ソ ースか ら 生 成 する のが 最 も 単 純 です。
PS のパワーオン リセッ ト
PS のパワーオン リセット (PS_POR_B) は、 すべての PS 電 源 が 必 要 な 電 圧 レベルで 安 定 する まで、 PS を リ セ ッ ト 状
態 に 保 持 するために 使 用 される ア ク テ ィ ブ Low の 信 号 です。 こ の 信 号 は、 電 源 のパワーグ ッ ド 信 号 ま たは 電 圧 監 視
チ ッ プか ら 生 成 する 必 要 があ り ます。 PS_POR_B が 解 放 された と きに、 システム クロック (PS_CLK) が 2,000 ク ロ ッ
ク サイクル 間 安 定 している 必 要 があり ます。PS_POR_B は、 VCCO_MIO0 に プ ル ア ッ プす る 必 要 が あ り ま す。
PS_POR_B をアサートする 際 は、 パルスを 100s よ り 長 く する 必 要 があ り ます。
パワーオン リセットは、チップのマスター リセッ トです。 デバイス 上 でリセッ ト 可 能 なすべてのレジスタをリセッ
トし、すべての PS RAM (OCM、 FIFO、 バッファーなどを 含 む) を リセットして、BootROM の 実 行 を 開 始 し て PL コ
ンフィギュレーショ ンをク リアします。PS_POR_B が Low に 保 持 されている 間 、PS I/O は ト ラ イ ス テー ト に 保 持 さ れ
ます。
PS システム リセッ ト
PS システム リセット (PS_SRST_B) は、 主 にデバ ッ グに 使 用 される ア ク テ ィ ブ Low の 信 号 です。 ブー ト プ ロ セ ス を
開 始 する には、 こ の 信 号 を High に 接 続 する 必 要 があ り ます。 PS_SRST_B を 使 用 しない 場 合 は、 VCCO_MIO1 にプル
アップします。 PS_POR_B をアサートする 際 は、 パルスを 1s よ り 長 く する 必 要 があ り ます。
PS システム リセット (PS_SRST_B) は、 デバ ッ グ 環 境 に 影 響 を 与 えずにすべての 機 能 ロ ジ ッ ク を リ セ ッ ト し ます。 こ
れは、デバッ グ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン を 消 去 するパワーオン リセット (PS_POR_B) と 異 なります。PS_SRST_B は、
すべての PS RAM を 消 去 し、 BootROM の 実 行 を 開 始 し て、 PL コ ン フ ィ ギ ュ レ ーシ ョ ン を すべて ク リ ア し ま すが、
PS_POR_B のよ うにブート モード ス トラッピング ピンをサンプ リ ング し 直 し ません。 ブー ト モー ド は 前 回 のパワー
オン リセット と 同 じになり、 セキュリティ レベルは 以 前 のブー ト の も のが 維 持 さ れます。
PS_POR_B 信 号 をデ ィ アサー ト する 前 に、 PS_SRST_B 信 号 をデ ィ アサー ト する 必 要 があ り ます。 PS_POR_B リセッ
トによる BootROM の 実 行 中 に PS_SRST_B リセット 信 号 がアサートされると、 システムが 停 止 します。PS_SRST_B
と PS_POR_B の 両 方 を 使 用 する 場 合 は、 PS_POR_B を 最 後 にデ ィ アサー ト する 必 要 があ り ます。 詳 細 は、 ザ イ リ ン ク
ス アンサー 52847 [ 参 照 68] を 参 照 して く ださい。
PL をク リアしない PS リセット ソ リ ューシ ョ ンが 必 要 な 場 合 は、 ザ イ リ ン ク ス テクニカル サポー ト ま でご 連 絡 く だ
さい。
システム ソフトウェア リセッ ト
システム ソフトウェア リセット (SLCR ソフト リセットとも 呼 ばれる) は、 PSS_RST_CTRL[SOFT_RST] に 書 き 込 む
ことによりアサートされ、PS_SRTS_B ピンをアサートするのと 同 じ 効 果 があります。 すべての PS RAM が ク リ ア さ
れ、 PL もリセットされます。
ウォッチド ッグ タイマーのリセット
ウォッチドッグ タイマーのリセットには、システム ウォッチドッグ (SWDT) と 2 つの ARM ウォッチドッグ (AWDT0
および AWDT1) の 2 種 類 の ソ ースがあ り ます。 SWDT は 常 にシステム 全 体 を リ セ ッ ト し、 AWDT は 関 連 付 け ら れて
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
いる ARM コア (CPU リセット と 同 じ 効 果 ) またはシステム 全 体 (システム ソフトウェア リセットと 同 じ 効 果 ) を リ
セッ トするのに 使 用 できます。
CPU リセッ ト
各 ARM コア 用 に 2 つの CPU リセットがあり、A9_CPU_RST_CTRL[A9_RSTx] に 書 き 込 む こ と に よ り アサー ト し ま
す。1 つのプロセ ッ サへの CPU リセットは、もう 1 つの CPU から JTAG または PL を 介 し て 適 用 する 必 要 があ り ます。
デバッ グ リセッ ト
デバ ッ グ リセットには、デバッグ システム リセット とデバッグ リセットの 2 つがあ り 、 ARM DAP か ら 送 信 さ れ、
JTAG によ り 制 御 されます。デバッグ システム リセットはシステム ソフトウェア リセット と 同 じ 効 果 があり、デバッ
グ リセットはデバッグ ロジックのみをリセッ ト します。
ペリフェラル リセッ ト
個 々のペ リ フ ェ ラ ルの リ セ ッ ト は、 SLCR 内 のプ ロ グ ラ ム 可 能 なビ ッ ト を 使 用 し て、 ソ フ ト ウ ェ アの 制 御 下 でアサー
トできますが、ペリフェラル ブロック レベルで リ セッ ト をアサートする こ とはお 勧 めしません。AXI トランザクショ
ンではタ イ ムア ウ ト 機 構 はサポー ト さ れないので、 実 行 中 ま たは 保 留 中 の ト ラ ンザ ク シ ョ ン をすべて 完 了 せずにペ リ
フ ェ ラルを リ セ ッ ト する と 、 シ ス テムが 停 止 する こ と があ り ます。 ペ リ フ ェ ラ ルの リ セ ッ ト をアサー ト する 場 合 は、
実 行 中 および 保 留 中 の ト ラ ンザ ク シ ョ ン をすべて 完 了 し、 リ セ ッ ト の 前 にそれ 以 上 の ト ラ ンザ ク シ ョ ンが 発 行 さ れな
い よ う にする 必 要 があ り ます。
PL リセッ ト
PS は、PL に 4 つのプロ グ ラ ム 可 能 な リ セ ッ ト 信 号 (FCLK_RESET [3:0]) を 供 給 し ます。 リ セ ッ ト は 個 別 にプ ロ グ ラ ム
可 能 で、 PL ク ロ ッ ク と は 独 立 し ています。 POR またはシステム 全 体 のリセッ トの 後 、BootROM の 実 行 が 終 了 し、 PS
から PL へのレベル シフターが 有 効 になるまで、 リセッ ト 信 号 はディアサート されません。
FCLK_RESET は、 同 じ 番 号 の FCLK と 緩 く 関 連 付 けられているので、 FCLK_RESET を PS 外 部 に 伝 搬 さ せ る には
FCLK が ト グル し てい る 必 要 があ り ます。 こ の リ セ ッ ト は PL への 非 同 期 リ セ ッ ト であ り 、 必 要 に 応 じ て PL 内 で リ
セ ッ ト を 同 期 する 必 要 があ り ます。
推 奨 : FCLK_RESET ラ イ ン を 同 期 する には、 こ の 信 号 を proc_sys_reset IP コ アの 外 部 リ セ ッ ト 入 力 ポー ト に 接 続 し て
ください。 これにより、 その 他 の PL IP コ アに 接 続 さ れる リ セ ッ ト 出 力 信 号 を 最 低 速 の ク ロ ッ ク に 同 期 する こ と がで
きます。
FCLK_RESET 信 号 で PL 内 の AXI ベースの IP を 駆 動 し、 前 述 の 初 期 デ ィ アサー ト の 後 に 再 アサー ト する 場 合 、 プ ロ
セス ブ ロ ッ ク に 対 する 実 行 中 ま たは 保 留 中 の ト ラ ンザ ク シ ョ ン をすべて 完 了 せずに IP を リセットすると、システム
が 停 止 し ます。 リ セ ッ ト をアサー ト する 前 に、 システムですべての AXI マスターをアイ ドル 状 態 にし、すべての AXI
ト ラ ンザ ク シ ョ ン を 終 了 する 必 要 があ り ます。
割 り 込 み
汎 用 割 り 込 みコ ン ト ローラー
Zynq-7000 AP SoC には 多 数 の 割 り 込 みソースがあるので、MPCore マルチコア プロセッサにはこれらの 割 り 込 みソー
ス を 供 給 、 優 先 付 け、 アービ ト レーシ ョ ンする ための GIC ( 汎 用 割 り 込 みコ ン ト ローラー ) アーキテクチャのインプ
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
リメンテーションが 含 まれています。GIC は、 割 り 込 みを 特 定 のプロ セ ッ サの nIRQ ラインおよび nFIQ ラインにマッ
プ し ます。 複 数 の 同 時 割 り 込 みは、 1 つま たは 複 数 のプ ロ セ ッ サ 割 り 込 みラ イ ンに 順 次 供 給 さ れます。
概 念 的 には、GIC に 割 り 込 み 分 配 ブ ロ ッ ク ( 割 り 込 み 分 配 器 ) が 1 つとプロセッサ 割 り 込 みブロックが 2 つ 含 まれてい
ます。 各 ブロックには、 レジスタのセッ トが 含 まれます。 プロセッサ 割 り 込 みブロッ クのレジスタは、 接 続 されてい
る プ ロ セ ッ サでプ ラ イベー ト バスを 使 用 してのみアクセス 可 能 で、 も う 1 つの CPU またはシステムのほかの AXI マ
ス ターでア ク セスする こ と はで き ません。 割 り 込 み 分 配 器 は 両 方 のプ ロ セ ッ サか ら ア ク セス 可 能 で、 一 部 のレ ジ ス タ
はセキュアおよび 非 セキュア アクセス 用 にバンキングされています。
X-Ref Target - Figure 2-9
図 2‐9 : システム レベルのブロッ ク デザイ ン
GIC に 送 信 さ れる 割 り 込 みは、 制 御 な し (レガシ) または 制 御 ありにできます。 レガシ 割 り 込 みは GIC によ り 制 御 さ
れず、 割 り 込 みハン ド ラーは GIC レ ジ ス タ にア ク セス し ません。 制 御 割 り 込 みは GIC によ り 制 御 され、 割 り 込 みハ
ンドラーは GIC レジスタにアクセスします。
割 り 込 み 分 配 器 に よ り 、 制 御 割 り 込 み ソース を 次 の よ う に 制 御 で き ます。
• ハー ド ウ ェ ア コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンの 制 限 に 応 じ て、 割 り 込 みをエ ッ ジ トリガーまたはレベル トリガーとし
て 定 義 し ます。
• 割 り 込 みに、 2 進 小 数 点 をプ ロ グ ラ ム 可 能 な 5 ビ ッ ト の 優 先 度 を 割 り 当 て ます。
• 割 り 込 みに TrustZone テクノロジ セキュ リ ティ ステート 割 り 当 てます。セキュアと 指 定 されている 割 り 込 みはグ
ループ 0 割 り 込 み と 呼 ばれ、 非 セキ ュ ア 割 り 込 みはグループ 1 割 り 込 み と 呼 ばれます。
• 共 有 ペ リ フ ェ ラ ル 割 り 込 みを 1 つま たは 両 方 のプ ロ セ ッ サに 配 線 し ます。
注 記 : PPI (Private Peripheral Interrupts) は 各 CPU 専 用 で、GIC を 介 さずにほかの 部 分 に 配 線 する こ と はで き ません。
• ソ フ ト ウ ェ ア 生 成 割 り 込 みを 1 つま たは 両 方 のプ ロ セ ッ サに 配 線 し ます。
• 各 割 り 込 みの 保 留 ス テー ト を 保 存 し て 復 元 し ます。 こ れは、 低 消 費 電 力 アプ リ ケーシ ョ ンで 有 益 です。
割 り 込 みアーキテ ク チ ャ
このセクショ ンでは、 PS および PL 割 り 込 みソース、PS 割 り 込 み 階 層 、 Cortex-A9 プ ロ セ ッ サに 関 する 考 慮 事 項 を 示
します。
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
PS 割 り 込 みソース
各 Cortex-A9 プ ロ セ ッ サには、 次 の ソ ースで 割 り 込 むこ と がで き ます。
• ソ フ ト ウ ェ アでいずれかのプ ロ セ ッ サに 割 り 込 むため、 16 個 の ソ フ ト ウ ェ ア 生 成 割 り 込 み (SGI) があ り ます。
• 5 つのプラ イベー ト ペリフェラル 割 り 込 み (PPI) があ り ます。 PL からの 割 り 込 みが 2 つ (FIQ と IRQ) あ り 、 グ
ローバル タ イ マー、 プ ラ イベー ト タイマー、および AWDT からの 割 り 込 みが 1 つずつあ り ます。
• 60 個 の 共 有 ペ リ フ ェ ラル 割 り 込 みがあ り ます。 44 個 の PS I/O ペ リ フ ェ ラ ル 割 り 込 み と 16 個 の PL 割 り 込 みがあ
ります。
• 4 つの PL 割 り 込 みは GIC をバイパス し、 直 接 プ ロ セ ッ サに 割 り 込 む こ と がで き る ので、 割 り 込 みレ イ テンシを
削 減 で き ます。
• 割 り 込 みではあ り ませんが、 CPU で WFE 命 令 を 使 用 し て 意 図 的 に 停 止 し、 ほかの CPU または PL か ら の 専 用 入
力 ラ イ ンの イベン ト を 待 機 する こ と がで き ます。
PL 割 り 込 みソース
割 り 込 みに 応 答 する PL の 各 デバイ スでは、 必 要 な 場 合 はそれぞれに 割 り 込 みコ ン ト ローラーを 用 意 する 必 要 があ り
ます。 PS から PL に 対 し て 次 の 割 り 込 みを 送 信 で き ます。
• PS からの 29 個 の 共 有 ペ リ フ ェ ラ ル 割 り 込 み。 こ れ ら は、 すべてではあ り ませんが 多 く の PS ペリフェラルに 対
応 します。
• EMIO GPIO、 PL の AXI_GPIO 出 力 チャ ネルを 使 用 する か、 ま たは SEV 命 令 を 使 用 し てプ ロ セ ッ サご と のハー ド
ウェア イベン ト ラ イ ン をアサー ト する こ と に よ り 、プ ロ セ ッ サで ソ フ ト ウ ェ ア 生 成 割 り 込 みを 使 用 し て PL に 割
り 込 むこともできます。
割 り 込 み ID
Zynq-7000 AP SoC では、 IRQ ID #0 ~ #95 が 次 のよ う にサポー ト されています。
• IRQ ID #0 ~ #15 : ソ フ ト ウ ェ アで 生 成 さ れ る 割 り 込 みに 割 り 当 て ら れ、 プ ロ セ ッ サがホ ス テ ィ ン グする ソ フ ト
ウェアも 含 め、 ソフトウェアからプロセッサに 割 り 込 みを 送 信 できます。
• IRQ ID #16 ~ #31 : プライベート ペ リ フ ェ ラ ル 割 り 込 みに 割 り 当 て られます。IRQ ID #16 ~ #26 は 使 用 さ れませ
ん。 Zynq-7000 AP SoC では、 IRQ ID #27 ~ #31 は 次 のよ う にイ ンプ リ メ ン ト されます。
a. IRQ ID #27 : プロセッサ グローバル タイマーにより 使 用 されます。
b. IRQ ID #28 : 制 御 FIQ に よ り 使 用 さ れ、 制 御 な し 入 力 で も あ り ます。
c. IRQ ID #29 : プロセッサ プライベート タイマーにより 使 用 されます。
d. IRQ ID #30 : プロセッサ AWDT によ り 使 用 されます。
e. IRQ ID #31 : 制 御 IRQ に よ り 使 用 さ れ、 制 御 な し 入 力 で も あ り ます。
• IRQ ID #32 ~ #95 : 共 有 ペ リ フ ェ ラ ル 割 り 込 みに 割 り 当 て ら れます。 IRQ ID #36 は 使 用 されません。 Zynq-7000
AP SoC では、 IRQ ID #32 ~ #35 と #37 ~ #95 がインプリ メン ト されます。 31 個 の 割 り 込 み (IRQ ID #32 ~ #62)
は、ユーザーの 変 更 に 対 してすべてをロックまたはロックなしに 設 定 できます。
特 有 の 機 能
割 り 込 みはPS または PL から 送 信 し、PS プロセッサまたは PL ファブリックの 専 用 ハードウェア (MicroBlaze など)
で 割 り 込 みに 応 答 で き ます。 こ れに よ り 、 次 のセ ク シ ョ ンで 説 明 する よ う に、 Zynq-7000 AP SoC 特 有 の 機 能 が 可 能 に
なります。
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フ ァ ブ リ ッ ク での 割 り 込 み 処 理
割 り 込 み 処 理 を PL に 移 行 する ため、 カ ス タ ム ハー ド ウ ェ アを 作 成 でき ます。 こ のよ う にする と 、 割 り 込 みレ イ テン
シが 短 くなり、 確 定 的 なものになります (クロック サイクル 精 度 )。 また、カスタム ハー ド ウ ェ アでプロ セ ッ サでは
時 間 のかか る 計 算 をプ ロ セ ッ サ と 並 列 に 実 行 で き ます。 こ の 場 合 、データ スティ ッチングが 必 要 となり、PL マスター
のキャ ッシュ コ ヒーレンシに ACP が 有 益 であ る こ と があ り ます。
カスタム ハー ド ウ ェ アを 割 り 込 みを フ ィ ルター 処 理 に 使 用 し、 PS 割 り 込 みの 頻 度 と プ ロ セ ッ サの 負 荷 を 削 減 する こ
と も でき ます。 これには、 複 数 の 低 レベル 割 り 込 みをそれよ り 少 ない 数 の 高 レベル 割 り 込 みに 変 換 し ます。
フ ァ ブ リ ッ クの 拡 張 と し てのプ ロセ ッ サ
Zynq-7000 AP SoC のプロセッサをフ ァブ リ ッ ク ハー ド ウ ェ アの 拡 張 と し て 使 用 し、 ハー ド ウ ェ アに イ ンプ リ メ ン ト
する のが 困 難 な ソ フ ト ウ ェ アで タ ス ク を 実 行 させる こ と がで き ます。タ ス ク を 開 始 する ために PL から PS に 割 り 込 み
を 送 信 し、 PS から PL に 割 り 込 みを 送 信 し て タ ス ク の 完 了 を 通 知 する こ と がで き ます。 こ の 方 法 は、 PS DMA330 コ
ン ト ローラーで 追 加 の 実 行 ス レ ッ ド を 提 供 する ために 使 用 で き ます。
ハン ド ラーに OCM を 使 用
DDR メモリから 割 り 込 みハンド ラーをフェッチするのに 時 間 がかかり 過 ぎるこ とがあり ます。 Zynq-7000 AP SoC に
は 大 型 の L2 キ ャ ッ シ ュがあ り ますが、 割 り 込 みが 発 生 し た と きに 割 り 込 みハン ド ラーをキ ャ ッ シ ュする こ と はでき
ません。 この 場 合 、 割 り 込 みハン ド ラーをオンチップ メモリ (OCM) に 配 置 する と 有 益 であ る こ と があ り ます。 こ の
よ う にする と、 割 り 込 みハン ド ラーを フ ェ ッ チするのにかかる 時 間 の 変 動 は L1 キャッシュ ミスに 制 限 され、ジッ
ターが 削 減 されます。
プロセッサ アフ ィニティ
2 つのプ ロ セ ッ サがあ る ので、 ポー リ ン グ 操 作 と 割 り 込 みハン ド ラーを 2 つのプ ロ セ ッ サに 分 配 し、 レ イ テンシを 削
減 し て 応 答 時 間 を 向 上 で き ます。 こ れは、 同 期 ま たは 非 同 期 のマルチプ ロ セ ッ サ システムで 実 行 できます。
FIQ および IRQ の 使 用
Zynq の 各 Cortex-A9 には、ARM 汎 用 割 り 込 みコ ン ト ローラーで 駆 動 さ れる 2 つの 割 り 込 みラ イ ン (nFIQ および nIRQ)
があ り ます。 接 頭 辞 n は、 ア ク テ ィ ブ Low の 割 り 込 みであ る こ と を 示 し ます。 FIQ のレイテンシは IRQ よ り も 短 く 、
通 常 優 先 度 の 高 い 割 り 込 みに 使 用 さ れます。 IRQ は、 レ イ テンシの 短 い 応 答 が 必 要 でない 割 り 込 みに 使 用 さ れます。
FIQ は 常 に IRQ を 横 取 りし、 割 り 込 まれた IRQ ハン ド ラーは FIQ ハン ド ラーが 完 了 する と 再 開 し ます。
TrustZone
Zynq-7000 AP SoC は ARM TrustZone テクノロジを 使 用 しており、 システム コ ン ポーネン ト を 保 護 す る か し ないかを
指 定 で き ます。 た と えば、 各 プ ロ セ ッ サを 異 な る 時 間 にセキ ュ ア モードおよび 非 セキ ュ ア モー ド で 動 作 さ せる こ と
がで き ます。 同 様 に、 割 り 込 みをセキ ュ アおよび 非 セキ ュ アにする こ と がで き ます。 こ れに よ り 、 セキ ュ ア コンポー
ネン ト と 非 セキュア コ ンポーネン ト を 分 離 で き ます。 こ の 場 合 、 優 先 度 の 高 い FIQ をセキ ュ ア 割 り 込 みに 使 用 し、 優
先 度 の 低 い IRQ を 非 セキ ュ ア 割 り 込 みに 使 用 で き ます。 多 く のセキ ュ ア 設 定 も ロ ッ ク し、 変 更 さ れない よ う にする こ
とができます。
システム 設 計 に 関 する 考 慮 事 項
システム デザイ ンでは、 さ まざまな 割 り 込 みイ ンプ リ メ ンテーシ ョ ン オプシ ョ ンのパフ ォーマン スへの 影 響 を 考 慮
する 必 要 があ り ます。
• レ イ テンシおよび 関 連 のジ ッ ターを 特 性 評 価 し、ハー ド ウ ェ ア ま たはオペレーテ ィ ング シ ス テムで 管 理 する 必 要
があ り ます。 ジッ ターは、 OS で 予 測 不 可 能 な 時 間 割 り 込 みがマス ク さ れた 場 合 や、 よ り 優 先 度 の 高 い 割 り 込 み
が 処 理 されるために 発 生 し ます。
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• 割 り 込 みの 処 理 が 遅 れた 場 合 のペ リ フ ェ ラル と 関 連 の ソ フ ト ウ ェ アでの 対 処 方 法 を 定 義 し てお く 必 要 があ り ま
す。 選 択 肢 には、 データ を 破 棄 する、 リ モー ト データ ソース を ス ロ ッ ト ルま たは 一 時 停 止 する、 ハー ド ウ ェ ア
で 低 いパフ ォーマン スで 実 行 でき る よ う にする などの 方 法 があ り ます。
• 平 均 およびワース ト ケースの 状 況 を 想 定 し た 場 合 、 プ ロ セ ッ サの 使 用 率 はペ リ フ ェ ラ ル サービスおよびほかの
タ ス ク に 十 分 です。
• 割 り 込 みハン ド ラーの メ モ リ ロケーションは、 命 令 フェッチ パフ ォーマン スに 影 響 し ます。 プ ロ セ ッ サに 近 い
メ モ リ の 方 がレ イ テンシが 短 く な り ます。 割 り 込 みサービ ス ルーチン をキ ャ ッ シ ュ ラ イ ン 境 界 で 開 始 する よ う
に 揃 え る と 、 レ イ テンシが 向 上 し ます。
• 割 り 込 まれたペ リ フ ェ ラ ルがプ ロ セ ッ サでキ ャ ッ シ ュ 可 能 なデータ を 操 作 する 場 合 、 プ ロ セ ッ サでキ ャ ッ シ ュ を
無 効 にま たは 消 去 し た り 、ACP などのハードウェア コヒーレンシ メ カニズム を 使 用 する こ と に よ り 、キ ャ ッ シ ュ
コ ヒ ーレ ンシを 保 持 する 必 要 があ り ます。 Zynq-7000 AP SoC では、 ACP ポー ト を 使 用 する PL ペ リ フ ェ ラ ルでは
こ の 制 限 が 回 避 さ れます。
• 非 対 称 マルチプ ロ セ ッ シング (AMP) をインプリ メン トするシステムでは、 割 り 込 みおよびほかのシステム リ
ソースのオーナーシ ッ プを 確 立 し てお く 必 要 があ り ます。
エンベデッ ド デバイスのセキュ リ テ ィ
現 代 のエンベデ ッ ド デバイ スにおける セキ ュ リ テ ィ の 意 味 は、 アプ リ ケーシ ョ ンによ って 異 な り ます。 携 帯 電 話 で
は、 セキ ュ リ テ ィ は 銀 行 口 座 番 号 やパス ワー ド などの 個 人 情 報 への 不 正 なア ク セス を 防 ぐ こ と を 意 味 し ます。 データ
センター スイッチでは、 ハッカーが 不 正 にログインし、 ネッ トワーク サービ スの 混 乱 を 招 く こ と を 防 ぐ こ と を 意 味
し ます。 フ ラ ッ シ ュ メ モ リ に 格 納 さ れてい るバイナ リ ソフトウェア ロ ジ ッ ク の 盗 難 および 逆 コ ンパイルや、 物 理 的
なデバ イ スの 解 体 に よ る リ バース エンジニア リ ングなども、 エンベデッ ド デバイ スでのセキ ュ リ テ ィ の 課 題 と な り
ます。
エンベデッ ド デバイ スに 対 する 潜 在 的 脅 威 には、 次 の も のがあ り ます。
• エンベデッ ド デバイ ス 内 のデータ の 機 密 性
• エンベデッ ド デバイ スの ク ローン 作 成
• サービ ス 拒 否
• エンベデッ ド デバイ スの 動 作 を 変 更 するマルウ ェ アの 挿 入
• 内 部 関 係 者 に よ る 外 部 へのキーの 供 給
上 記 の 例 はハ ッ カーおよび 競 合 他 社 か ら の 脅 威 です。 出 来 の 悪 いプ ロ グ ラ ムが 原 因 でその 他 のシ ス テム セキュ リ ティ
への 脅 威 が 発 生 する こ と も あ り ます。 その よ う なプ ロ グ ラ ムは、 エンベデ ッ ド デバイ スのフ ラ ッ シ ュに 格 納 されてい
るほかのプログラ ムやユーザー データを 誤 って 破 損 したり、プロセッサまたはペリ フェラルのバンド 幅 を 独 占 してエ
ンベデッ ド デバイ スの 通 常 の 動 作 を 妨 げる こ と があ り ます。
Zynq-7000 AP SoC は、 エンベデッ ド シ ス テムのセキ ュ リ テ ィ を 向 上 する よ う 設 計 さ れています。 こ のセ ク シ ョ ンで
は、 さ ま ざ ま な レベルのセキ ュ リ テ ィ を 提 供 する ために 使 用 可 能 な 次 の よ う な Zynq-7000 AP SoC のセキュ リ テ ィ 機
能 について 説 明 し ます。
• ブー ト イ メ ージ と ビ ッ ト ス ト リ ームの 暗 号 化 および 認 証 (セキュア ブー ト )
• システムを 異 なるセキュア ゾーン (TrustZone) に 分 割
• Zynq-7000 AP SoC での 非 同 期 マルチプ ロ セ ッ シン グ (AMP) の 展 開
• Zynq-7000 AP SoC での Linux 展 開
セキュア ブート
Zynq-7000 AP SoC を 使 用 したエンベデッ ド システムでは 通 常 、デバイスがもともと 意 図 したのとは 異 なる 方 法 で 使
用 さ れるのを 防 ぐ 必 要 があ り ます。Zynq-7000 AP SoC を 使 用 したエンベデッ ド シ ス テムに 通 常 、 ソ フ ト ウ ェ ア (PS イ
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
メージ) と PL ビットスト リームの 最 低 2 つのプロ グ ラ マブル コ ン ポーネ ン ト があ り ます。 現 場 に 設 置 さ れた 後 、 シ
ステム ブー ト に 信 頼 で き ない 破 損 し たプ ロ グ ラ マブル コ ンポーネン ト が 使 用 さ れない よ う にシ ス テム を 設 計 する 必
要 があ り ます。 ま た、 悪 質 な 競 合 他 社 に PS イ メージまたは PL ビッ トスト リームを 盗 まれないようにするための、プ
ログラマブル コ ンポーネン ト の 盗 難 に 対 処 する セキ ュ リ テ ィ を 含 め る 必 要 があ り ます。 不 正 なプ ロ グ ラ マブル コン
ポーネン ト か ら のブー ト を 回 避 する ためには 認 証 が 使 用 さ れ、プ ロ グ ラ マブル コ ンポーネン ト の 盗 難 を 回 避 する ため
には 暗 号 化 が 使 用 さ れます。
Zynq-7000 AP SoC にはハー ド ウ ェ ア と ソ フ ト ウ ェ アに 複 数 の 機 能 (BootROM) があ り、 信 頼 されるプログラマブル コ
ンポーネン ト (ソフトウェアおよび PL ビッ トスト リーム) が Zynq-7000 AP SoC のブー ト に 使 用 さ れ る よ う コ ン フ ィ
ギュレーションできます。セキュア ブー ト モー ド では、 外 部 ブー ト デバイ スは NOR、NAND、SDIO、または Quad-SPI
フ ラ ッ シ ュ に 制 限 さ れます。 JTAG やその 他 の 外 部 イ ン ターフ ェ イ スからのセキ ュ ア ブー ト は 実 行 でき ません。
PS ソフトウェアのブート フロー
図 2-10 に、 PS のブー ト フローを 示 します。
X-Ref Target - Figure 2-10
図 2‐10 : PS のブー ト フロー
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パワーオン BootROM CRC チェック
電 源 投 入 後 に 最 初 に 実 行 さ れる ソ フ ト ウ ェ ア コンポーネントは BootROM です。 FSBL を 読 み 込 む 前 に、 BootROM で
オプシ ョ ンの 128KB CRC チェッ クを 実 行 できます。 CRC チェッ クは eFuse 設 定 で 制 御 さ れます。 Zynq-7000 AP SoC
での eFuse のプ ロ グ ラ ミ ングに 関 する 詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmqable SoC のセキュア ブー ト 』 (XAPP1175) [ 参
照 40] の 「Secure Key Driver」 セクシ ョ ンを 参 照 してください。
BootROM の 実 行 中 、 モー ド ピ ンで 設 定 さ れた 外 部 ス ト レージ ブー ト デバイ ス (SDIO、 QSPI フラッシュ、 NAND フ
ラッシュ、 または NOR フラッシュ ) からブート ヘ ッ ダーが 読 み 込 まれます。 ヘ ッ ダーにはデバイ スがセキ ュ ア ま た
は 非 セキ ュ アでブー ト さ れる かを 示 す 情 報 が 含 まれます。 モー ド ピンの 詳 細 は、『Zynq-7000 All Programmable SoC テ
クニカル リファレンス マニ ュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の 「ブートおよびコンフィギュレーション」の 章 を 参 照 してく
ださい。
FSBL の RSA 認 証
BootROM の 実 行 中 、 復 号 化 前 にセキ ュ ア FSBL を 認 証 、 ま たは RSA 公 開 キー 認 証 を 使 用 し て 実 行 前 に 非 セキ ュ ア
FSBL を 認 証 で き ます。 こ の 機 能 は、 PS eFuse アレイの RSA 認 証 有 効 ヒ ューズを 飛 ばす こ と で 有 効 にな り ます。 FSBL
を 認 証 する こ と に よ り 、 悪 質 な ま たは 破 損 し た FSBL によ り、 不 正 なプログラマブル コ ンポーネン ト を 使 用 し て 不 正
なブー ト ソースから Zynq-7000 AP SoC がブー ト されるのを 防 ぐ こ と ができ ます。RSA 認 証 の 詳 細 は、『Zynq-7000 All
Programmqable SoC のセキュア ブー ト 』 (XAPP1175) [ 参 照 40] を 参 照 して く ださい。
セキュア ブート イメージ
モノ リシック ブー ト イ メージのプログラマブル コンポーネント (BOOT.bin) には、 次 が 含 まれています。
• PS イメージ コンポーネント
° 初 期 化 ヘ ッ ダー : オプシ ョ ンでレジス タに 値 を 書 き 込 むこ とができ ます。 た と えば、BootROM が FSBL をコ
ピーし て 実 行 する 前 に、 CPU のクロック スピードやブート デバイ ス ス ピー ド を 増 加 する ために 初 期 化 ヘ ッ
ダーを 使 用 でき ます。
° FSBL
° オプシ ョ ンのセカンダ リ ブー ト ローダー (U-Boot またはベアメ タル ソフトウェアなど)
° オプシ ョ ンのデータ イ メ ージおよび 複 数 の ELF
° オプシ ョ ンの Linux uImage
• PL ビッ トスト リーム
必 要 であれば、 ブー ト イ メージをセキュアにできます。セキュア ブー ト イ メージに 含 まれる PS イ メージと PL ビ ッ
トストリームは、ハッシュ ベース メッセージ 認 証 コード (HMAC) を 使 用 して 認 証 され、 AES (Advanced Encryption
Standard) を 使 用 し て 暗 号 化 さ れます。セキ ュ ア ブー ト イ メ ージの 作 成 については、『Zynq-7000 All Programmqable SoC
のセキュア ブー ト 』 (XAPP1175) [ 参 照 40] および 『Zynq-7000 All Programmable AP SoC セキュア ブー ト スタートアッ
プ ガイド』 (UG1025) [ 参 照 20] を 参 照 して く ださい。
AES および HMAC 認 証 エンジン
Zynq-7000 AP SoC の PL には、 AES 復 号 化 および HMAC 認 証 エンジンが 含 まれています。 そのため、 セキ ュ ア ブー
ト イ メージに PL ビッ トスト リームが 含 まれていなくても、セキュア ブー ト プロセス 中 PL に 電 源 を 投 入 する 必 要 が
あります。BootROM はブー ト イ メ ージか ら 暗 号 化 さ れた イ メ ージを 読 み 出 す 前 に PL に 電 源 が 投 入 さ れてい る か を
チェッ クするので、エンベデッ ド システムで 復 号 化 の 前 に 確 実 に PL に 電 源 が 投 入 さ れてい る よ う にする 必 要 があ り
ます。 PL には 異 なる 電 源 レールから 電 源 が 投 入 されるので、 電 源 レールが 適 切 に 電 源 レギュレータに 接 続 されるよ
うエンベデッド シ ス テム を 設 計 する 必 要 があ り ます。
Bootgen
BOOT.bin のプログ ラマブル コンポーネントは、 Bootgen というザイ リンクス ソフトウェア ツールを 使 用 し て アセ ン
ブルし ます。 セキュア ブー ト オプシ ョ ンが 選 択 されている 場 合 、 Bootgen はプログ ラマブル コ ン ポーネン ト を 暗 号
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
化 します。 『Zynq-7000 All Programmqable SoC のセキュア ブー ト 』 (XAPP1175) [ 参 照 40] の 「セキュア ブー ト イ メ ー
ジの 作 成 」 および 『Zynq-7000 All Programmable SoC ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 者 向 けガ イ ド 』 (UG821) [ 参 照 7] の 「Bootgen の
使 用 」 を 参 照 し て く だ さ い。
キーの 生 成
セキュア ブー ト の 認 証 および 復 号 化 プ ロ セスでは、 暗 号 キーを 使 用 する 必 要 があ り ます。 Zynq-7000 AP SoC で 使 用
されるキーは、 次 のとおりです。
• AES 256 ビッ ト キー
• HMAC キー
• RSA プライマリ 秘 密 キー (PSK)
• RSA プライマリ 公 開 キー (PPK)
• RSA セカンダ リ 秘 密 キー (SSK)
• RSA セカンダ リ 公 開 キー (SPK)
AES および HMAC エンジン 用 の 開 発 者 のキーを 提 供 する か、 Bootgen を 使 用 して 生 成 します。Bootgen では、 key0 お
よび HMAC の 両 方 に 対 し て 1 つのキーが 作 成 されます。 key0 と HMAC に 固 有 の 値 が 必 要 な 場 合 は、 Bootgen を 2 回
実 行 し て 各 実 行 か ら キーを 取 り 出 し、 3 回 目 の 実 行 でキーのユーザー 供 給 セ ッ ト と し て 供 給 で き ます。 AES キーは、
Vivado または Secure Key Driver を 使 用 して PL 内 の eFuse または BBRAM にプログラ ム し ます。
Zynq AP SoC では、 プラ イマ リ RSA キーを 使 用 してセカンダ リ キーを 認 証 し ます。 セカンダ リ キーは、 ソ フ ト ウ ェ
ア、 データ、 ビ ッ ト ス ト リ ームな どのパーテ ィ シ ョ ン を 認 証 する のに 使 用 さ れます。 RSA プライマリおよびセカンダ
リ キーを 作 成 する のには、 OpenSSL が 使 用 されます。 OpenSSL が 使 用 されるのは 利 用 しやすいから ですが、 ほかの
方 法 を 使 用 し てキーを 生 成 する こ と も 可 能 です。 OpenSSL で 生 成 される RSA キーは、 プラ イベー ト キー と 公 開 キー
のペアです。 公 開 キーはプ ラ イベー ト キーのサブセッ ト です。 セキュ リ テ ィ のため、 プラ イベー ト キーを 保 護 する
ことが 重 要 です。RSA では、 製 造 業 者 のサ イ ト でパーテ ィ シ ョ ンに 署 名 する のにプ ラ イベー ト キーが 使 用 さ れ、 署
名 の 確 認 用 に 公 開 キーのハッ シ ュが Zynq AP SoC エンベデッ ド デバイ スにプロ グ ラ ム されます。
セキュ リテ ィのための eFuse / BBRAM
RSA 認 証 では、 PPK のハッ シュは PS eFuse ア レ イ に 格 納 さ れます。 PS eFuse は、 Secure Key Driver を 使 用 し てプ ロ グ
ラムします。AES 復 号 化 では、 キーは PL の eFuse または BBRAM に 格 納 されます。 eFuse セキュア ブー ト 、 BBRAM
キー ディスエーブル、 JTAG チェーン ディスエーブルの PL eFuse 制 御 ビ ッ ト は、 Vivado または Secure Key Driver を
使 用 し てプ ロ グ ラ ム し ます。 eFuse は 1 回 しかプログラムできません (OTP)。 eFuse を プ ロ グ ラ ム し た 後 、 パ ワーオン
リセット (POR) が 必 要 です。
Secure Key Driver およびこのセクシ ョ ンで 説 明 したその 他 のセキュ リ テ ィ 機 能 の 詳 細 は、 『Zynq-7000 All
Programmqable SoC のセキュア ブー ト 』 (XAPP1175) [ 参 照 40] を 参 照 して く ださい。
システムを 異 なるセキュア ゾーン (TrustZone) に 分 割
セキュア ブー ト では、 暗 号 化 と 認 証 を 使 用 し て、 不 正 な ソ フ ト ウ ェ ア を 使 用 し たブー ト およびプ ロ グ ラ マブル PS イ
メージと PL ビ ッ ト ス ト リ ームの 盗 難 を 防 ぐ こ と がで き ますが、 シ ス テムで 信 頼 さ れる ソ フ ト ウ ェ アが 実 行 さ れた 場
合 にのみに 一 部 のシステム コ ンポーネン ト にア ク セスで き る よ う にする な ど、 追 加 の 保 護 レベルを 含 め る こ と が 必 要
な 場 合 があ り ます。 こ れに よ り 、 動 的 に 読 み 込 まれる サー ド パーテ ィ アプ リ ケーシ ョ ンが 個 人 データ にア ク セ ス し た
り、 システム リソースを 独 占 してシステム パフ ォーマン ス を 低 下 さ せる のを 回 避 する こ と がで き ます。 た と えば、
サー ド パーテ ィ ソ フ ト ウ ェ アが 銀 行 口 座 の 詳 細 やパス ワー ド などの 個 人 データ を 格 納 する シ ス テム フラッシュにア
クセスしないよ うにする 場 合 などです。
ARM TrustZone テ ク ノ ロ ジを 使 用 する と 、 シ ス テム を 論 理 パーテ ィ シ ョ ンに 分 割 し、 信 頼 さ れる ソ フ ト ウ ェ アのみが
ハー ド ウ ェ ア レベルのセキュア コンポーネントにアクセスできるようにすることで、 確 実 なランタイム セキュ リ
テ ィ を 達 成 で き ます。 詳 細 は、 次 の 資 料 を 参 照 し て く だ さ い。
• 『ARM Security Technology: Building a Secure System using TrustZone® Technology』 [ 参 照 74]
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
• 『ザイ リ ン ク ス Zynq-7000 All Programmable SoC での ARM TrustZone アーキテクチャのプログ ラ ミ ング ユーザー
ガイド』 (UG1019) [ 参 照 19]
非 同 期 マルチプロセ ッ シング (AMP) を 使 用 したセキュ リテ ィ
非 同 期 マルチプ ロ セ ッ シング (AMP) を Zynq-7000 AP SoC で 使 用 し、システム セ キ ュ リ テ ィ 強 化 のために ソ フ ト ウ ェ
ア を 実 行 で き る 場 所 を 制 限 する こ と がで き ます。 た と えば、 1 つの ARM Cortex-A9 プ ロ セ ッ サを 信 頼 さ れないサー ド
パーテ ィ アプ リ ケーシ ョ ン を 実 行 する のに 使 用 し、 も う 1 つの ARM Cortex-A9 プ ロ セ ッ サ を 信 頼 さ れ る ソ フ ト ウ ェ
ア を 実 行 する のに 使 用 で き ます。 信 頼 さ れる ソ フ ト ウ ェ アを 実 行 する ARM Cortex-A9 プロセッサのオペレーティン
グ シ ス テムには、 ペ リ フ ェ ラ ルな どの 重 要 なシ ス テム リ ソ ースが 割 り 当 て ら れます。 信 頼 さ れない ソ フ ト ウ ェ ア を
実 行 する ARM コアのオペレーティング システムでは、セキュア ペ リ フ ェ ラルは 認 識 されません。 こ の 方 法 では、 意
図 されたものかされていないものかにかかわらず、 信 頼 されないソ フ ト ウ ェアによ り システム パフ ォーマン スが 低 下
する こ と がない よ う に 論 理 的 に 分 離 し ます。 こ れに よ り 、 ラ ン タ イ ム セキュ リ テ ィが 確 実 にな り ます。 不 正 なプログ
ラマブル コンポーネントによる Zynq-7000 AP SoC の 悪 質 なブー ト は、 セキ ュ ア ブー ト に よ り 回 避 さ れます。
Linux 展 開
Linux は Zynq-7000 AP SoC に 移 植 されているので、 Linux のセキュ リ テ ィ 機 能 を 使 用 でき ます。 Linux セ キ ュ リ テ ィ
には、 フ ァ イル アクセス 制 御 、 プログラムなどによる 不 正 なメモリ ア ク セ ス を 回 避 する ための メ モ リ 管 理 の 使 用 が
含 まれます。
Android などの Linux ベースのプ ラ ッ ト フ ォームでは、 サー ド パーテ ィ アプ リ ケーシ ョ ンがハード ウェア リ ソ ース に
直 接 ア ク セス し ない よ う にする 仮 想 マシン を 使 用 し たデバイ ス セキュ リ テ ィが 提 供 されます。
Linux には、 ほかに も 多 数 のサー ド パーテ ィ および 専 用 セキ ュ リ テ ィ 拡 張 があ り ます。
プロファイリングおよび 分 割
プロファイ リ ング ツールは、 最 適 なパフ ォーマン スのためにハー ド ウ ェ ア と ソ フ ト ウ ェ アにアプ リ ケーシ ョ ンの 機 能
を 分 割 する 方 法 を 決 定 する のに 役 立 ち ます。
ソフトウェアのプロファイリング
プロファイ リ ングは、 ソフ ト ウェア アプ リ ケーシ ョ ンの 最 適 化 を 支 援 する ために 使 用 さ れる プ ロ グ ラ ム 解 析 手 法 で
す。 次 のよ う な 多 数 のアプ リ ケーシ ョ ン コー ド のプ ロパテ ィ を 計 測 する のに 使 用 さ れます。
• メ モ リ の 使 用 状 況
• 関 数 呼 び 出 し の 実 行 時 間
• 関 数 呼 び 出 し の 頻 度
• 命 令 の 使 用 状 況
プロファイ リ ングは、ソフ ト ウェア プ ロ グ ラ ム を 実 行 せずにス タ テ ィ ッ ク に 実 行 する か、 物 理 ま たは 仮 想 プ ロ セ ッ サ
でソフ ト ウェア アプ リ ケーシ ョ ン を 実 行 し なが ら ダ イナ ミ ッ ク に 実 行 で き ます。
スタティック プ ロ フ ァ イ リ ン グは 通 常 、 ソ フ ト ウ ェ ア コード またはオブジェク ト コー ド を 解 析 する こ と に よ り 実 行
されます。
ダイナミ ック プ ロ フ ァ イ リ ン グは、 プ ロ セ ッ サでのプ ロ グ ラ ムの 実 行 が 情 報 を 収 集 する ために 中 断 さ れる、 介 入 プ ロ
セスです。 一 部 のプロセッサ 内 のト レース メ カニズム を 使 用 する と 、 非 介 入 的 にプ ロ フ ァ イ リ ン グ データ を 収 集 で
きます。
プ ロ フ ァ イ リ ングに よ り 、 次 の 原 因 に よ る コー ド 実 行 のボ ト ルネ ッ ク を 特 定 で き ます。
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
• 効 率 の 悪 い コー ド
• PL での 関 数 と モジ ュールの 通 信 不 良
• ソ フ ト ウ ェ アの 関 数 間 の 通 信 不 良
• ソフ ト ウェアにインプリ メント されているアルゴリズムまたはルーチンが、ハードウェアにインプリ メン トする
方 が 適 し てい る 可 能 性 があ る
ボ トルネッ クが 特 定 されたら、 ソフ ト ウェア 関 数 を 記 述 し 直 したり、 PL に 移 動 し た り し て 最 適 化 で き ます。 ま たは、
関 数 の 一 部 を ソ フ ト ウ ェ アに 保 持 し、 問 題 の 部 分 をハー ド ウ ェ アに 移 動 する 方 法 も あ り ます。
プロファイ リ ングは、 ソース コー ド を 読 み 込 んで 解 析 する には 大 きすぎ る 大 型 プ ロ グ ラ ム を 解 析 する のに も 有 益 で
す。 プ ロ フ ァ イ リ ングに よ り 、 そ う でなければ 発 見 さ れないバグ を 特 定 で き る こ と があ り ます。
X-Ref Target - Figure 2-11
図 2‐11 : プ ログ ラムの 実 行 例
図 2-11 に、 さ ま ざ ま な 関 数 の 実 行 フ ローを、 その 関 数 を 実 行 する のにかか る ク ロ ッ ク サイクル 数 と 共 に 示 します。
プログラムのプロファイ リ ングによ り 各 関 数 の 実 行 にかかるクロッ ク サ イ ク ル 数 を 特 定 する こ と に よ り 、 関 数 を 最 適
化 する 必 要 があ る かど う かを 判 断 で き ます。 ソ フ ト ウ ェ アの 開 発 中 に、 関 数 を PS で 実 行 する のにかか る 平 均 時 間 が
予 測 さ れている 場 合 があ り ます。 こ の 予 測 がプ ロ フ ァ イ リ ング 結 果 を 比 較 し て、 大 き く 異 な る 場 合 は 調 査 し ます。
図 2-11 の 実 行 フ ローのプ ロ フ ァ イ リ ング 出 力 例 を 図 2-12 に 示 し ます。
X-Ref Target - Figure 2-12
図 2‐12 : プ ロ フ ァ イ リ ング 出 力 例
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
ザイリンクス SDK システム デバッ ガー
ザイ リ ンクス SDK には、 PL 内 で 実 行 さ れてい る 関 数 と プ ロ セ ッ サで 実 行 さ れてい る 関 数 の 通 信 に よ り 発 生 する コー
ド のボ ト ルネ ッ ク を 特 定 する のに 役 立 つプ ロ フ ァ イ リ ング ツールが 含 まれています。 ボ ト ルネッ クが 特 定 されたら、
関 数 全 体 を PL に 移 動 する か、 プ ロ セ ッ サの 関 数 コー ド を 最 適 化 する か、 関 数 をプ ロ セ ッ サ と PL に 分 割 する こ と に
よ り 最 適 化 で き ます。
SDK では 階 層 プ ロ フ ァ イ リ ングがサポー ト さ れ、 どの 呼 び 出 し 関 数 と 呼 び 出 さ れる どのサブ 関 数 がプ ロ セス パ
フ ォーマン スに 最 も 影 響 する かを 表 示 で き ます。
TCF プロファイリング
ザイ リ ンクス SDK でのプロ フ ァ イ リ ングは、 TCF プロ フ ァ イ ラーで 実 行 でき ます。 このプロ フ ァ イ ラーは、 システ
ムを 一 定 の 間 隔 で 調 べる 統 計 サンプ リ ング 方 法 を 使 用 し、 どのコード が 実 行 されているかを 判 断 し、 適 切 なカ ウ ン
ターをア ッ プデー ト し ます。 実 行 プ ロ フ ァ イルの 精 度 は、 サンプ リ ング レー ト が 十 分 であれば、 プ ロ フ ァ イルの 収 集
時 間 が 長 く な る ほど 高 く な り ます。 割 り 込 みを 使 用 する ほかのプ ロ フ ァ イ ラー と は 異 な り 、 こ の 方 法 ではプ ロ フ ァ イ
リ ングする コー ド で 割 り 込 みが 無 効 になってい る 場 合 に 結 果 が 不 正 確 にな る こ と はあ り ません。 プ ロ フ ァ イ リ ン グす
るプログラムは、 gprof でのよ う に 再 コンパイルする 必 要 はあ り ません。
パフ ォーマンスの 監 視
SDK のパフ ォーマン ス 監 視 機 能 は、 PL から AXI パフォーマンス モニター (APM) のイベン ト カウント モジュール
データ、 ARM パフォーマンス モニター ユニッ ト (PMU) データ、 Zynq-7000 AP SoC PS から L2 キャッシュ データ を
収 集 し ます。 データは、 SDK で JTAG を 介 してリアルタイムに 収 集 されます。 これらのカウンターからの 値 は、10ms
ご と にサンプ リ ング さ れます。 こ れら の 値 を 使 用 し て メ ト リ ッ ク が 算 出 さ れ、 専 用 ビ ューに 表 示 さ れます。
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
図 2-13 に、 SDK のパフ ォーマン ス 解 析 表 示 を 示 し ます。
X-Ref Target - Figure 2-13
図 2‐13 : SDK のパフ ォーマンス 解 析 表 示
各 Cortex-A9 CPU では、 次 の PMU イベン トが 監 視 されます。
• データ キャッシュ リフィル
• データ キャッシュ アクセス
• データ ストール
• 書 き 込 みス トール
• 命 令 名 の 変 更
• 分 岐 ミ ス
次 の 2 つの L2C-PL310 (L2 キャッシュ コント ローラー) カ ウ ン ターが 監 視 さ れます。
• キャッシュ ヒットの 数
• キャッシュ アクセスの 数
デザイ ンで APM が 使 用 さ れてい る 場 合 は、 各 HP ポー ト および ACP ポー ト の APM カ ウ ン ターを 監 視 で き ます。
• 書 き 込 みバイ ト 数
• 読 み 出 しバイ ト 数
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
• 書 き 込 み ト ラ ンザ ク シ ョ ン 数
• 総 書 き 込 みレ イ テンシ
• 読 み 出 し ト ラ ンザ ク シ ョ ン 数
• 総 読 み 出 し レ イ テンシ
ARM Development Studio 5 (DS‐5)
ARM Development Studio 5 (DS-5) ツール チェーンは、 ARM プロセッサ ベース のシ ス テ ム 用 の ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 ツー
ル スイートです。DS-5 では、 プラ ッ ト フォームの 起 動 から アプ リ ケーシ ョ ンのプロ フ ァ イ リ ングまで、 ARM プロ
セッサ ベース 製 品 の 開 発 段 階 が 網 羅 さ れ、 ARM Linux および Android 特 定 の 機 能 も 含 まれます。
Streamline パフォーマンス アナラ イザーは ARM Development Studio 5 (DS-5) ツール チェーンのコンポーネン トの 1 つ
で、 Linux および Android システム 用 のシステム レベルのパフォーマンス 解 析 ツールです。 サンプル ベー ス のプ ロ
ファイリング、Linux カーネル トレース、およびソフトウェア ア ノ テーシ ョ ン 手 法 が 使 用 さ れます。Streamline レポー
トでは、[Timeline]、 [Call Paths]、 [Functions]、 [Code]、 [Call Graph]、 [Stack Analysis]、 および [Logs] の 7 つのペ イ ン に
さ まざまなパフ ォーマン スに 関 する 情 報 が 示 されます。
デフォル ト では、 Streamline プロファイ リ ング レポートは 1ms または 10ms ごとにプログラム カ ウ ン タ ーを サン プ リ
ングするこ とによ り 生 成 されます。 イベン ト ベースのサンプ リ ング を 有 効 にする と 、 イベン ト カ ウ ン ターが 指 定 の
し き い 値 に 達 し た と き にサンプ リ ング さ れます。 こ れ ら のサンプルは 最 後 の イベン ト を 発 生 させた 命 令 に 位 置 付 け ら
れ、 プ ロ フ ァ イ リ ング レポー ト に 時 間 ベースのデータの 代 わ り にイベン ト ベースのデータ が 表 示 さ れます。 イベン
ト ベースのサンプ リ ングは、 た と えばコー ド のどの 部 分 がキ ャ ッ シ ュ ミ スや 分 岐 ミ ス を 発 生 させてい る かを 判 断 す
る ために 使 用 で き ます。
実 用 的 なアプ リ ケーシ ョ ン
ブート 時 間
シ ス テムに よ っては、 アプ リ ケーシ ョ ンがブー ト する のにかか る 時 間 が 重 要 な 考 慮 事 項 と な り ます。 総 ブー ト 時 間 に
は、 BootROM、 FSBL、 U-Boot などのセカンド ステージ ブー ト ローダー、 およびオペレーテ ィ ン グ シ ス テ ム の 実 行
時 間 が 含 まれます。 ブー ト 時 間 の 詳 細 は、 ザ イ リ ン ク ス アンサー 55572 [ 参 照 69] を 参 照 して く ださい。
プ ロセ ッ サ 負 荷
プ ロ セ ッ サの 負 荷 は、 実 際 に 実 行 さ れた 計 算 量 の 実 行 可 能 な 総 計 算 量 に 対 する 割 合 を 時 間 の 経 過 と 共 に 計 測 し た も の
です。 プロセ ッ サの 負 荷 が 100 パーセン ト に 近 づ く と 、 シ ス テムでエ ラーが 発 生 し た り 、 シ ス テムが 応 答 し な く なっ
たりします。
Top は、 プ ロ セ ッ サの 負 荷 を リ アルタ イ ムに 監 視 で き る Linux ツールです。 シ ス テムで CPU に 最 も 負 担 のかか る タ ス
ク を リ ス ト し、 プ ロ セ ス を 操 作 する 対 話 型 イ ン ターフ ェ イ ス を 提 供 し ます。 タ ス ク は、 CPU ごと、CPU 使 用 量 、 メ
モ リ 使 用 量 、 ラ ン タ イ ムで 並 べ 替 え る こ と がで き ます。
システム レイテンシ
システム レ イ テンシは、 シ ス テム 操 作 の 要 求 が 発 行 さ れてか ら 操 作 が 実 際 に 開 始 する までの 時 間 です。 シ ス テム レ
イ テンシには、アプ リ ケーシ ョ ン と その 下 の ソ フ ト ウ ェ ア 層 すべてが 含 まれるので、 原 因 を 特 定 する こ と は 困 難 です。
割 り 込 みレ イ テンシ
割 り 込 みレ イ テンシは、 割 り 込 みが 生 成 さ れてか ら 操 作 が 実 行 さ れる までの 時 間 です。 通 常 、 CPU が 割 り 込 みを 認 識
し てか ら、 現 在 の 処 理 内 容 の 実 行 を 一 時 停 止 し て 応 答 する までの 時 間 と し て 計 測 さ れます。 割 り 込 み 処 理 を 開 始 する
までの 時 間 が 計 測 さ れる こ と も あ り ます。
SMP Linux では、 割 り 込 み 処 理 はど ち ら の CPU でも 実 行 でき、デフォルトでは CPU0 で 実 行 さ れます。 デフ ォ ル ト の
ままにすると、 1 つの CPU への 負 荷 が 大 き く な る 可 能 性 があ り ます。 各 割 り 込 みの CPU ア フ ィ ニ テ ィ を ユーザー 空
間 か ら 変 更 し、 処 理 負 荷 のバ ラ ン ス を 取 る こ と がで き ます。 ま た、 irqbalance の よ う に 割 り 込 み 負 荷 のバ ラ ン ス を 取
るためのアプリケーショ ンもあり ます。
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
cyclictest は、 割 り 込 みか ら 割 り 込 み 応 答 の 開 始 までの 時 間 を 計 測 する Linux ツールです。 計 測 さ れた 時 間 は、 予 測 さ
れる 時 間 と 比 較 さ れ、 その 差 がレ イ テンシ と な り ます。 イベン ト 数 が 実 際 の 割 り 込 み 応 答 を 遅 らせる こ と があ り ます
が、 cyclictest を 使 用 する と こ れら の 遅 延 を 特 定 し、 特 性 評 価 で き ます。
ハー ド ウ ェ アのプロ フ ァ イ リ ング
プ ロ フ ァ イ リ ングの 際 、 シ ス テム をサブシ ス テムの 階 層 と し て 表 示 で き、 それぞれに 独 自 のパフ ォーマン ス 監 視 機 能
があ り ます。 システム パフ ォーマン ス を 完 全 に 解 析 する には、 すべてのデータ を 1 つのビ ューに 統 合 および 同 期 し
て、 シ ス テムのど こ で 時 間 が 費 や さ れてい る かを 確 認 で き る よ う にする 必 要 があ り ます。
PL には 従 来 の 固 定 SoC にはない 柔 軟 性 があ り 、 さ ま ざ ま な イ ンプ リ メ ンテーシ ョ ン を 使 用 で き ます。 デザ イ ンのプ
ロ フ ァ イ リ ングは、 特 定 の イ ンプ リ メ ンテーシ ョ ンの 影 響 を 完 全 に 理 解 する ために 使 用 可 能 な 1 つの 方 法 です。
プログラム トレース モジュール (PTM)
PTM は、 プロ グ ラ ム フロー トレース (PFT) アーキテ ク チャに 基 づいて リ アルタ イ ムで 命 令 フ ローの ト レース を 実 行
するモジュールです。 PTM は、 プ ロ グ ラ ムのすべて ま たは 一 部 の 実 行 を 再 構 築 する のに ト レース ツールで 使 用 され
る 情 報 を 生 成 し ます。
PFT アーキテクチャは、 DS-5 などのト レース ツールがトレースされるコードのコピーにアクセスできることを 前 提
としているので、PTM はウ ェ イ ポイ ン ト と 呼 ばれるプロ グ ラ ムの 特 定 の 箇 所 のみで ト レース を 生 成 し ます。 これに
より、PTM によ り 生 成 される ト レース データ の 量 が 抑 え ら れます。 ウ ェ イ ポ イ ン ト は、 例 外 な ど、 プ ロ グ ラ ム フ
ローまたはイベン トの 変 化 です。 ト レース ツールはウ ェ イ ポ イ ン ト を 使 用 し てプ ロ グ ラ ムの 実 行 フ ローを 追 跡 し ま
す。
全 プロ グ ラ ム フ ローの 再 構 築 のため、 PTM は 次 を ト レース し ます。
• ターゲッ ト ア ド レ スおよび 条 件 コー ド を 含 む 間 接 分 岐
• 条 件 コー ド のみを 含 む 直 接 分 岐
• 命 令 バ リ ア 命 令
• 例 外 の 発 生 位 置 を 含 む 例 外
• プロセッサ 命 令 セッ ト ステートの 変 更
• プロセッサ セキュ リ テ ィ ステートの 変 更
• コンテキスト ID の 変 更
• Halting デバ ッ グ モー ド が 有 効 の と き に、 デバ ッ グ ステートに 入 り、 デバッグから 戻 る
PTM は、 次 を ト レースする よ う に も コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンでき ます。
• トレースされたウェイポイント 間 のサイクル 数
• グローバル システム タイムスタンプ
• 実 行 さ れた 直 接 分 岐 の ターゲ ッ ト アドレス
パフォーマンス モニター ユニッ ト (PMU)
Cortex-A9 プロセッサの PMU には、 プロセ ッサおよびメ モ リ シ ス テムの 動 作 に 関 する 統 計 情 報 を 収 集 する ためのカ
ウンターが 6 個 あ り ます。 各 カウンターを 使 用 して、 システム パフォーマンスの 計 測 に 重 要 な 58 種 類 の イベン ト の
どれでもカウン ト できます。 ザイ リ ンク ス システム デバ ッ ガーなどの ソ フ ト ウ ェ ア アプ リ ケーシ ョ ンは、 イベン ト
カ ウ ン ト と ソ フ ト ウ ェ アの 実 行 時 間 を 使 用 で き、 ソ フ ト ウ ェ ア を 最 適 化 する のに 役 立 ち ます。 こ れ ら の 情 報 にはザ イ
リンクス ド ラ イ バーを 使 用 し てア ク セ ス で き、 ソ フ ト ウ ェ ア アプ リ ケーシ ョ ンでド ラ イバーを 介 してこの 情 報 を 取
得 して 表 示 できます。
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
レベル 2 (L2) キャッシュ イベン ト カウンター
PL310 L2 キャッシュ コント ローラーには、 キャッシュ イベン ト を 監 視 できる 2 つのカ ウ ン タ ーが 含 ま れてい ます。
これらのイベン トは、 アプリケーショ ンが L2 キャッシュにどのよ うに 影 響 するか、 アプリケーショ ンをどのよ うに
最 適 化 で き る かを 理 解 する のに 役 立 ち ます。 こ れ ら の 情 報 にはザ イ リ ン ク ス ド ラ イバーを 使 用 し てア ク セスで き、 ソ
フトウェア アプ リ ケーシ ョ ンでド ラ イバーを 介 してこの 情 報 を 取 得 して 表 示 できます。
AXI パフォーマンス モニター (APM)
LogiCORE IP AXI パフォーマンス モニターは、 PL に 組 み 込 んで PL 内 の AMBA AXI システム パフォーマンス メ ト
リックを 計 測 できるソフト IP です。 パフ ォーマンス モニターは、 システム 内 のマスター/ スレーブ
(AXI4/AXI3/AXI4-Stream) のバス レ イ テンシ、 指 定 の 期 間 内 での メ モ リ ト ラ フ ィ ッ ク 量 、 およびその 他 のパフ ォーマ
ンス メ ト リ ッ ク を 計 測 し ます。 ま た、 ソ フ ト ウ ェ ア アプ リ ケーシ ョ ンの リ アルタ イム プロファイ リ ングにも 使 用 で
きます。
APM は AXI シ ス テム を 非 介 入 的 に 監 視 する ので、 CPU 処 理 は 不 要 です。 ただ し、 ARM CPU の ソ フ ト ウ ェ アで 特 定
のデータの 監 視 を 開 始 し、 APM から 結 果 を 収 集 できるので、 これはシステム プ ロ フ ァ イ リ ン グでは 最 小 限 に 介 入 的
です。 これらの 情 報 にはザイ リ ン ク ス ドライバーを 使 用 してアクセスでき、 ソフトウェア アプ リ ケーシ ョ ンでド ラ
イバーを 介 し て 情 報 を 取 得 し て 表 示 で き ます。 APM は、 シ ス テム デバ ッ ガーでプ ロ フ ァ イル モー ド に 設 定 する こ と
もできます。
APM には、 プ ロ フ ァ イルに 有 益 な 次 の 機 能 が 含 まれます。
• メモリ コント ローラーなどの AXI ベースのス レーブのレ イ テンシを 調 べ、 コ ア を 調 整
• 書 き 込 みスループ ッ ト 、 読 み 出 し スループ ッ ト 、 平 均 イ ン ターコ ネ ク ト レイテンシなどのシステム レベルのメ
トリックを 取 得
• トランザクション レイテンシを 解 析 し、 トランザクションで 多 くのアイドル サイ クルを 発 生 させる 要 因 を 特 定
• 2 つの 同 様 の 要 因 を 比 較
• FIFO オーバーフ ロー /アンダーフ ロー、 割 り 込 みなどの AXI 以 外 の 外 部 イベン ト を カ ウ ン ト
• 特 定 の イベン ト をモニ ター ス ロ ッ ト に ロ グ し、 再 構 築 し て 動 作 /パフォーマンスを 解 析
イーサネッ ト 統 計 レジスタ
ギガビッ ト イーサネッ ト コント ローラーには、 低 レベル インターフェイスを 介 してソフト ウェアにアクセス 可 能 な
統 計 レ ジ ス タ が 含 まれています。 統 計 レ ジ ス タ には、 送 受 信 に 関 連 する さ ま ざ ま な イベン ト のカ ウ ン ト 値 が 格 納 さ れ
ます。 これらのカウン ト 値 は、 ネッ ト ワーク パフ ォーマン ス をプ ロ フ ァ イルおよび 解 析 する のに 有 益 です。 こ れ ら の
情 報 にはザ イ リ ン ク ス ドライバーを 使 用 してアクセスでき、 ソフトウェア アプ リ ケーシ ョ ンで 取 得 して 表 示 できま
す。
ソフトウェア/ハー ド ウ ェ アの 分 割
ソフトウェア プ ロ フ ァ イ リ ン グに よ り 、 アプ リ ケーシ ョ ン 内 の 計 算 集 約 型 関 数 を 特 定 で き ます。 こ れら の 関 数 のパ
フ ォーマン ス を 向 上 する ため、 ハー ド ウ ェ アに コ ンパイルし て PL に 移 行 でき ます。
ハー ド ウ ェ ア と ソ フ ト ウ ェ アのイ ン ターフ ェ イ スには、 これらの 間 でデータ を 交 換 でき る 通 信 メ カニズムがあ り ま
す。 高 速 化 さ れた 関 数 のパ ラ メ ーターは PL のハード ウ ェア ア ク セ ラ レータ に 渡 さ れ、 ハー ド ウ ェ アでの 計 算 結 果 が
ソフトウェアに 戻 されます。
この 通 信 は、PS AXI ポー ト (AXI_ACP、 AXI_HP、 またはスレーブ AXI_GP) のいずれかを 介 し て、 次 のデータ 移 動 方
法 のいずれかを 使 用 し て 実 行 でき ます。
• メモリ マップ レジスタ
• AXI-Stream FIFO
• AXI-DMA
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
ハー ド ウ ェ アで 使 用 さ れる ポー ト およびデータ 移 動 方 法 の 選 択 は、 データ 転 送 サ イ ズ、 通 信 メ カニズム を イ ンプ リ メ
ン ト する のに 必 要 な リ ソース、 およびレ イ テンシ 要 件 に よ って 異 な り ます。 次 に、 最 も よ く 使 用 さ れる ソ リ ューシ ョ
ンを 示 します。
メモリ マップ レ ジ ス タ をア ク セ ラ レータ に イ ンプ リ メ ン ト する のが、 最 も 単 純 なデータ 通 信 方 法 です。1 つの 方 法 で
は、 ア ク セ ラ レータは AXI ス レーブです。 ソ フ ト ウ ェ アが 計 算 パラ メ ーターを レ ジ ス タ に 書 き 込 み、 ハー ド ウ ェ ア を
開 始 し ます。 ハー ド ウ ェ アが 完 了 し た ら、 ア ク セ ラ レータ が PS を 割 り 込 むか、 ソ フ ト ウ ェアでポー リ ングされる ス
テータ ス レジスタ ビ ッ ト に 書 き 込 みます。 低 消 費 電 力 アプ リ ケーシ ョ ンでは、 割 り 込 みよ り も イベン ト 入 力 を 使 用
する 方 が 望 ま し い 場 合 があ り ます。 その 後 、 ソ フ ト ウ ェ アがレ ジ ス タ に 対 し て 一 連 の 読 み 出 し を 実 行 し て 結 果 を 取 得
します。 図 2-14 に、 こ の 方 法 のブ ロ ッ ク 図 を 示 し ます。
X-Ref Target - Figure 2-14
図 2‐14 : メモリ マップ レジスタ
別 の 方 法 と し て、 ア ク セラ レータ を AXI マ ス ター と し て 動 作 さ せ、 ソ フ ト ウ ェ アの 指 示 に 従 ってシ ス テム メモリま
たは PS ペ リ フ ェ ラ ルか らデータ を 取 り 出 すこ と がで き ます。 図 2-15 に、 こ の 方 法 のブ ロ ッ ク 図 を 示 し ます。
X-Ref Target - Figure 2-15
図 2‐15 : AXI マスターを 使 用 するメモリ マップ レジスタ
レジスタ ベース ソリューションは 簡 単 にインプリメントできますが、ソフトウェア/ハー ド ウ ェ ア 境 界 を 転 送 する
データ セ ッ ト が 小 さ いア ク セ ラ レータ と 共 に 使 用 する のが 最 適 です。 個 々のレ ジ ス タ にア ク セ スする には ソ フ ト ウ ェ
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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
ア オーバーヘ ッ ド があ り 、 データ 転 送 の コ ス ト が 高 く な り ます。 大 型 のデータ セッ トでは、 スト リーミング タイプ
のインターフェイスに AXI FIFO を 使 用 できます。 図 2-16 に、 こ の 方 法 のブ ロ ッ ク 図 を 示 し ます。
X-Ref Target - Figure 2-16
図 2‐16 : メモリ マップ FIFO
ビデオ ベースのアプ リ ケーシ ョ ンでなど、 多 く の 場 合 、 大 量 のデータ を 処 理 する のにハー ド ウ ェ ア アクセラレータ
が 使 用 さ れます。 データ は、 OCM や DDR など、 ソフ ト ウェアと PL のハー ド ウ ェ アの 両 方 がア ク セ ス 可 能 な メ モ リ
に 格 納 さ れます。 データ を メ モ リ か ら 取 り 出 し、 ア ク セ ラ レータ での 処 理 の 後 データ を メ モ リ に 戻 すのに DMA が 使
用 されます。 図 2-17 に、 こ の 方 法 のブ ロ ッ ク 図 を 示 し ます。
X-Ref Target - Figure 2-17
図 2‐17 : メモリ マップ DMA
『Zynq-7000 All Programmable SoC ZC702 ベース ターゲッ ト リファレンス デザイ ン (Vivado Design Suite 2014.2) ユー
ザー ガイド』 (UG925) [ 参 照 13] は、1080p60 ビデオ ス ト リ ームに 対 する エ ッ ジ 検 出 フ ィ ルターを ソ フ ト ウ ェ ア と ハー
ドウェアの 両 方 にインプリメントするビデオ 処 理 アプリケーションです。ハードウェア インプリ メンテーションで
は、 ビデオ DMA がビデオ データ を DDR か ら 取 り 出 し、 エ ッ ジ 検 出 エンジン を 介 し て 送 信 し、 ビデオ ス ト リ ーム を
DDR に 書 き 込 みます。 ソ フ ト ウ ェ アは DMA レジスタをアップデート し、 ビデオ データ のフ ローを 制 御 し ます。
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第 3 章
ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
本 章 では、Zynq ® -7000 AP SoC デザ イ ン を 設 計 する 際 に 考 慮 する 必 要 のあ る 次 の よ う なハー ド ウ ェ ア デザイ ン 問 題 に
ついて 説 明 し ます。
• 49 ページの 「ブー ト デバイ スおよびそのコ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン」 : ブー ト は、 さ ま ざまなプ ラ イマ リ およびセ
カンダリ ブー ト デバイ スか ら 実 行 で き ます。 こ のセ ク シ ョ ンでは、 ブー ト フローおよびブート デバイ ス オプ
ションについて 説 明 します。
• 54 ページの 「 メ モ リ インターフェイス」 : DDR メモリ コント ローラーは、 16 ビッ トまたは 32 ビ ッ ト 幅 のデー
タバス を 使 用 し て さ ま ざ ま な DDR メモリ デバイ スに 接 続 で き ます。ま た、ECC オプシ ョ ンがサポー ト されます。
• 59 ページの 「ペ リ フ ェ ラ ル」 : Zynq-7000 AP SoC では、 さ ま ざ ま なペ リ フ ェ ラ ルを 使 用 で き ます。 こ のセ ク シ ョ
ンでは、 それらのペリ フェラルと APU (アプ リ ケーシ ョ ン プロセッシング ユニッ ト ) と のや り と り について 説 明
します。
• 74 ページの 「IP ブ ロ ッ ク の 設 計 」 : IP ブ ロ ッ ク と は、 デザ イ ンおよび 検 証 済 みの 再 利 用 可 能 なフ ァ ン ク シ ョ ン ブ
ロ ッ ク で、 設 計 時 間 を 削 減 する こ と がで き ます。 こ のセ ク シ ョ ンでは、 IP ブ ロ ッ ク を 含 むデザ イ ン ソリューショ
ンのプ ロ セスについて 説 明 し ます。
• 80 ページの 「ハー ド ウ ェ ア パフ ォーマン スの 考 慮 事 項 」 : このセクションでは、 AXI マスター、 AXI ス レーブ、
AXI データ パスのパフ ォーマン ス を 調 整 するハー ド ウ ェ ア パフォーマンス メ ト リ ッ ク と 手 法 について 説 明 し ま
す。
• 85 ページの 「データ フ ロー」 : このセクションでは、 プロセッシング システム (PS) 内 のデータ フローおよび PS
とプログラマブル ロジック (PL) 間 のデータ フローについて 説 明 します。
• 89 ページの 「PL ク ロ ッ ク 供 給 手 法 」 : このセクションでは、PL ク ロ ッ ク 供 給 手 法 について と 、 さ ま ざ ま な PL ク
ロック ソースおよびその 推 奨 さ れる 使 用 方 法 について 説 明 し ます。
• 93 ページの 「ACP およびキャ ッシュ コヒーレンシ」 : このセクションでは、 L1 キ ャ ッ シ ュ を 使 用 し たオプシ ョ
ンのコ ヒーレンシを 含 め、 PL マス ターへ 低 レ イ テンシのア ク セ ス を 提 供 で き る ACP の 機 能 について 説 明 し ま
す。
• 96 ページの 「PL の HP ポー ト アクセス」 : HP ポー ト を 使 用 する と 、 DDR コ ン ト ローラーおよびオンチ ッ プ メ
モリ (OCM) に PL から 直 接 アクセスできます。このセクショ ンでは HP ポー ト を 使 用 するデザ イ ン ド リ ブン の 最
適 化 について 説 明 し ます。
• 99 ページの 「シ ス テム 管 理 のハー ド ウ ェ ア アシスタンス」 : こ のセ ク シ ョ ンでは、 ユーザー 指 定 入 力 に 基 づいた
システム レベルのパフ ォーマン スの 制 御 な どのシ ス テム 管 理 について 説 明 し ます。
• 101 ページの 「ハー ド ウ ェ ア リ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンの 管 理 」 : スタティック ロジックではない FPGA 部 分 に
はパーシ ャル リ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン を 使 用 で き ます。 こ のセ ク シ ョ ンでは、デザ イ ン を 部 分 的 に リ コ ン フ ィ
ギュ レーシ ョ ンする 方 法 について 説 明 し ます。
• 106 ページの 「APU からの GP およびダイレク ト PL アクセス」 : このセクションでは、 APU から PL の レ ジ ス タ
およびメモリにアクセスするための GP イ ン ターフ ェ イ スの 使 用 方 法 について 説 明 し ます。
ブート デバイスおよびそのコ ン フ ィ ギュ レーシ ョ ン
このセクションでは、 Zynq-7000 AP SoC ブー ト デバイ ス と それら のコ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン 方 法 について、 および
ブー ト フ ロー と 、 ブー ト 初 期 化 シーケ ン ス を 実 行 する ためのエージ ェ ン ト と し ての BootROM の 役 割 について 説 明 し
ます。 また、 Zynq-7000 AP SoC の Quad-SPI、 SD、 NAND、 NOR フラッシュ、および JTAG ブー ト モードなどのプラ
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
イマリ ブー ト オプシ ョ ン と、 eMMC および PCIe などのセカンダリ ブー ト オプシ ョ ン について 説 明 し ます。 こ のセ
クションでは、 それぞれのブート フローとシステム レベルの 状 況 におけ る ブー ト デバイ スの 有 用 性 を 中 心 に 説 明 し
ます。 JTAG ブー ト モード はス レーブ ブー ト モード と 考 え る こ と ができ、 常 に 非 セキ ュ ア ブー ト モード です。
典 型 的 なブー ト フロー
Zynq-7000 AP SoC のブー ト シーケ ン スでは、 通 常 は NAND または NOR フラッシュ メ モ リ な ど の 外 部 ス タ テ ィ ッ ク
ストレージから FSBL (First-Stage Boot Loader) がまず 読 み 出 さ れます。 BootROM には、 パワー オン リ セ ッ ト 後 に 実
行 されるコードが 含 まれます。 このコードによ り 外 部 スタティ ック ス トレージから FSBL が 読 み 出 さ れます。
PS_POR_B ピンがディアサート されると、ハードウェアがブート ス トラップ ピンをサンプリングして、PS と PLL を
コンフィギュレーションします。 PS 内 部 の BootROM でソフ ト ウェアが 実 行 されます。 まず、 ARM コ ア と ペ リ フ ェ
ラル ( 選 択 し たブー ト デバイ スか ら OCM に FSBL イメージをコピーするのに 必 要 ) を コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンす る
コードから 実 行 され、 その 後 OCM からの 実 行 に 切 り 替 わ り ます。 FSBL は 前 述 のプ ラ イ マ リ ブー ト デバ イ ス か ら コ
ピーでき るほか、 JTAG を 使 用 し て 読 み 込 む こ と も で き ます。 非 セキ ュ ア ブー ト モー ド の 場 合 、 オプシ ョ ンで コー ド
を メ モ リ にコ ピーせずに 直 接 実 行 で き る (execute-in-place をサポートする) Quad-SPI/NOR フラッシュから FSBL を 実
行 でき ます。
図 3-1 は、 典 型 的 なブー ト フローを 示 しています。
X-Ref Target - Figure 3-1
図 3‐1 : 典 型 的 なブー ト フロー
セキュア モードおよび 非 セキ ュ ア モー ド の 両 方 で Zynq-7000 AP SoC をブート できます。セキュア モー ド のブー ト は
スタティック メ モ リ を 使 用 し た 場 合 のみ 使 用 で き ますが、 非 セキ ュ ア モード のブー ト は JTAG でもスタティ ック メ
モ リ で も 使 用 で き ます。 JTAG ブー ト は 主 にシ ス テム 開 発 段 階 で 使 用 さ れます。
ブート デバイ スの 選 択
Zynq-7000 AP SoC では、 次 のプラ イマ リ ブー ト オプシ ョ ン を 使 用 で き ます。
• オプシ ョ ンの execute-in-place モード を 使 用 した Quad-SPI
• NAND フラッシュ
• オプシ ョ ンの execute-in-place モード を 使 用 した NOR フラッシュ
• SD メモリ カード
• JTAG
次 のセカンダ リ ブー ト オプシ ョ ンは、 Zynq-7000 AP SoC で 使 用 でき ます。
• eMMC
• PCIe、 Ethernet、 USB、 UART、 またはカスタム FPGA インターフェイス
BootROM デバイ スの 選 択 には、 次 の 基 準 を 使 用 でき ます。
• デバイ スは Zynq-7000 AP SoC BootROM と 動 作 し、ザイ リンクス ツール (iMPACT、 SDK) および U-Boot や Linux
などの 高 度 なソフ ト ウェアでサポート されている。さまざまなブート オプシ ョ ンにザ イ リ ン ク スが 推 奨 するデバ
イスのリストは、 ザイリンクス アンサー 50991 [ 参 照 67] を 参 照 して く ださい。
• デバイ スがアプ リ ケーシ ョ ンのコ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン ピ ン 要 件 を 満 た し てい る。 た と えば、 QSPI ブー ト オプ
シ ョ ンに 必 要 なピンの 数 は NAND または NOR ブー ト オプシ ョ ンよ り も 少 な く な り ます。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
• デバイ スがアプ リ ケーシ ョ ンのサイ ズ 要 件 を 満 た し ている。 NAND および SD ブー ト オプシ ョ ンの 方 が、 QSPI
および NOR ブー ト オプシ ョ ン よ り も 記 録 密 度 が 高 く な り ます。
• デバイ スがアプ リ ケーシ ョ ンの コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン 速 度 要 件 を 満 た し てい る。 QSPI は 使 用 可 能 な 最 速 の
ブー ト オプシ ョ ンです。
• デバイ ス をアプ リ ケーシ ョ ンで 適 切 に 管 理 で き る。 NAND デバイ スは、 その 他 のブー ト オプシ ョ ン よ り も 管 理
が 困 難 です。 ブ ロ ッ ク に 問 題 があ る 場 合 、 問 題 が 発 生 し た と き にそれ ら を どの よ う に 管 理 する かを 指 定 する 必 要
があ り ます。
ブー ト デバ イ スの 選 択 に よ って 必 要 な ピ ン 数 、 最 大 メ モ リ サ イ ズ、 ブー ト 時 間 、 デバイ ス 管 理 ソ フ ト ウ ェ アの 複 雑
性 などが 変 わ り ます。 表 3-1 では、 デザイ ンの ト レード オフをま とめています。
表 3‐1 : フラッシュ メ モ リ の 比 較
ペリフェラ
ル
ピン
QSPI シングル 7
個 、
デュアル ス
タックド 8
個 、
デュアル パ
ラレル 13 個
NAND X8–14
X16–22
ブート デバイ
ス
可 能 。
ブー ト イ
メージはシ
ングルおよ
びスタ ッ ク
ド の 場 合 は
16MB、 パラ
レルの 場 合
は 32MB
可 能 。
ブー ト イ
メージは 最
初 の 128MB
XIP
あり
なし
制 限
ブー ト デバイ ス と し ては、
容 量 が 各 デバイ ス ご と に
16MB に 制 限 される。
削 除 / 書 き 込 みは 超 低 速 。 通
常 は 読 み 出 し 専 用 と し て 使
用 される。
よく MMC または SD カード
と 一 緒 に 使 用 される。
ECC、 ウェア レべリ ング、
不 正 ブ ロ ッ ク の ソ フ ト ウ ェ
ア 管 理 が 必 要 。
JFFS2 または UBIFS などの
Raw フラッシュにはファイ
ル シ ス テムが 必 要 。
ECC が 必 要 。
ハー ド ウ ェ ア サポー ト は 1
ビッ ト ECC のみ。
読 み 出 し/ 書 き
込 み
バイ ト
/ブロック
ブロック
/ブロック
SD 6 可 能 なし 機 械 的 コ ネ ク タ が 必 要 。 ブロック
/ブロック
パラレル
NOR
37 可 能 あり 大 型 QSPI と 同 等 の 容 量 がサ
ポー ト されるが、 ピン 数 は
多 くなる。
バイ ト
/ブロック
eMMC 6 不 可 なし eMMC か ら ブー ト 不 可 能 ブロック
/ブロック
各 ブー ト オプシ ョ ンの 詳 細 は、 次 のセ ク シ ョ ン を 参 照 し て く だ さ い。
オプシ ョ ンの excecute‐in‐place モード を 使 用 した Quad‐SPI
最 大 サイズ
リニア モー
ドで 16MB
IO モード で
QSPI ごとに
128MB。 各
コント ロー
ラーでは 最
大 2 つの
QSPI までサ
ポー ト 可 能 。
1GB
すべてのサ
イズ
64MB
すべてのサ
イズ
ブート 時
間
高 速
中 程 度
低 速
高 速
なし
BootROM では、 幅 検 出 パラ メーター 値 (0xAA995566) および 画 像 識 別 パ ラ メ ーター 値 (0x584C4E58) を 使 用 して
Quad-SPI インターフェイス 用 の I./O 幅 を 検 出 で き ます。 Quad-SPI は、 使 用 可 能 な 最 速 の コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン ソ
リューションです。 これよりピン 数 が 少 ないのは、SD メモリ カード ブー ト オプシ ョ ンのみです。 Quad-SPI には、
Zynq-7000 AP SoC のリニア メモリ としてアクセスできます。 不 正 なブロックは NAND フ ラ ッ シュなどのほかのデバ
イ ス ほど 問 題 と はな ら ないので、 デバ イ ス 管 理 が よ り シンプルにな り ます。 リ ニア モード の 場 合 、 Quad-SPI ではシ
ングル モード で 最 大 16 MB まで、 デュアル モード で 32 MB までサポート されます。 Quad-QSPI が IO モー ド で 動 作
する 場 合 も、16MB を 超 え る 容 量 がサポー ト さ れます。 execute-in-place オプシ ョ ンでは、 非 セキュア ブー ト モード の
場 合 、 BootROM で Quad-SPI コント ローラーのリニア ア ド レ ス 指 定 機 能 が 使 用 さ れます。 Quad-SPI を 使 用 し た 場 合 、
マルチブー ト が 可 能 です。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
推 奨 さ れる Quad-SPI ブー ト デバイ ス ファミ リは、 Micron (N25Q) および Spansion (25FL) です。
NAND フラッシュ
NAND フラッシュ ブー ト オプシ ョ ンは、 高 集 積 度 デバイ ス をサポー ト する 低 コ ス ト の ソ リ ューシ ョ ンです。 ブー ト
イメージを NAND フラッシュ デバイ スの 最 初 の 1GB のア ド レ ス 空 間 内 に 配 置 する 必 要 があ る 点 が 唯 一 の 制 限 です。
このブート オプシ ョ ンのパフォーマンスは Quad-SPI オプシ ョ ンのパフ ォーマン ス よ り も 劣 り ます。 典 型 的 な NAND
フラッシュ ソリューションの 場 合 は、Quad-SPI ソリューションより 多 くのピンが 必 要 となり、 メモリ バン ド 幅 は 小
さくなります。アプリケーション デザ イ ンに、 ブー ト 中 を 含 め、 問 題 のあ る ク ロ ッ ク を 管 理 する メ カニズムが 必 要 で
す。 NAND を 使 用 し た 場 合 、 マルチブー ト が 可 能 です。
推 奨 さ れる NAND ブー ト デバイ ス ファミ リは、Micron (オンダイ ECC) および Spansion (S34) です。 Micron NAND デ
バイスには 通 常 マルチビッ ト ECC が 必 要 なので、 オンダ イ ECC サポー ト を 含 むデバイ スのみを 使 用 する 必 要 があ り
ます。
オプシ ョ ンの execute‐in‐place モード を 使 用 した NOR フラッシュ
NOR フラッシュには、Zynq-7000 AP SoC のリニア メモリ としてアクセスできます。 また、 不 正 なブロックは NAND
フラッシュ デバイ ス を 使 用 し た 場 合 ほどは 問 題 と な り ません。 NOR フ ラ ッ シ ュ の 集 積 度 は、 Quad-SPI と 互 換 性 があ
り ます。 その 他 のブー ト オプシ ョ ン と 比 べて、 よ り 多 く の MIO ピ ン を 使 用 し ます。 典 型 的 な NOR フラッシュ (バ イ
ト ペリフェラル インターフェイス) では、 MIO ピンが 40 個 使 用 さ れ、 最 大 64MB までサポートできます。
推 奨 さ れる NOR フラッシュ ブー ト デバイ スは、 Micron (M29EW) および Spansion (29GL) です。
SD メモリ カード
SD メモリ カー ド の 集 積 度 は NAND フラッシュ ブー ト オプシ ョ ンよ り も 高 く、 デバイ スは 通 常 フ ァ イル シ ス テ ム と
して 管 理 されます。 不 正 なブロ ッ クは、アプ リ ケーシ ョ ン デザ イ ンで 管 理 する 必 要 があ り ます。SD メモリは Quad-SPI
ブー ト オプシ ョ ンよ り も 遅 く、 オンボード コネクタが 必 要 です。eMMC デバイ スはプ ラ イ マ リ ブー ト デバイ スでは
ありませんが、 セカンダリ ブー ト ソース と し て 使 用 で き ます。 SD ブー ト モード では、 BootROM でヘ ッ ダー 検 索 が
実 行 さ れず、 マルチブー ト オプシ ョ ン もサポー ト されません。 SD ブー ト モード のブー ト 時 間 は、 ARM_CLK_CTRL
レジスタで CPU ク ロ ッ ク 分 周 を 2 (0x1F000200) に 設 定 する と 改 善 で き ます 。
JTAG
JTAG ブー ト モード の 場 合 、 独 立 し た JTAG モー ド を 選 択 し て、 ARM DAP コ ン ト ロ ー ラ ーに 接 続 さ れたデバ ッ ガー
およびザイ リ ンクス PL TAP コント ローラーに 接 続 された 別 のツールをサポートできます。 ザイ リンクス PL TAP コ
ントローラーには、 専 用 PL ピンに 接 続 された PL JTAG イ ン ターフ ェ イ ス を 使 用 する と ア ク セ スで き ます。ARM DAP
コント ローラー ( 別 のツール 用 ) へは、 EMIO JTAG インターフェイスを 使 用 してアクセスします。 これには、 PL に
ビッ トスト リームをダウンロードする 必 要 があります。 ビッ トスト リームは、 ザイリンクス PL TAP コント ローラー
を 使 用 する と ダ ウ ン ロー ド で き ます。
eMMC
Quad-SPI がプラ イマ リ ブー ト オプシ ョ ンで、 小 型 の Quad-SPI メ モ リ が 使 用 さ れる 場 合 に、 eMMC セカンダ リ ブー
ト オプシ ョ ン を 使 用 で き ます。 通 常 は、 FSBL が Quad-SPI に 読 み 込 まれ、 その 他 のパーテ ィ シ ョ ンが eMMC に 読 み
込 まれます。 eMMC は、 標 準 速 度 モー ド ( 最 大 周 波 数 25 MHz) の 場 合 にのみ SDIO コ ン ト ローラー と 一 緒 に 使 用 する
ことをお 勧 めします。
PCIe、 イーサネット、USB、 UART、 カスタム FPGA インターフェイス
PCIe、 イーサネット、USB、 UART、 カスタム FPGA インターフェイスを 使 用 してもセカンダリ ブー ト を イ ンプ リ メ
ントでき、ユーザー アプ リ ケーシ ョ ンに 合 ったオプシ ョ ンを 選 択 できます。 PCIe ベースのセカ ンダ リ ブー ト オプ
ションについては、 次 で 説 明 します。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
PCIe セカンダ リ ブー ト は PCIe プ ロ ト コルを 使 用 し て、 PCIe Root Complex をインプリ メントするホスト シ ス テ ム か
らセカンド ステージ ブー ト ローダーをフェ ッチします。 Zynq-7000 AP SoC PL の PCIe ブロックは、 Endpoint フ ァ ン
クションをインプリ メント して、PCIe Root Complex と の 通 信 リ ン ク を 形 成 し ます。 FSBL イ メ ージ は 外 部 メ モ リ
(QSPI、 NAND、 または NOR フラッシュ ) からフェッチできます。 FSBL の 実 行 が 終 了 し た ら、 FSBL が PCIe を 使 用
してホス ト システム メモリからのセカンダリ U-Boot イ メージをフェッチできます。
このオプションをインプリ メントするには、 デザインに PCIe ブロックをインスタンシエートするビッ ト ス ト リーム
を 生 成 する 必 要 があ り ます。 た と えば、 Xilinx 7 Series PCIe IP ブ ロ ッ ク を 使 用 する と 、 プ ロ グ ラ ム 済 みの IO (PIO) デ
ザインをインプリ メン トできます。 APU とホスト CPU 間 のハン ド シェ イ ク ス テータ ス を 取 得 する には、 PL レ ジ ス
タのセッ ト もインプリ メン ト し、 PS マスターの GP ポー ト にそのレジス タ イ ン ターフ ェ イ ス を 接 続 する 必 要 があ り
ます。 ブート フローは、 次 のようになります。
• FSBL がプラ イマ リ ブー ト デバイ スか ら 読 み 込 まれる
• APU は FSBL がペ リ フ ェ ラ ル 初 期 化 プ ロ セス を 実 行 する まで 待 機
• FSBL が PIO デザイ ン と ハン ド シ ェ イ ク ステータスのレジスタ セ ッ ト を 使 用 し てビ ッ ト ファイルをプログラム
• APU がビッ ト フ ァ イルのプ ロ グ ラ ム 終 了 後 に bitDone レジスタをプログラム
• ホス ト PIO ドライバーが bitDone レ ジ ス タ を 読 み 出 し て PL ブロック RAM に U-Boot.elf ファイルを 書 き 込 み
• U-Boot.elf が 書 き 込 まれた ら、 ステータ スが U-BootDone レジスタに 書 き 込 まれる
• APU が U-BootDone ビッ トをポーリングし、 それが 終 了 したらファイルを PS DDR メモリにコピー
ファイル システム
選 択 し たフ ラ ッ シ ュ に よ って、 イ ンプ リ メ ン ト で き る フ ァ イル システムは 異 なり ます。 次 に 示 すファイル システム
の 選 択 肢 は Linux 用 ですが、 注 意 する 必 要 のあ る 問 題 の 概 要 を 示 し ています。
eMMC および SD カードには、 FTL (Flash Translation Layer) フ ァーム ウ ェ アを 実 行 する ビル ト イ ン コ ン ト ロ ー ラ ーが
含 まれているので、 OS でデバイ スがブロ ッ ク デバイ ス と し 表 示 で き る よ う にな り ます。 FAT や ext3 な ど の 従 来 の
ファイル システムはブロック デバイ ス と 一 緒 に 使 用 で き、 こ れら のデバイ ス を 使 用 する こ と で イ ンプ リ メ ン ト で き
ます。
Raw フラッシュ デバイ ス (NAND、 QSPI、 またはパラレル NOR など) の 場 合 、 読 み 出 さ れる メ モ リ セルお よ び 書 き
込 まれる メモ リ セルが 正 し く 動 作 する ためには、 ソ フ ト ウ ェ ア 管 理 が 必 要 です。 Linux では メ モ リ テクノロジ デバ
イス (MTD) サブシ ス テム を 使 用 し て、 ハー ド ウ ェ ア 専 用 のデバイ ス ド ラ イバー と 高 度 なアプ リ ケーシ ョ ン 間 に 抽 象
化 レ イ ヤーが 提 供 さ れます。 Linux では、 MTD デバイ スの 上 のレ イ ヤーのフ ァ イル システム (JFFS2 および UBIFS な
ど) がサポー ト されます。 これらのフ ァ イル システムは、 ウェア レべ リ ン グおよび 不 正 なブ ロ ッ ク の 管 理 などの 問 題
を 処 理 する ための ソ フ ト ウ ェ ア 管 理 アルゴ リ ズムが 含 まれる よ う に 設 計 さ れてお り 、デバイ スが 問 題 な く 動 作 する た
めに 必 要 です。
ブー ト 時 間 の 最 適 化
各 フラ ッシュ デバイ ス タ イ プか ら の 読 み 出 し に 使 用 さ れる BootROM 設 定 は、パフ ォーマン ス を 犠 牲 に し て も 互 換 性
が 最 大 にな る よ う に 選 択 さ れます。 ブー ト インターフェイスのパフォーマンスは、 BootROM ヘッダーのレジスタ 初
期 化 部 分 で 該 当 する コ ン ト ローラー レ ジ ス タ を 設 定 する と 改 善 で き ます。 設 定 は、 使 用 さ れるデバイ スおよびボー ド
レイアウト パ ラ メ ーターに よ っ て 異 な り ます。 最 適 化 さ れる レ ジ ス タ 値 は、 使 用 するデバ イ ス のベンダーのデータ
シー ト から 取 得 でき ます。 各 ブー ト デバイ ス 用 に 最 適 化 さ れる 値 の 例 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカ
ル リファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の 「Register Initialization でブー ト 時 間 を 最 適 化 」 セ ク シ ョ ンおよびザ
イリンクス アンサー 55572 [ 参 照 69] を 参 照 し て く だ さ い。 最 適 化 さ れた 値 は Bootgen を 使 用 してブー ト イメージ
ヘ ッ ダーに 追 加 で き ます。 詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 者 向 けガ イ ド』 (UG821) [ 参
照 7] の 付 録 「Bootgen の 使 用 」 を 参 照 し て く だ さ い。 さ ま ざ ま なブー ト ス テージで タ イ ミ ン グおよびバン ド 幅 結 果 を
改 善 する 方 法 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニ ュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の 「ブー
トおよびコンフィギュレーション」 の 章 の 「BootROM の 性 能 」 セ ク シ ョ ン を 参 照 し て く だ さ い。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
ケース スタディ : QSPI ブー ト 時 間 の 変 動
このケース スタディでは、ザイリンクス ZC702 ボード を 使 用 し、 100MHz で 実 行 される さ まざまな QSPI デバ イ ス で
PS 周 波 数 を 変 更 し た 場 合 の QPSI デバイ ス ブー ト 時 間 について 説 明 し ます。
32MB Spansion シングル デバイ スで PS が 667MHz で 実 行 さ れる 場 合 のブー ト 時 間 (U-Boot 開 始 か ら Linux プ ロ ン プ
トまでを 測 定 ) は 約 3036 ミリ 秒 です。PS が 同 じ 周 波 数 で 実 行 さ れる 64MB Spansion デュアル パラレル デバ イ ス の
ブー ト 時 間 は 約 2994 ミリ 秒 です。つまり、シングル QSPI デバイ スの 2 倍 のサイ ズのデュ アル パラレル QSPI デバ イ
ス を 使 用 する と 、 PS 周 波 数 を 変 更 し な く て も ブー ト 時 間 が 約 41 ミ リ 秒 改 善 さ れます。
PS 周 波 数 を 変 更 し て も ブー ト 時 間 が 変 わ り ます。 前 述 の よ う に、 PS が 667MHz で 実 行 される 32MB Spansion シ ン グ
ル QSPI デバイ スのブー ト 時 間 は 約 3036 ミリ 秒 です。 同 じ QSPI デバイ ス を 使 用 し て、PS の 速 度 を 867MHz に 増 加 す
ると、ブート 時 間 は 約 2523 ミリ 秒 になります。つまり、QSPI デバイ ス を 変 更 せずに、 PS 動 作 周 波 数 を 667 MHz か
ら 867 MHz に 増 加 する と 、 ブー ト 時 間 が 約 513 ミ リ 秒 改 善 さ れます。
メモリ インターフェイス
DDR
Zynq-7000 AP SoC の DDR マルチプロ ト コル メモリ コント ローラーでは、 1.8V DDR2、 1.2V LPDDR2、 1.5V DDR3、
および 1.35V DDR3L がサポー ト され、 16 ビットまたは 32 ビッ ト 幅 のデータ バスが 提 供 されるようにコンフィギュ
レーシ ョ ンできます。 16 ビッ ト データ バス 幅 のみをサポートする 7Z010 CLG225 デバイ ス 以 外 は、 すべてのデバイ
スで 16 ビッ トおよび 32 ビ ッ ト のデータ バス 幅 オプシ ョ ンがサポー ト されます。 このコ ン ト ローラーでは、オプシ ョ
ンで 32 ビッ ト コンフィギュレーションの ECC (16 データ ビッ ト、10 チェッ ク ビッ ト) がサポー ト されます。ECC が
イネーブルになると、 データ 幅 は 16 ビッ トに 制 限 されます。1GB アドレス マップは DDR に 割 り 当 てられますが、
ECC が 使 用 さ れる 場 合 は、 使 用 で き る のは 512MB のア ド レ ス 空 間 のみにな り ます。
DDR メモリ コント ローラーには、 AXI メモリ ポー ト インターフェイス (DDRI)、 ト ランザクシ ョ ン スケジューラー
を 含 むコア コント ローラー (DDRC)、 デジタル PHY を 含 むコン ト ローラー (DDRP) の 3 つのブロックが 含 まれます。
各 ブロ ッ クおよびその 他 のコ ン ト ローラーの 詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マ
ニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] ( リンク) を 参 照 して く ださい。
コ ン ト ローラーには、 専 用 の I/O セ ッ ト を 含 むデジ タル PHY が 含 まれます。 一 部 の Zynq-7000 AP SoC デバ イ ス の 最
速 のス ピード グレードでサポート される 最 大 バス クロックは、DDR3 モード の 場 合 666 2/3MHz です。 その 他 すべて
のスピード グ レー ド の 場 合 、 DDR3 モード でサポー ト される 最 大 のバス クロックは 533 MHz です。 論 理 的 には、 最
大 バス ビット レー ト は、 次 の よ う に 計 算 さ れます。
データ 転 送 レー ト = 666 2/3 MHz * 2 ビット (ダブル データ レー ト の 場 合 ) = データ I/O ごとに
1333Mb/s
最 大 のバス 幅 、 32 ビ ッ ト を 使 用 する 場 合 、 最 大 バス バン ド 幅 は 42.6Gb/s または 5.3GB/s です。 このバン ド 幅 は、 4 つ
の DDRI スレーブ ポー ト を 使 用 し て 接 続 さ れた 複 数 のマス ターで 共 有 さ れます ( 図 3-2)。DDRI ブロックは、4 つの 64
ビッ トの 同 期 AXI イ ン ターフ ェ イ スに 接 続 さ れ、 複 数 のマス ターに 同 時 に 信 号 が 供 給 さ れます。 各 AXI インターフェ
イスには、 専 用 のトランザクション FIFO が 含 まれます。 ポー ト S0 は L2 キ ャ ッ シ ュ に 接 続 さ れ、 PL の CPU お よ び
ACP イ ン ターフ ェ イ スにのみ 使 用 さ れる ので、 レ イ テンシを 抑 えた 高 速 ア ク セスが 可 能 にな り ます。 ポー ト P1 は、
PS ペリフェラルおよび AXI GP ポー ト などのセン ト ラル インターコネク ト マ ス ターすべてで 共 有 さ れます。 4 つの
PL AXI_HP インターフェイスは 2 つに 多 重 化 さ れて、 ポー ト S2 および S3 に 接 続 されます ( 図 3-2)。
最 大 バス バン ド 幅 は 5.3GB/s ですが、 持 続 でき ません。 DDR の 効 率 は、 DDR に 関 連 し たオーバーヘ ッ ド を 考 慮 する
必 要 があ り 、 データ アクセス パターンの 影 響 を 受 けます。 ページおよび 行 の 変 更 を 最 小 限 にする ア ド レ ス パターン
を 使 用 する と 、ページおよび 行 の 変 更 オーバーヘ ッ ド が 削 減 さ れるので、 使 用 率 およびシ ス テム スループ ッ ト が 上 が
り ます。 詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の 「DDR
メモリ コ ン ト ローラー」 の 章 の 「 行 /バンク/ 列 ア ド レスのマップ」 セク シ ョ ン ( リンク) を 参 照 して く ださい。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
PL AXI マスターの HP ポー ト への 接 続 方 法 に よ って も、 シ ス テム スループ ッ ト は 変 わ り ます。 複 数 の AXI マ ス タ ー
の 方 がラ ンダム アドレス ア ク セ ス を 生 成 する 可 能 性 が 高 く 、 存 在 し ないページが 増 え る ので、 DDR の 効 率 は 下 が り
ます。 図 3-2 のよ うに、 AXI_HP から DDR へのイ ン ターコネ ク ト によ り 、 4 つの PL AXI_HP が ポー ト S2 および S3
に 接 続 された 2 つ (どちらもインターコネク トで 調 整 ) に 多 重 化 さ れます。 PL AXI マスターが 2 つ し かない 場 合 、 マ
スターを AXI_HP0 と AXI_HP2 または AXI_HP1 と AXI_HP3 に 接 続 する と 、 DDR コント ローラーのポート S2 と S3
両 方 が 使 用 さ れる ので、 パフ ォーマン ス を 向 上 で き ます。 標 準 的 な Linux ベースのビデオ デザ イ ンの 場 合 、 AXI_HP
ポー ト か ら 達 成 可 能 なシ ス テム バン ド 幅 は 約 50% です。 これについては、 『Zynq-7000 All Programmable SoC を 使 用
し た 高 性 能 ビデオ シ ス テムの 設 計 』 (XAPP792) [ 参 照 34] を 参 照 して く ださい。
コント ローラー DDRC ブロックには、 DDR 制 御 レ イ テンシを 改 善 する ための 3 ステージ アービ タ が 含 まれます。 レ
イ テンシは、 レ ジ ス タ 設 定 を 使 用 する と 制 御 で き ます。 DDR レ イ テンシの 管 理 に 関 する 詳 細 は、 『Zynq-7000 All
Programmable SoC テクニカル リファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の 「DDR メモリ コ ン ト ロ ー ラ ー」 の 章 の
「DDRC のアービ ト レーシ ョ ン」 セクシ ョ ン ( リンク) を 参 照 して ください。
X-Ref Target - Figure 3-2
図 3‐2 : DDR メモリ コントローラーのブロック 図 および AXI_HP ポー ト へのイン ターコネク ト
高 バン ド 幅 の 動 作 には、 DDR インターフェイス タイミングが 正 しく 初 期 化 され、 キャリブレーションされている 必
要 があ り ます。 DDRP には、 DRAM ト レーニン グ 機 能 が 含 まれてお り 、 データ を 最 適 な 範 囲 に 揃 え る ために 必 要 な タ
イ ミ ング 遅 延 が 自 動 的 に 指 定 さ るので、 確 実 にデータがキ ャプチャ される よ う になっています。 こ の 機 能 の 詳 細 は、
『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニュアル』 l (UG585) [ 参 照 4] の 「DDR メモリ コ ン ト
ローラー」 の 章 の 「 初 期 化 と キ ャ リ ブレーシ ョ ン」 セ ク シ ョ ン ( リンク) を 参 照 して く ださい。
Zynq-7000 AP SoC ツール フ ローを 使 用 する と 、 DDR の 起 動 を 自 動 化 しやす く な り ます。 こ れには、 PS DDRC ボー ド
パラ メーターをザイ リ ンクス アンサー 46778 [ 参 照 65] の よ う に 設 定 する 必 要 があ り ます。 こ れに よ り 、 ハー ド ウ ェ
ア 設 計 プロセス 中 にボードの DDR 信 号 の 遅 延 特 性 が イ ンポー ト さ れます。 こ れら の 特 性 は、 自 動 ト レーニン グ アル
ゴ リ ズムで 使 用 さ れる 初 期 化 を 指 定 する ため、 ま たは 自 動 アルゴ リ ズムが 特 定 の DDR 規 格 でサポー ト さ れない 場 合
にスタティ ッ ク インターフェイス タ イ ミ ング を 計 算 する ために 使 用 さ れます。 タ イ ミ ン グ 値 はデザ イ ンのハー ド
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
ウェア プ ラ ッ ト フ ォーム 仕 様 の 一 部 で、 SDK にエク スポー ト され、 FSBL で 呼 び 出 さ れる PS 初 期 化 コー ド で 使 用 さ
れます。 DDR は、 BootROM では 使 用 されません。
QSPI
PS QSPI フラッシュ コント ローラーは QSPI インターフェイスを 使 用 して 外 部 シリアル フラッシュ メ モ リ と 通 信 し
ます。 メモ リ フラッシュ セルは 並 列 に 配 置 され、 NOR フ ラ ッ シ ュ と 呼 ばれ る こ と も あ り ます。 こ の コ ン フ ィ ギ ュ
レーシ ョ ンの 場 合 、 NAND フラッシュ メ モ リ よ り も 集 積 度 および 容 量 は 小 さ く な り ますが、 配 列 のど こ でで も シン
グル バイ ト の 読 み 出 し がで き る よ う にな り ます。 読 み 出 し の 場 合 は、 標 準 的 なア ド レ ス マップ メ モ リ の よ う に 動 作
し、 コード ス トレージに 適 しています。また、execute-in-place (XIP) 機 能 がサポー ト されるので、 CPU は DDR ま た
は OCM に コー ド を 読 み 込 ま な く て も、 QSPI か ら 直 接 コー ド を 実 行 で き ます。 XIP を 使 用 した ZC702 ボード で hello
world サンプル デザイ ンについては、「Zynq-7000 AP SoC Boot - Booting and Running Without External Memory Tech Tip」
ウ ィ キページ [ 参 照 59] を 参 照 して く ださい。
Zynq-7000 AP SoC でサポー ト される フ ラ ッ シュ メモリの 中 でも、QSPI の 読 み 出 しパフ ォーマン スは 最 速 なので、 少
ないピ ン 数 要 件 で 最 速 のブー ト ソリューションが 提 供 されます。ページ ベースの 書 き 込 みおよびセ ク ター ベースの
削 除 はサポー ト されますが、その 他 のデバイ ス タ イ プに 比 べる と レー ト はかな り 遅 く な り ます。 ブー ト 時 間 が 最 速 で
メモリ 容 量 が 大 きいコスト 効 率 の 良 いソ リューションには、プライマリ ブー ト デバイ ス と し て 小 型 の QSPI を 使 用 し
て、 FSBL が 格 納 される よ う にでき ます。 その 他 すべてのパーテ ィ シ ョ ンは、 eMMC や SD な ど の よ り 大 き な フ ラ ッ
シュ デバイ スに 配 置 でき ます。 こ のよ う なシステムのイ ンプ リ メ ン ト 方 法 の 詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable
SoC ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 者 向 けガ イ ド 』 (UG821) [ 参 照 7] の 「eMMC フラッシュ デバイ ス」 セ ク シ ョ ン ( リンク) を 参 照
してください。
QSPI フラッシュ コント ローラーでは、 I/O モード、 リ ニア ア ド レ ス 指 定 モー ド 、 従 来 の SPI モード の 3 つのモー ド
がサポー ト さ れます。 リ ニア アドレス 指 定 モードでは、QSPI コ ン ト ローラーで 受 信 さ れる AXI トランザクションが、
フラッシュ デバイ スに 接 続 される QSPI バスの 該 当 するコマンドおよびデータ ト ラ ンザ ク シ ョ ンに 自 動 的 に 変 換 さ
れます。 コ ン ト ローラーでは 24 ビッ トのフラッシュ アドレスのみがサポートされるので、QSPI の 最 大 サイ ズが リ ニ
ア モード では 16MB に 制 限 されます。 BootROM は、 リ ニア モード で QSPI にアクセスします。QSPI が XIP モー ド で
使 用 さ れる と 、 FSBL の 長 さが リ ニア モード の QSPI の 容 量 からブー ト ヘッ ダーの 長 さ を 引 いた 値 に 制 限 されます。
XIP モード がブー ト ヘッダーを 介 してイネーブルになる と、FSBL が OCM にコピーされる 代 わりに、BootROM か ら
FSBL に 制 御 が 移 行 し て、 FSBL が QSPI フ ラ ッ シ ュ か ら 直 接 実 行 さ れる よ う にな り ます。 QSPI が XIP モー ド で 使 用
さ れない 場 合 、 BootROM は FSBL を OCM に コ ピーし て 実 行 し ます。 こ の 場 合 、 FSBL のサイズは 192KB の OCM 容
量 に 制 限 されます。 OCM の 最 初 の 3/4 は 下 位 メ モ リ に、 上 部 1/4 は 上 位 メ モ リ にマ ッ プ されます。 FSBL は 上 部 1/4
のほ とんどをス タ ッ クおよびヒープなどに 使 用 でき ます。
I/O モー ド の 場 合 、 ソ フ ト ウ ェ アが TXD レ ジ ス タ で コ マン ド およびデータ を 構 成 し、 コ ン ト ローラーがレ ジ ス タ の 内
容 を 正 しい 形 式 でフラ ッシュ メ モ リ に 駆 動 し ます。フ ラ ッ シ ュ メ モ リ で 駆 動 さ れるデータは 対 応 する RXD レジスタ
にシフトされ、そのデータがソフトウェアで 抽 出 されます。I/O モー ド を 使 用 する と 、 ソ フ ト ウ ェ アがフ ラ ッ シ ュ コ
マンドを 実 行 して、 フラ ッシュ メモリ 内 の 特 定 のレジスタ ビ ッ ト を 修 正 で き る ので、 ページ 間 を 効 率 的 に 切 り 替 え
て QSPI フラッシュ ア ド レ ス 空 間 を 拡 張 で き ます。 こ の 方 法 を 使 用 する と 、 コ ン ト ローラーで 各 QSPI で 最 大 128MB
までサポートできるようになります。QSPI の I/O モード については、『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リ
ファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の 「Quad-SPI フラッシュ コント ローラー」 の 章 の 「I/O モード」 セ ク シ ョ
ン ( リンク) を 参 照 して く ださい。
ボー ド で 使 用 さ れる QSPI が 16MB よ り も 大 き い 場 合 、 ページ レジスタがリセッ ト されるよ うに、 Zynq-7000 AP SoC
プラッ ト フォーム リセットで QSPI に 対 するリセットもト リガーする 必 要 があります。 これにより、BootROM が リ
ニア モード でア ド レ ス 0X0 か ら 読 み 出 す と き に、 ブー ト イメージにアクセスできるようになります。16MB を 超 え
るフラッシュ デバイ ス を 使 用 する 場 合 は、 リ セ ッ ト 要 件 の 詳 細 をザ イ リ ン ク ス アンサー 57744 [ 参 照 70] で 確 認 し て
ください。
16 MB を 超 えるフラ ッシュ デバイ スにブー ト イ メ ージを 格 納 する のに RSA 暗 号 化 ま たは XIP モー ド が 使 用 さ れ る 場
合 、 ブー ト イメージはオフセット 0x0 に 配 置 でき ませんが、 オフセ ッ ト 0x0+32K に 配 置 で き ます。 イ メ ージが 0x0
にあ る 場 合 、 重 複 するヘ ッ ダー イ メージを 0x0+16MB に 含 めるか、 シングル x1 QSPI を 使 用 できます。
QSPI フラッシュ デバイ スが 異 な る と 、 QSPI ク ロ ッ ク 周 波 数 および 読 み 出 し を 実 行 する のに 使 用 さ れた コ マン ド タ
イプによって、 必 要 と されるダミー クロック サイクルが 異 なり ます。 QSPI のボードでのコンフ ィ ギュレーシ ョ ン 方
法 (x1、 x2、 x4、 シングル、スタックド、またはパラレル) と 使 用 される 特 定 のフラッシュ デバイ スによ って、 フ ラ ッ
シュ デバイ ス と の 通 信 用 にコ ン ト ローラーの LQSPI_CFG レ ジ ス タ を 設 定 する 必 要 があ り ます。 ザ イ リ ン ク スのサ
ポー ト する QSPI フラッシュ デバイ ス を 使 用 する 場 合 、 ザ イ リ ン ク ス PS の QSPI デバイ ス ド ラ イ バーが 適 切 な 値 を
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
LQSPI_CFG レ ジ ス タ に 自 動 的 に 書 き 込 みます。 ザ イ リ ン ク ス では、 Micron および Spansion 製 造 の QSPI デバ イ ス を
サポー ト し ています。 現 在 Zynq-7000 AP SoC ツールでサポート されているベンダーのフラ ッシュ デバイ スについて
は、 ザイ リ ン ク ス アンサー 50991 [ 参 照 67] を 参 照 して く ださい。
BootROM では、 BootROM ヘ ッ ダーの 幅 検 出 値 と 画 像 識 別 値 を 検 証 する こ と で、 高 速 読 み 出 し (x1)、 ク ワ ッ ド 出 力 読
み 出 し (x4)、 デュ アル 出 力 高 速 読 み 出 し (x2)、 シングル モード、 またはパラ レル モー ド のいずれかを 使 用 し て 読 み
出 し コマン ド が 自 動 的 に 実 行 されます。 これらの 値 に 基 づいて、 BootROM はサポー ト される 最 大 I/O バス 幅 を 使 用
して Quad-SPI デバイ スか らデータ を 読 み 出 し ますが、 コ マン ド は x1 で 送 信 し ます。 BootROM は、 初 期 値 のセ ッ ト
を LQSPI_CFG レ ジ ス タ に 書 き 込 みます。 こ れら の 値 の 詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リ フ ァ
レンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の 「ブートおよびコンフィギュレーション」の 章 の「Quad-SPI ブー ト 」 セ ク シ ョ
ン ( リンク) を 参 照 して く ださい。
メモリ インターフェイス クロックが 40MHz を 超 え る 高 速 の QSPI アプ リ ケーシ ョ ンでは、QSPI フィードバック モー
ド を 使 用 する 必 要 があ り ます。 QSPI のフ ィードバッ ク クロックについては、『Zynq-7000 All Programmable SoC テ ク
ニカル リファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の「Quad-SPI フラッシュ コ ン ト ローラー」の 章 の「Quad-SPI フ ィ ー
ドバック クロック」 セクション ( リンク) を 参 照 して く ださい。
QSPI は、 U-Boot、 Linux、 iMPACT、 SDK でプログラ ムでき ます。
QSPI フラッシュ コント ローラーの 詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニ ュ アル』
(UG585) [ 参 照 4] の 「Quad-SPI フラッシュ コント ローラー」 の 章 の 「Quad-SPI フラッシュ コ ン ト ローラー」 セ ク シ ョ
ン ( リンク) を 参 照 して く ださい。
スタティ ック メモリ コントローラー
スタティック メモリ コント ローラーには、NAND フラッシュ インターフェイス モード と パラ レル ポー ト メモリ イ
ンターフェイス モード の 2 つのイ ン ターフ ェ イ ス モード があ り ます。NAND フラッシュ インターフェイス モー ド で
は NAND フラッシュが、パラレル ポー ト インターフェイス モード では NOR フ ラ ッ シ ュ と 非 同 期 SRAM がサポー ト
されます。 QSPI と NOR フラッシュのどちらでも NOR ベースの メ モ リ セルが 使 用 され、 QSPI では リ ニア モー ド で
16MB に 制 限 されるので、 QSPI よ りも NOR フ ラ ッ シ ュ を 選 択 する のは 容 量 が 要 因 と な り ますが、 ス タ テ ィ ッ ク メモ
リ コント ローラーではアドレス ラインの 数 が 26 ビッ トに 制 限 されるので、サポート されるのは 64MB の NOR フ ラ ッ
シュまでです。QSPI の 16MB 制 限 はブー ト 中 にだけ 適 用 さ れる ので、 BootROM で 読 み 出 さ れるデータ 量 が 16MB を
超 えないよ う にする 必 要 があ り ます。 BootROM によ り FSBL が OCM か DDR メ モ リ の ど ち ら かに 読 み 込 ま れた ら 、
QSPI コント ローラーを I/O モー ド に 切 り 替 えて、 最 大 で 128MB メモリ (フラッシュ デバイ スのページ レ ジ ス タ のサ
ポー ト あ り ) までアクセスできるよ うにします。 64MB デバイ ス (40 ピンを 使 用 ) をサポートする NOR フラッシュ コ
ントローラーの 機 能 と QSPI でサポー ト される 128MB デバイ ス (8 ピ ンのみ 使 用 ) を 比 較 する と 、QSPI の 方 が NOR フ
ラッシュよりも 推 奨 されます。
次 のセ ク シ ョ ンでは、 NAND フラッシュ インターフェイス モード について 説 明 し ます。 パラ レル ポー ト メモリ イ
ンターフェイスの 使 用 の 詳 細 は、『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参
照 4] を 参 照 して く ださい。
NAND メモリ コントローラー
NAND フラッシュでは、 メモリ セルが 直 列 に 配 置 されているので、 NOR フラッシュよりもメモリ セルの 集 積 度 は 高
く、 シリコン エリ アごとの 容 量 も 大 き く、 ビッ ト ごとのコス ト も 安 くなり ます。 NAND フラッシュ コント ローラー
では、ア ド レ ス/データ/コマンドに 対 して 8 ビットまたは 16 ビッ トの I/O バスを 使 用 して、1GB までの 外 部 NAND フ
ラ ッ シ ュ をサポー ト で き ます。 ま た、 Open NAND フラッシュ インターフェイス 1.0 仕 様 がサポー ト さ れます。
高 集 積 度 の メ モ リ セル パ ッ ケージの 場 合 、 プ ロ グ ラ ムおよび 消 去 サ イ ク ル 中 にセルに 負 荷 がかか り 、 ビ ッ ト エラー
が 発 生 しやす く な り ます。 こ れら のエ ラーを 軽 減 する には ECC を 使 用 します。 NAND フラッシュ コント ローラーに
は、 1 ビッ トの ECC 訂 正 に 対 するハー ド ウ ェ ア サポー ト が 含 まれています。 フ ラ ッシュ 管 理 アルゴ リ ズム ( さまざま
なエラー モー ド を 管 理 し、 不 正 なブ ロ ッ ク を 処 理 し、 メ モ リ セル 全 体 の 磨 耗 を 均 一 に し、 セルの 耐 性 およびデータ
保 持 を 改 善 する ために、 ECC データ を 使 用 ) を 実 行 する ためには、 ソ フ ト ウ ェ アが 使 用 さ れます。
コント ローラーでは 1 ビッ トの ECC しかサポート されないので、 オンチップ ECC または 1 ビット ECC を 使 用 し た
NAND デバイ スのみを Zynq-7000 AP SoC と 一 緒 に 使 用 でき ます。 現 在 の と こ ろ、 こ の ECC 条 件 に 合 う のはシン グル
レベル セル (SLC) デバイ スのみで、 マルチ レベル セル (MLC) はサポー ト さ れてい ません。 ま た、 コ ン ト ロ ー ラ ーで
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
は、 シングル チップ セレク ト しかサポート されません。 ザイ リ ンクスでは、 x8 および x16 コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン
の 両 方 で 128MB ~ 1GB の 範 囲 の NAND デバイ ス をサポー ト し ています。 公 式 にサポー ト し ているのは、 Micron お
よび Spansion の NAND デバイ スです。Zynq-7000 AP SoC ツールでサポート されているベンダーのフラ ッシュ デバ イ
スについては、 ザイ リ ンクス アンサー 50991 [ 参 照 67] を 参 照 して く ださい。
容 量 の 大 き な NAND デバイ スで も、Zynq-7000 AP SoC の BootROM は 開 始 する ブー ト イ メージを 最 初 の 128MB か ら
検 索 し ます。 こ のため、 ス タ ンダー ド ブー ト イ メージとフォールバック ブー ト イ メージ ( 使 用 さ れる 場 合 ) の 両 方 が
最 初 の 128MB で 開 始 さ れる 必 要 があ り ます。
NAND フラッシュとの 通 信 は、デバイスによって 異 なる AC タイミング パラ メーターのセッ トに 基 づきます。 正 しい
タイミングを 使 用 した Zynq-7000 AP SoC と NAND デバイ ス と の 通 信 には、デバイ スの AC タ イ ミ ン グ 値 に 基 づいて、
該 当 する タ イ ミ ング パラ メーターを [SMC Timing Calculation] ページの CS0 列 に 入 力 する 必 要 があ り ます。 図 3-3 は、
これを 示 しています。
CS0 サイクルは NAND ク ロ ッ ク 周 波 数 に 基 づいて 自 動 的 に 計 算 さ れます。 こ の 値 は、 SDK の PS 初 期 化 コー ド にデザ
インのハードウェア プ ラ ッ ト フ ォーム 仕 様 の 一 部 と し て 含 まれます。 初 期 化 コー ド に よ り、 こ れ ら の 値 が
smc.SET_CYCLE レジスタに 書 き 込 まれます。
X-Ref Target - Figure 3-3
図 3‐3 : [SMC Timing Caliculation] ページ 例
BootROM は、smc.SET_CYCLE レ ジ ス タ に 格 納 さ れた 初 期 値 のセ ッ ト を 使 用 し て、PS 初 期 化 コー ド の 実 行 前 に NAND
フ ラ ッ シ ュ か ら 読 み 出 し ます。 こ れ ら の 値 の 詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マ
ニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の 「ブートおよびコンフ ィギュレーシ ョ ン」 の 章 の 「NAND ブー ト 」 セ ク シ ョ ンを 参 照
してください。
NAND フ ラ ッ シ ュ では、 読 み 出 しおよび 書 き 込 みはページ 単 位 で、 消 去 はブ ロ ッ ク 単 位 で 実 行 さ れます。 NAND フ
ラッシュはランダム アクセス メモリのようには 動 作 しないので、 ソフトウェアで MTD サブシステム API を 使 用 し
てデバイ スにア クセスでき る よ う に、 Linux システムでは 抽 象 化 レイヤーを 提 供 するメモリ テクノロジ デバイ ス
(MTD) として 使 用 されます。 この API は、 さ ま ざ まなフ ラ ッ シ ュ タイプおよびテクノロジ 間 で 共 通 です。MTD はブ
ロック デバイ スではないので、 ウ ェ ア レべ リ ン グや 不 正 なブ ロ ッ ク の 管 理 な どの 問 題 を 処 理 する ための ソ フ ト ウ ェ
ア 管 理 アルゴ リ ズムがあ り ません。 ext2、 ext3、 および FAT (ブロック デバイ ス 上 で 動 作 ) のよ うな 従 来 からのファイ
ル システムの 代 わ り に、 FFS2 または UBIFS のよ うな Raw フ ラ ッ シ ュ 上 で 動 作 する よ う なフ ァ イル シ ス テ ム を 設 計
する 必 要 があ り ます。 JFFS2 は MTD サブシ ス テム 上 で 動 作 し ます。 UBIFS は UBI サブシステム 上 で 動 作 し、MTD サ
ブシ ス テム 上 で 動 作 する 場 合 は NAND デバイ スに 必 要 な ソ フ ト ウ ェア 管 理 アルゴ リ ズムが 提 供 されます。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
ペリフェラル
このセクショ ンでは、 Zynq-7000 AP SoC PS に 含 まれる メ モ リ マップされたペリフェラル、 これらのペリフェラルと
APU およびメモ リ コント ローラーとの 関 係 について 説 明 します。 AMBA バス トポロジ (AHB および APB)、および
USB、 CAN、 UART、 イーサネットSPI プロ ト コルについては、 既 に 理 解 しているものとします。
Zynq-7000 AP SoC ペ リ フ ェ ラルは、 大 まかには 次 のよ う に 分 類 でき ます。
• PS ペリフェラル
• PL ペリフェラル
PS ペ リ フ ェ ラ ルは、ハー ド ワ イ ヤのペ リ フ ェ ラ ルで、 標 準 的 な ASSP インプリ メ ンテーシ ョ ンの 一 部 と してインプ リ
メントされます。PS ペリフェラルは、 オンザフライでプログラムおよびリコンフィギュレーション 可 能 です。 この
セクションでは PS ペ リ フ ェ ラ ルについて 説 明 し ます。 PL ペリフェラルについては、 その 後 のセクションで 説 明 しま
す。
PS ペリフェラルはメモリ マップされています。 ペリフェラル メモリ マ ッ プは 定 義 済 みです。ペ リ フ ェ ラ ルは、AMBA
(Advanced Microcontroller Bus Architecture) プ ロ ト コルに 準 拠 するバス アーキテクチャをインプリメントし、セントラ
ル インターコネク トまたはアプリケーション プロセッサ ユニ ッ ト の 一 部 のいずれかに 接 続 されます。 これらは
AMBA 指 定 ト ラ ンザ ク シ ョ ン を 使 用 し て ARM Cortex-A9 プ ロ セ ッ サ と 通 信 し ます。 ペ リ フ ェ ラ ルは ARM TrustZone
セキュ リ ティ 認 識 されるので、オプシ ョ ンで 非 セキュアのマスターからの 非 セキュア ア ク セ ス を 拒 否 する こ と がで き
ます。セン ト ラル インターコネク トに 接 続 されたペリフェラルは、オプションで PL アクセスをイネーブルにする PL
に 配 線 でき ます。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
図 3-4 は、 PS に 含 まれるペ リ フ ェ ラ ルの 最 上 位 ブ ロ ッ ク 図 を 示 し ています。
X-Ref Target - Figure 3-4
図 3‐4 : PS ペリフェラルのブロック 図
ペ リ フ ェ ラルの 詳 細
次 は、 PS ブロックに 含 まれる 主 なペリ フェラルです。
USB ペリフェラル
PS USB コント ローラーは USB 2.0 に 準 拠 し、 次 のモード で 動 作 でき ます。
• デバイ ス モード
• ホス ト モード
• On-The-Go (OTG) モード
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
USB コント ローラーは ULPI インターフェイスを 使 用 して 外 部 PHY に 接 続 され、MIO を 使 用 して 8 ライン SDR デー
タ バス と してインプリ メ ン ト されます。ULPI PHY は USB コ ン ト ローラーの 一 部 ではないので、ULPI 準 拠 の PHY を
インプリ メントすると、Zynq-7000 AP SoC の USB コント ローラーに 接 続 できます。 ポート コ ン ト ロ ー ラ ーの イ ン ジ
ケーター 信 号 、 電 源 選 択 信 号 、 電 源 障 害 信 号 は、 EMIO を 介 して PL に 配 線 で き ます。 サ イ ド バン ド 信 号 も SelectIO
ピンに 配 線 できます。USB コント ローラーには、AHB バス を 使 用 し てデータ を メ モ リ に 入 出 力 する 送 信 FIFO および
受 信 FIFO を 含 むビル ト イン DMA エンジンが 含 まれます。
詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の 「USB ホス ト/デ
バイス/OTG コ ン ト ローラー」 の 章 ( リンク) を 参 照 して く ださい。
データ フロー
メモリから DMA で 転 送 されるデータは、 USB 2.0 プロ ト コル フォーマッ トを 使 用 してカプセル 化 され、 ULPI イ ン
ターフェイスを 使 用 して PHY に 送 信 されます。
システム レベルの 考 慮 事 項
USB コント ローラーは、 2 つのク ロ ッ ク ド メ イ ンか ら ク ロ ッ ク 供 給 さ れます。
• AHB インターフェイスは、 CPU_1x クロック ドメインでクロック 供 給 されます。
• USB プロ ト コル エンジンとプロ ト コル コント ローラー インターフェイスでは、ULPI PHY で 生 成 された 60MHz
クロックが 使 用 されます。
USB コント ローラーをリセッ トするには、 次 の 3 つの 方 法 があ り ます。
• APB インターフェイスを 使 用 して USB コマンド レジスタに 書 き 込 むと、 コン ト ローラー リセットを PS リ セ ッ
トでト リガーできます。
• GPIO 信 号 の 制 御 下 で ULPI PHY リセットをト リガーできます。
• OTG モー ド で 自 動 リ セ ッ ト 機 能 を 使 用 する と USB バス リセットをト リガーできます。
コント ローラーは USB ホス ト、 USB デバイ ス ま たは OTG としてコンフィギュレーションできます。 コンフィギュ
レーションは、アプリケーションで 決 定 されます。 コントローラー ホス ト モード では、 USB ホス ト コ ン ト ローラー
インターフェイスが Linux イ メージでビルトインされる 必 要 があります。USB マス ス トレージ、アイソクロナス、ま
たは 割 り 込 みベースのいずれかで 異 な るデバイ ス モード オプシ ョ ン を 設 定 で き ます。 高 速 エン ド ポ イ ン ト の 場 合 、 最
大 パケ ッ ト サイズはバルク 転 送 で 512 バイ ト、 アイソ クロナス デバイ スで 1024 バ イ ト です。 ビデオの よ う な ス ト
リーミング アプ リ ケーシ ョ ンの 場 合 は、 アイ ソ ク ロナス モー ド を 使 用 で き ます。
イーサネッ ト ペリフェラル
ギガビッ ト イーサネッ ト MAC (GEM) は、 IEEE 802.3-2008 規 格 と 互 換 性 のあ る 10/100/1000 Mb/s Ethernet MAC を イ
ンプ リ メ ン ト します。 3 つの 速 度 すべてで、 ハーフ モード またはフル デュプレッ クス モー ド の ど ち ら かで 動 作 で き
ます。 2 つの GEM コ ン ト ローラーはそれぞれ 別 々にコ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンで き ます。 ピ ン を 保 存 する ために、 各
コント ローラーでは MIO を 介 して RGMII が 使 用 されます。 PL へは、 GMII イ ン ターフ ェ イ ス を 提 供 する EMIO を 介
してアクセスされます。
PL でその 他 の イーサネ ッ ト 通 信 イ ン ターフ ェ イ ス を 作 成 する には、 EMIO イ ン ターフ ェ イ スか ら 使 用 可 能 な GMII を
使 用 し ます。
Zynq-7000 AP SoC の GEM コント ローラーからは MAC ファンクションしか 提 供 されないので、 別 の PHY を イ ン プ リ
メントする 必 要 があります。
データ フロー
コント ローラーに 含 まれる DMA ブロッ クが AHB バスを 使 用 してシステム メ モ リ か ら デー タ を フ ェ ッ チ し 、 送 信
FIFO にデータ を 格 納 し ます。 FIFO データ はコ ン ト ローラーに よ って イーサネ ッ ト プロ ト コル フ ォ ーマ ッ ト に 変 換
され、 RGMII または GMII インターフェイス (ユーザーが MIO と EMIO イ ン タ ーフ ェ イ ス のいずれを 使 用 す る かに
よって 異 なる) を 使 用 してイーサネッ ト PHY に 送 信 されます。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
レジスタは、 MAC の 機 能 を コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン し、 さ ま ざ ま な 動 作 モー ド を 選 択 し、 ネ ッ ト ワー ク 管 理 統 計 を
イ ネーブルに し て 監 視 する ために 使 用 さ れます。
コント ローラーには、 PHY 管 理 用 の MDIO インターフェイスが 含 まれます。 PHY は、 いずれかの MDIO イ ン タ ー
フ ェ イ スか ら 制 御 で き ます。
システム レベルの 考 慮 事 項
GEM コ ン ト ローラーには、 システム 要 件 に 基 づいて イ ンプ リ メ ン ト 可 能 なシステム レベル 機 能 が 多 く 含 まれます。
たとえば、 ネッ トワーク 効 率 を 向 上 し、 CPU 使 用 率 を 低 く する 必 要 があ る シ ス テムで、 チェ ッ ク サム オフローディ
ングをイネーブルにできます。 別 のシステム レベルの 考 慮 事 項 は、 IEEE 1588 で 定 義 される PTP (Precision Time
Protocol) のインプリ メンテーショ ンです。 コン ト ローラーは PTP イベン ト を 検 出 し、 それに 応 答 し ます。 ま た、 PTP
準 拠 のネ ッ ト ワー ク ピアを 必 要 とします。
DMA インターフェイスを 使 用 すると、 オプションでコント ローラーから PL にイーサネッ ト パケ ッ ト を 配 線 で き ま
す。 こ のオプシ ョ ンには、 PL にパケ ッ ト 加 速 またはパケ ッ ト 検 査 IP をインプリ メントする 必 要 があることがありま
す。
GEM コント ローラーでは、ジャンボ フレームはサポート されません。ジャンボ フレームのサポートが 必 要 な 場 合 は、
PL にザイ リ ン ク ス AXI Ethernet MAC IP をインプリ メントできます。 AXI DMA IP を 使 用 する と、 イーサネッ ト フ
レームを PS の DDR メ モ リ か ら 読 み 出 しおよび 書 き 込 みで き ます。 GEM コント ローラーでは、 3.3 V の IO 電 圧 はサ
ポー ト されません。 詳 細 は、『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4]
の 「ギガビッ ト イーサネッ ト コント ローラー」 の 章 ( リンク) を 参 照 して く ださい。
SDIO ペリフェラル
SD/SDIO コント ローラーは、 SDIO デバイ スおよび SD メモリ カー ド と 通 信 し ます。 SDIO インターフェイスは MIO
マルチプレ クサーを 介 して MIO ピンに 配 線 したり、 EMIO を 介 して PL の SelectIO ピ ンに 配 線 で き ます。 コ ン ト ロ ー
ラーでは、 802.11 デバイ ス、 GPS、 WiMAX な どの 広 範 囲 のポータ ブルな 低 消 費 電 力 アプ リ ケーシ ョ ンで SD および
SDIO アプ リ ケーシ ョ ンをサポート できます。
SD/SDIO コント ローラーは、SDMA (シングル オペレーシ ョ ン DMA)、 ADMA1 (4 KB バウ ンダ リ 制 限 付 き DMA)、 お
よび ADMA2 サポー ト のある 標 準 の SD Host Controller Specification Version 2.0 Part A2 と 互 換 性 があ り ます。 ADMA2
を 使 用 する と 、 データ がど こ にあ って も どのサ イ ズで も Scatter-Gather DMA を 使 用 して 32 ビッ ト システム メ モ リ で
転 送 で き ます。 こ の コ アで も、 SD1 および SD4 で 最 大 7 つのフ ァ ン ク シ ョ ン までサポー ト されますが、 SPI モー ド は
サポー ト されません。 このコアでは、 SD High-Speed (SDHS) および SD High Capacity (SDHC) カー ド 規 格 がサポー ト
されます。 ユーザーは、 SD2.0/SDIO 2.0 仕 様 [ 参 照 89] に 精 通 し ている 必 要 があ り ます。
SD/SDIO コント ローラーには、AHB バスを 介 して ARM プロセッサからアクセスできます。 コ ン ト ロ ー ラ ーには、 ス
ループッ ト 要 件 を 満 たすための 内 部 FIFO を 使 用 する DMA ユニッ ト も 含 まれます。 SD/SDIO コ ン ト ロ ー ラ ーは、
MMC 3.31 仕 様 と 互 換 性 があ り ます。
データ フロー
SD/SDIO コント ローラーには、 AHB バスを 使 用 してシステム メモリからデータをフェッチできる DMA が ビル ト イ
ンされています。 こ の コ ン ト ローラーは、 接 続 さ れたカー ド にデータ を 読 み 出 しおよび 書 き 込 みする FIFO ペアを イ
ンプ リ メ ン ト して、 スループッ ト を 最 大 にします。 APU から 開 始 される SD 専 用 コ マン ド に 基 づいて、 接 続 さ れた
カードへのデータの 書 き 込 みまたは リ ード バッ ク が 実 行 されます。
システム レベルの 考 慮 事 項
SD カー ド は 本 質 的 には NAND フラッシュ デバイ スで、 フ ラ ッ シ ュ トランザクション レイヤー (FTL) を イ ン プ リ メ
ントするビルトイン コント ローラーが 含 まれます。 FTL では ECC、 ブ ロ ッ ク 管 理 、 およびウ ェ ア レべ リ ン グが 処 理
されるので、 メモリがブロッ ク デバイスのように 動 作 します。 このため、 従 来 のファイル システム (FAT、 ext2、 お
よび ext3 など) をインプリ メントできます。 マルチチップ パッケージ テクノロジとマルチレベル セル テ ク ノ ロ ジの
進 歩 のため、SD メモリ デバイ スの 集 積 度 と 容 量 は、Zynq-7000 AP SoC で 使 用 可 能 なすべてのフ ラ ッ シ ュ メ モ リ の 中
でも 最 大 です。 SD メモリの 欠 点 は、 SD カード コネクタが 必 要 な 点 にあり ます。 物 理 的 なコネクタを 使 用 しない 場
合 は、 eMMC を 使 用 できます。 eMMC には、 フ ラ ッ シュ メモリ と 小 型 のボール グ リッド アレイ (BGA) にパ ッ ケー
ジされたコント ローラーが 含 まれ、BGA は 機 械 的 な コ ネ ク タ な し に 回 路 ボー ド に 直 接 取 り 付 け る こ と がで き ます。SD
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
ソリューションと eMMC ソ リューションの 違 いは、ブート デバイ ス と し て 機 能 する かど う かにあ り ます。 Zynq-7000
AP SoC は、 SD カード から 直 接 起 動 でき ますが、 eMMC からは 実 行 できません。 eMMC ソ リ ュ ーシ ョ ン の 場 合 は、
QSPI のよ うなブート デバイ スが 追 加 で 必 要 にな り ます。
CLK、 CMD、 データ 信 号 に 加 えて、カード 検 出 (CDn) 信 号 で SD カー ド の 挿 入 ま たは 存 在 が 示 さ れ、 書 き 込 み 保 護
(WPn) 信 号 で メ モ リ カー ド での 書 き 込 み 保 護 ス イ ッ チの 位 置 が 示 さ れます。 ソ フ ト ウ ェ ア ド ラ イバーの 中 には、 こ
れ ら の 信 号 の 使 用 に 依 存 する も のがあ り ます。 こ のため、 信 号 を 使 用 で き ない 場 合 は、 CDn をアクティブに、WPn を
非 ア ク テ ィ ブにするのがシンプルなソ リ ューシ ョ ンにな り ます。
SD/SDIO ペリフェラルをブート モード デバイ ス と し て 使 用 する こ と も でき ます。 詳 細 は、 49 ページの 「ブー ト デバ
イスおよびそのコンフィギュレーション」 および 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニ ュ
アル』 (UG585) [ 参 照 4] の 「SD/SDIO コント ローラー」 の 章 ( リンク) を 参 照 して ください。
UART ペリフェラル
UART コ ン ト ローラーは、 広 範 囲 のプ ロ グ ラ マブル ボー レートおよび I/O 信 号 フ ォーマ ッ ト をサポー ト する フル デ ュ
プレ ッ ク ス 非 同 期 レ シーバーおよび ト ラ ン ス ミ ッ ターです。 こ のコ ン ト ローラーでは、 自 動 パ リ テ ィ 生 成 およびマル
チマス ター 検 出 モー ド を 使 用 で き ます。
UART の 操 作 は、 コ ンフ ィ ギュ レーシ ョ ンおよびモード レジスタで 制 御 されます。 FIFO の ス テー ト 、 モデム 信 号 、
およびその 他 のコン ト ローラー フ ァ ン ク シ ョ ンは、 ステータ ス、 割 り 込 みステータ ス、 およびモデム ステータス レ
ジ ス タ を 使 用 し て 読 み 出 さ れます。
データ フロー
コント ローラーと APU 間 の 通 信 は、 APB バス を 介 し て 実 行 さ れます。 コント ローラーは、 別 の Rx および Tx デー タ
パスを 使 用 して 構 築 されます。 各 パスには、 64 バイ ト FIFO が 含 まれます。 APB バスを 介 してシステム メ モ リ か ら
到 着 するデータは、 送 信 FIFO に 格 納 されます。 MIO/EMIO インターフェイスから 受 信 したデータは、 受 信 FIFO に
格 納 さ れ、 APB バスを 使 用 してシステム メ モ リ に 送 信 さ れます。
コント ローラーには、Rx および Tx FIFO のデータ をデシ リ ア ラ イ ズ し、 RxD および TxD 信 号 に 対 し てループバ ッ ク
コンフィギュレーションをサポートするモード スイッチが 含 まれます。FIFO 割 り 込 みス テータ ス ビッ トでは、ポー
リングまたは 割 り 込 みドリブン ハン ド ラーがサポー ト されます。 ソ フ ト ウェアでは、 Rx および Tx データ ポー ト レ
ジ ス タ を 使 用 し てデータ バイ ト を 読 み 出 しおよび 書 き 込 みし ます。
システム レベルの 考 慮 事 項
Zynq-7000 AP SoC には、 エンベデッ ド システムのデバッグ ポー ト と し て よ く 使 用 さ れる UART コント ローラーが 2
つ 含 まれます。 こ れらは、 ホ ス ト PC と の 端 子 接 続 に も よ く 使 用 さ れます。 こ れら の 有 用 性 のため、 こ の コ ン ト ロー
ラーはソフ ト ウェアのすべてのレイヤー (FSBL、 U-Boot、 スタンドアロン、およびその 他 さまざまなオペレーティン
グ システム) でサポー ト されます。
UART はブー ト プ ロ セスの 初 期 段 階 で FSBL に よ り 使 用 さ れ、 情 報 を 端 末 に 送 信 し ます。 UART コ ン ト ロ ー ラ ーへの
最 も 単 純 な 接 続 には、 TX と RX の 2 つの 信 号 が 必 要 です。 TX と RX の 2 つのテス ト ポイント を 含 む PMOD を 使 用
する 場 合 で も、 デバ ッ グ 用 に UART1 にア ク セスで き る よ う に し てお く こ と をお 勧 め し ます。
バン ド 幅 が 狭 く 、 電 圧 幅 が 大 き く 、 コ ネ ク タ が 大 き いため、 最 新 のコ ン ピ ューターには UART ポー ト は 含 まれず、 代
わりに USB が 標 準 バス ペ リフェラルとして 使 用 されるようになっています。 このため、 ホスト USB ポー ト と
Zynq-7000 AP SoC UART ポー ト 間 に USB-to-UART ブリッジ コ ン ト ロ ー ラ ーを 追 加 す る 必 要 があ る こ と があ り ます。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
図 3-5 は、 これを 示 し ています。 ホ ス ト PC 端 末 ソ フ ト ウ ェ アでは、 ブ リ ッ ジが 仮 想 COM ポー ト と して 認 識 される
ので、 Zynq-7000 AP SoC と の 通 信 には 広 く 使 用 さ れる 端 末 プ ロ グ ラ ム を 使 用 で き ます。
X-Ref Target - Figure 3-5
図 3‐5 : USB‐to‐UART ブリッジを 介 した Zynq‐7000 AP SoC UART から PC への 接 続
図 3-6 は、 ホ ス ト コンピューターと Zynq-7000 AP SoC 間 の 接 続 を イ ネーブルにするのに、 Cypress USB-to-UART ブ
リ ッ ジを 使 用 し た 例 です。 最 も のシンプルな イ ンプ リ メ ンテーシ ョ ンでは、 端 末 をサポー ト する のに UART コント
ローラーの TXD と RXD 信 号 のみが 必 要 と な り ます。 フ ロー 制 御 が 必 要 な 場 合 は、 拡 張 MIO を 使 用 し て 追 加 で き ま
す。 Cypress には 著 作 権 使 用 料 無 料 の Virtual COM Port (VCP) ドライバーが 含 まれ、CY7C64225 USB-to-UART ブ リ ッ
ジがホス ト コンピューター (TeraTerm または HyperTerm など) の 通 信 ソ フ ト ウ ェアへの COM ポー ト と し て 表 示 さ れ
ます。
表 3‐2 : CY7C6 接 続
EPP ピン
EPP の UART
ファンクション
回 路 図 ネ ッ ト 名
CY7C6 ピン
CY7C64225 の UART
ファンクション
D11 (MIO バンク 1/501) TX、 データ 出 力 USB_1_RXD 23 RXD、 データ 入 力
C15 (MIO バンク 1/501) RX、 データ 入 力 USB_1_TXD 4 TXD、 データ 出 力
X-Ref Target - Figure 3-6
図 3‐6 : Cypress USB‐to‐UART ブリッジを 使 用 した 接 続
または、 Silicon Labs CP2103GM USB-to-UART ブリッジ デバ イ ス を 使 用 し て も イ ンプ リ メ ンテーシ ョ ンで き ます。 詳
細 は、 『Zynq-7000 XC7Z020 All Programmable SoC ZC702 評 価 ボー ド ユーザー ガイド』 (UG850) [ 参 照 8] を 参 照 し て く
ださい。
MIO を 介 して 配 線 でき るのは、 2 ピンの UART のみです。 フルの 8 ピン UART は、 EMIO を 使 用 し て 配 線 す る 必 要 が
あり、プログラマブル ボー レート + プロ ト コルおよびパリティがサポート されます。 UART コ ン ト ローラーの 詳 細
は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の 「UART コ ン ト ロ ー
ラー」 の 章 ( リンク) を 参 照 して く ださい。
CAN ペリフェラル
PS の CAN コント ローラーは、 最 大 1Mb/s までのビッ ト レート をサポートする メモ リ マ ッ プ さ れたペ リ フ ェ ラ ルで
す。 こ の コ ン ト ローラーは、 64 メ ッ セージを 格 納 する 機 能 があ る 送 信 および 受 信 FIFO をインプリ メント します。 コ
ントローラーは 受 信 メッセージ 用 に 16 ビッ トのタイム ス タ ンプを イ ンプ リ メ ン ト し、 受 信 および 送 信 エ ラー カウン
ターを 提 供 します。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
データ フロー
CAN コン ト ローラーには、 ペリ フェラルをセン ト ラル インターコネク トに 接 続 する APB イ ン タ ーフ ェ イ ス が 含 ま
れ、 制 御 レ ジ ス タ を コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンする ために 使 用 で き ます。 CAN 送 信 および 受 信 信 号 は、 MIO または
EMIO を 介 した PL のいずれかに 配 線 で き ます。 CAN コント ローラーでは、 5 つの 操 作 モー ド がサポー ト さ れます。
• コンフィギュレーション モード
• 通 常 モー ド
• スリープ モード
• ループバ ッ ク モード
• スヌープ モード
これらのモードは、 コン ト ローラーに 接 続 された APB バス を 使 用 し た レ ジ ス タ 書 き 込 み 操 作 で 開 始 で き ます。 詳 細
は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の 「CAN コ ン ト ロ ー
ラー」 の 章 ( リンク) を 参 照 して く ださい。
I2C ペリフェラル
I2C (Inter-Integrated Circuit) は、 2 つのオープン ドレイン ライン (Serial Data (SDA) および Serial Clock (SCL)、 ど ち ら
も 抵 抗 でプルアップ) を 使 用 する マルチマス ター シリアル シングルエンド バスです。 プロ ト コルには、 スレーブ ア
ドレスと、 スレーブ デバイ ス 内 のオプシ ョ ンのレジス タ アドレス、 バイトごとの ACK/NACK ビッ トが 含 まれます。
I2C は、 センサー、 EEPROM、 I/O エキ スパンダー、 プ ロ グ ラ マブル クロック デバイ ス、 またはエンベデッ ド シ ス テ
ムへの A/D および D/A コ ンバーターな どの 低 速 ペ リ フ ェ ラ ルを 接 続 する ために 使 用 し ます。 I2C バスからは、System
Management Bus (SMBus)、 Power Management Bus (PMBus)、 Intelligent Platform Management Interface (IPMI) な ど の 複 数
のバス イ ンプ リ メ ンテーシ ョ ンが 派 生 さ れています。
Zynq-7000 AP SoC には、 100Kb/s ( 標 準 モー ド ) および 400Kb/s ( 高 速 モー ド ) の 共 通 I2C バスで 実 行 可 能 な I2C コ ン ト
ローラーが 2 つ 含 まれます。 こ れら の コ ン ト ローラーは、 マルチマス ター デザイ ンではそれぞれマス ターまたはス
レーブと して 機 能 できます。 マスターは、 通 常 (7 ビッ ト) ア ド レ ス 指 定 モー ド と 拡 張 (10 ビッ ト) ア ド レ ス 指 定 モー
ド の 両 方 を 使 用 する よ う にプ ロ グ ラ ムで き ます。マス ターは、ク ロ ッ ク の 生 成 と データ 転 送 の 制 御 を 実 行 し ます。デー
タは、 マスターとスレーブ モード コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンの 両 方 で 送 信 ま たは 受 信 で き ます。
データ フロー
スレーブ モニター モード では、 I2C インターフェイスで slave-busy ス テータ ス を 監 視 する よ う に 設 定 で き ます。 こ の
モードの 場 合 、 スレーブ デバイ スが ACK を 送 信 する まで、 I2C は 継 続 し てそのス レーブ デバイ スに 転 送 し よ う と し
ます。
スレーブ モー ド では、 最 初 のア ド レ ス バイ トのビッ ト [7:3] で 特 定 コード が 検 出 される と、 拡 張 ア ド レ ス サポー ト が
自 動 的 にイネーブルにな り ます。 HOLD ビ ッ ト を 設 定 する と 、 マス ターが 転 送 を 続 行 で き な く な り 、 ス レーブでの
オーバーフ ローを 回 避 で き ます。 ただ し、 I2C コ ン ト ローラーで タ イ ムア ウ ト が 発 生 する 前 に HOLD ビッ トをクリア
し てお く 必 要 があ り ます。 タ イ ムア ウ ト 値 は、 さ ま ざ ま な 値 にプ ロ グ ラ ムで き ます。
I2C コント ローラー レジスタは、APB スレーブ イ ン ターフ ェ イ ス を 使 用 する と プ ロ グ ラ ムで き ます。SCL および SDA
信 号 専 用 の I2C インターフェイスは、EMIO を 介 して PL に 配 線 でき るほか、 MIO に 配 線 する こ と も で き ます。 EMIO
を 介 し て 配 線 さ れる 場 合 、 PL I/O バンクの 1 つに 接 続 さ れた I2C と 通 信 する ために、 SCL および SDA 信 号 が ト ラ イ
ステート I/O バ ッ フ ァーを 使 用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れる こ と が 多 く な り ます。 コ ン ト ローラーか ら は、 転 送 が 終 了
し た こ と を ホ ス ト に 示 す 完 了 割 り 込 みが 送 信 さ れます。マ ス ター モー ド の 場 合 、 コ ン ト ローラーで 受 信 さ れた NACK
は、 NACK 割 り 込 みを 使 用 し てホ ス ト に 通 知 さ れます。 詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リ フ ァ
レンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の 「I2C コント ローラー」 の 章 ( リンク) を 参 照 して く ださい。
システム レベルの 考 慮 事 項
プルア ップ 抵 抗 は、 SCL および SDA ラインの 遠 端 (Zynq-7000 AP SoC から 最 も 遠 い) に 配 置 す る 必 要 があ り ます。 プ
ルア ッ プ 抵 抗 の 計 算 例 は、 『Design Calculations for Robust I2C Communications』 [ 参 照 76] を 参 照 し て く だ さ い。 典 型 的
な 電 圧 は +5V または +3.3V です。 使 用 される I2C デバイ スの 電 圧 および Zynq-7000 AP SoC I/O バン ク に よ っ て、 レ
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
ベル シフター/ リ ピーターが 必 要 と な る こ と があ り ます。 PCB および SDA から SCL ま でのパ ッ ケージ 遅 延 ス キ ュ ー
は、 ±500ps 未 満 であ る 必 要 があ り ます。
すべての I2C デバイ スにプロ グ ラ マブル アドレスが 含 まれるわけではないので、 同 じアドレスを 使 用 して 複 数 のデバ
イ ス を 単 一 のバスに 接 続 する と 、 ア ド レ ス 競 合 が 発 生 する 可 能 性 があ り ます。 こ の 理 由 か ら、 I2C アダプター ポー ト
は 通 常 I2C バス スイッチを 介 して 配 線 され、 同 じアドレスを 使 用 して I2C スレーブを 別 のバス セ グ メ ン ト に 接 続 さ
れます。I2C バス セグメ ン ト の 1 つにあ る ス レーブ デバイ ス と 通 信 する 前 に、 アプ リ ケーシ ョ ンはまずア ド レ ス を 指
定 してから、 バス スイッチをコンフィギュレーションして、 必 要 な I2C チ ャ ネルを 選 択 する 必 要 があ り ます。 I2C ア
ドレスが 異 なり、バス セグ メ ン ト の 容 量 が 許 容 さ れる 値 よ り も 低 い 場 合 は、I2C バス セグ メ ン ト ご と に 複 数 のデバイ
スを 含 めることができます。66 ページの 図 3-7 は、 1:8 バス スイッチを 含 む I2C バス トポロジ 例 を 示 しています。 詳
細 は、 『PCA9548A Low Voltage 8-Channel I2C Switch With Reset』 [ 参 照 88] を 参 照 して ください。
X-Ref Target - Figure 3-7
図 3‐7 : I2C バス トポロジの 例
I2C コント ローラーの 操 作 には、 スタンドアロン、 U-Boot、 Linux ドライバーを 使 用 できます。 スタンドアロン ドラ
イバーは、FSBL 内 でペ リ フ ェ ラ ルの 早 期 初 期 化 に 使 用 で き ます。 マ ス ター モード と ス レーブ モー ド の 両 方 で よ く 使
用 さ れる 転 送 モー ド がすべてサポー ト さ れます。 Linux ド ラ イ バーの 詳 細 および 単 純 なアプ リ ケーシ ョ ン 例 は、 ザ イ
リンクス Linux I2C ドライバーの Wiki ページ [ 参 照 52] を 参 照 して く ださい。
SPI ペリフェラル
SPI (シ リアル ペリフェラル インターフェイス) は、 フル デュプレッ クス モー ド で 動 作 する 同 期 シ リ アル バ ス で、
SCLK (Serial Clock)、 MISO (Master Input, Slave Output)、 MOSI (Master Output, Slave Input)、 および SS (Slave Select) の
4 つのワ イ ヤを 使 用 し ます。 デバイ スはマス ター /スレーブ モード で 通 信 し、 マス ター デバイ スがデータ 転 送 を 開 始
し ます。 マス ターでは、 ス レーブ と 通 信 する 際 にア ド レ ス 指 定 メ カニズムが 使 用 さ れません。 通 常 ア ク テ ィ ブ Low で
あ る 個 別 のス レーブ セレク ト ラ イ ンを 使 用 する と、 複 数 のス レーブ デバイ ス を 使 用 で き ます。 SPI は、 通 常 A/D と
D/A コンバーター、 フラッシュおよび EEPROM メモリ、 LCD、 およびその 他 多 く のペ リ フ ェ ラ ル と 通 信 する ために
使 用 さ れます。 JTAG 規 格 は、 本 質 的 には 3 ワイヤ SPI プロ ト コルのアプリケーショ ン スタックです。
Zynq-7000 AP SoC には、 マ ス ター、 ス レーブ、 ま たはマルチマス ター モー ド で 動 作 可 能 な SPI コント ローラーが 2 つ
含 まれます。 コ ン ト ローラーは、 常 にフル デュプレッ クス モード (データ を 同 時 に 受 信 および 送 信 ) で 動 作 し ます。
データ フロー
マスター モー ド では、 個 別 のス レーブ セレ ク ト 信 号 を 使 用 し て 最 大 3 つまでのスレーブ デバイ ス を ターゲ ッ ト にで
き ます。 外 部 ペ リ フ ェ ラ ル 選 択 の 3-to-8 デコーダーをボー ド に 追 加 する と 、 最 大 8 つまでのスレーブ デバ イ ス を タ ー
ゲッ トにできます。3-to-8 デコーダー オプシ ョ ン を 使 用 する と 、 ソ フ ト ウ ェ ア を 使 用 し てデコーダーへの 3 出 力 ピ ン
を 制 御 で き ます。 デバイ スに 単 一 の 双 方 向 SPI データ ピ ンが 含 まれる 場 合 、 ソ フ ト ウ ェ アは こ の 機 能 を 使 用 し て 外 部
ト ラ イ ス テー ト を 制 御 で き ます。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
スレーブ モー ド の 場 合 、 コ ン ト ローラーでは 外 部 マ ス ターか ら の メ ッ セージを 受 信 し、 同 時 に 応 答 を 送 信 し ます。 コ
ントローラーは、32 ビッ トのレジスタ マ ッ プ さ れたデータ ポー ト レジスタを 使 用 し、 128 バイ トの TX/RX FIFO を
介 してスレーブ デバイ スに 対 し て 読 み 出 しおよび 書 き 込 みを 実 行 し ます。 読 み 出 し FIFO および 書 き 込 み FIFO は、
SPI I/O インターフェイスとソフト ウェア (APB スレーブ インターフェイスを 介 してコント ローラーに 使 用 ) 間 にバ ッ
ファーを 供 給 します。 FIFO は、 ス レーブ I/O モー ドおよびマス ター I/O モー ド の ど ち ら に も 使 用 さ れます。 詳 細 は、
『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の 「SPI コ ン ト ロ ー ラ ー」 の
章 ( リンク) を 参 照 して く ださい。
注 意 : SPI トランザクションはすべてバイト アライメント (8 ビットの 倍 数 ) されている 必 要 があり ます。10 ビット ア
ドレスや 16 ビッ ト データ などのバイ ト アライメント されていない SPI ト ラ ン ザ ク シ ョ ン を イ ン プ リ メ ン ト す る ス
レーブ デバイ スは、 サポー ト さ れていません。
システム レベルの 考 慮 事 項
どちらの SPI インターフェイスでも、 SPI[0,1] は EMIO を 介 して MIO ピンまたは PL に 配 線 でき ます。 EMIO を 介 し
て 配 線 する 場 合 、 PL I/O バンクの 1 つに 接 続 さ れた SPI デバイ ス と の 通 信 に、 ト ラース テー ト I/O バ ッ フ ァ ーを 使 用
し て イ ン ターフ ェ イ ス 信 号 を イ ンプ リ メ ン ト する 方 法 が 最 も よ く 使 用 さ れます。 こ の 場 合 、 SPI インターフェイスは
PL がプログラムされるまで 使 用 できません。 コアをマスター モードで 使 用 する 場 合 は、 スレーブ セレク ト 信 号 の
SS[1,2] をオプシ ョ ンで イ ネーブルにで き ます。 こ れ ら の 信 号 は、 コ アがマ ス ター と し て コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン さ れ
た 場 合 にのみ 使 用 で き る ので、 真 の 出 力 信 号 です。 SS0 信 号 は、 ス レーブ モー ド で も 使 用 さ れる ので、 ト ラ イ ス テー
トです。I/O 信 号 が MIO ピ ンに 配 線 さ れる 場 合 、 SCLK ク ロ ッ ク 周 波 数 は 最 大 50MHz です。 I/O 信 号 が EMIO を 介 し
て 配 線 さ れる 場 合 、 SCLK 周 波 数 は 最 大 25MHz です。
67 ページの 図 3-8 は、SPI コント ローラーがマスター モード 用 にコ ンフ ィ ギ ュ レーシ ョ ン され、MIO を 介 し て 配 線 さ
れる と ころを 示 しています。 SS0 は、 EMIO ピンを 介 して 配 線 される 必 要 があります。 このコンフィギュレーション
では、 SS0 が 使 用 さ れる 場 合 はプルア ッ プ 抵 抗 を 使 用 し て High にする 必 要 があ り 、 外 部 デバイ スで Low に 駆 動 さ れ
ないよ う にし ます。 最 大 で 3 つのス レーブ デバイ ス までを 同 時 に 接 続 し て、 対 応 する ス レーブ セレク ト ライン (SSn)
を 使 用 し て 選 択 で き ます。 接 続 さ れる ス レーブ デバイ スが 3 つよ り も 少 ない 場 合 は、どの SS 信 号 で も 使 用 で き ます。
SS0 が 使 用 されない 場 合 は、 Vcc に 接 続 し て、 その 他 の 目 的 には 使 用 し ない よ う に し ます。
X-Ref Target - Figure 3-8
図 3‐8 : マスター モードでの SPI コントローラーへの SPI スレーブ 接 続
EMIO を 介 し て 配 線 する 場 合 は、EMIOSPIxSSON0 出 力 信 号 を PL スレーブに、EMIOSPIxSSIN 入 力 信 号 を Vcc に 接 続
します。 SS0 は High にする こ と が 重 要 です。 これは、 コン ト ローラーがマスター モード で この 信 号 を 監 視 して、 マ
ルチマス ター モー ド を 検 出 する か ら です。 SS0 が Low の 場 合 、 コ ン ト ローラーではマルチマ ス ター モード と 認 識 さ
れ、 Mode_Fail 割 り 込 みが 発 行 さ れます。 マルチマ ス ター モード は 推 奨 されません。 SPI 制 御 信 号 の 駆 動 に 関 する 詳
細 は、 ザイ リ ン ク ス アンサー47511 [ 参 照 66] を 参 照 して く ださい。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
図 3-9 は、 SPI コ ン ト ローラーがス レーブ モード 用 にコ ンフ ィ ギ ュ レーシ ョ ン され、 MIO を 介 して 配 線 される と ころ
を 示 しています。 外 部 マスター デバイ ス を ス レーブ コント ローラーに 接 続 するには、 スレーブ セレク ト ラ イ ン の
SS0 が 使 用 されます。 その 他 の 外 部 ス レーブ デバイ スは、 マス ター デバイ スの 機 能 によ ってオフチッ プに 接 続 でき
ます。
X-Ref Target - Figure 3-9
図 3‐9 : スレーブ モードでの SPI コントローラーへの SPI マスター 接 続
セッ トアップおよびホールド 時 間 を 満 たしやすくするため、 SCLK、 MISO、 MOSI および SS ラインの 長 さは 同 じに
するこ とをお 勧 めします。 PCB と SCLK に 関 連 する MISO、 MOSI、 SS ラインのパッケージ 遅 延 スキューは、±50ps
未 満 であ る 必 要 があ り ます。
SPI コント ローラーの 操 作 には、スタンドアロン、U-Boot、 Linux ド ラ イバーを 使 用 で き ます。 コ ン ト ローラーが MIO
を 介 し て 配 線 さ れる 場 合 、 ス タ ン ド ア ロ ン ドライバーを FSBL 内 でペ リ フ ェ ラ ルの 早 期 初 期 化 に 使 用 で き ます。 コ ン
トローラーが EMIO を 介 して 配 線 される 場 合 は、 ビ ッ ト フ ァ イルがダ ウ ン ロー ド さ れてか ら 初 期 化 が 実 行 さ れます。
マスター モード と ス レーブ モー ド の 両 方 で よ く 使 用 さ れる 転 送 モー ド がすべてサポー ト さ れます。Linux ドライバー
の 詳 細 および 単 純 なアプ リ ケーシ ョ ン 例 は、 ザ イ リ ン ク ス Linux SPI ドライバーの Wiki ページ [ 参 照 53] を 参 照 し て
ください。
GPIO ペリフェラル
GPIO (General Purpose Input/Output) は、 ラ ン タ イ ムでユーザーがプ ロ グ ラ ムで き る 汎 用 ピ ン ( 入 力 ま たは 出 力 ) です。
GPIO ピンは、 通 常 LED、 DIP スイッチ、プッシュ ボ タ ン を 接 続 する ために 使 用 さ れる か、 ボー ド ペリフェラルの 割
り 込 み 信 号 および リ セ ッ ト 信 号 を 接 続 する ために 使 用 さ れます。 EMIO を 介 して GPIO を 使 用 する と 、 FCLK_RST を
制 御 する こ と に よ る 悪 影 響 を 考 え る 必 要 な く 、 PL リセットを 制 御 できます。PL からの 64 入 力 、 64 の 真 の 出 力 、 お
よび EMIO インターフェイスを 介 した PL に 対 する 64 の 出 力 イ ネーブル も 提 供 さ れます。 出 力 イ ネーブルが 必 要 でな
い 場 合 は、 方 向 レ ジ ス タ を 制 御 する と 、 出 力 イ ネーブルを 追 加 の 64 出 力 と し て 使 用 で き ます。 各 GPIO はそれぞれ
入 力 、 出 力 、 割 り 込 み 検 出 と し てダ イナ ミ ッ ク にプ ロ グ ラ ムで き ます。 割 り 込 みが 検 出 さ れる よ う コ ン フ ィ ギ ュ レー
ションする 場 合 は、 レベル センシティブ (High または Low で 認 識 ) またはエッジ センシティブ ( 立 ち 上 が り 、 立 ち 下
が り 、 ま たは 両 方 で 認 識 ) に 設 定 でき ます。
システム レベルの 考 慮 事 項
GPIO コント ローラーには、 4 つのバン ク が 含 まれます。 バン ク 0 には 32 個 のピンが、 バン ク 1 には 24 個 の ピ ン が
あります。 この 2 つのバン ク の 合 計 54 個 の GPIO ピンは MIO 専 用 です。 こ れ ら の ピ ンは ト ラ イ ス テー ト で、 入 力 ま
たは 出 力 と してコンフ ィ ギュレーシ ョ ンでき ます。 バンク 2 とバンク 3 にはそれぞれ 32 個 のピンが 含 まれ、 合 計 64
個 の GPIO ピンが EMIO を 使 用 して PL に 接 続 されています。 これらの GPIO には、 入 力 、 出 力 、 出 力 イ ネーブルの 3
つの 信 号 が 含 まれます。 デバイ スの 境 界 に ト ラ イ ス テー ト バッファーをインスタンシエートすることはできますが、
PS から PL への 接 続 は 単 純 な ワ イ ヤです。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
各 GPIO はそれぞれ 入 力 、 出 力 、 割 り 込 み 検 出 と し てダ イ ナ ミ ッ ク にプ ロ グ ラ ムで き ます。 割 り 込 みが 検 出 さ れる よ
う コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンする 場 合 は、 レベル センシティブ (High または Low で 認 識 ) またはエッジ センシティブ
( 立 ち 上 が り 、 立 ち 下 が り 、 または 両 方 で 認 識 ) に 設 定 でき ます。 ソ フ ト ウ ェ アは、 1 つのロード 命 令 を 使 用 し て 1 つ
のバン ク 内 のすべての GPIO 値 を 読 み 出 し た り 、 1 つの 格 納 命 令 を 使 用 し て 1 つま たは 複 数 の GPIO に (GPIO の 範 囲
内 で) データ を 書 き 込 んだ り で き ます。
注 意 : MIO ピン [8:7] は、 出 力 と し てしか 使 用 でき ません。 GPIO チャネル 7 および 8 は、 出 力 と し て し か コ ン フ ィ
ギュレーションできません。
オンボード ペリフェラルの I/O 規 格 および 電 圧 は、MIO または PL の I/O ピン コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン と 同 じ であ る
必 要 があ り ます。
GPIO コント ローラーの 操 作 には、 スタンドアロンおよび Linux ドライバーを 使 用 できます。 スタンドアロン ドライ
バーは、FSBL 内 でペ リ フ ェ ラ ルの 早 期 初 期 化 に 使 用 で き ます。Linux ド ラ イバーの 詳 細 および 単 純 なアプ リ ケーシ ョ
ン 例 は、 ザイ リ ン ク ス Linux GPIO ドライバーの Wiki ページ [ 参 照 51] を 参 照 して く ださい。
Cortex‐A9 マルチプロセ ッ シング ペリフェラル
Cortex-A9 マルチプロセッ シング ペ リ フ ェ ラルには、 自 動 デク リ メ ン ト 機 能 の 付 いた SWDT および TTC が 含 まれ、 汎
用 タイマーと して 使 用 できます。これらのタイマーは、プロセッサをスタンバイ モー ド か ら 起 動 する ために 使 用 さ れ
ます。
SLCR (System Level Control Register) は、 APU および 外 部 PL マスターへのペリ フェラルと して 動 作 します。 SLCR に
は、 レジ ス タ アクセスをリ クエストするセキュア モード のマス ターでのみア ク セスでき ます。 SLCR には、 ペ リ フ ェ
ラ ルの さ ま ざ ま な ク ロ ッ ク 供 給 、 リ セ ッ ト 、セキ ュ リ テ ィ 設 定 を コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンする レ ジ ス タ が 含 まれます。
PS DMA コントローラー
PS DMA コント ローラーは、 PS または PL ペリフェラルから DDR、 OCM、 リ ニア QSPI、 SMC、 PL ペ リ フ ェ ラ ル、
またはリニア アドレス 可 能 メモリ (PS-PL 境 界 で M_AXI_GP ポー ト に 接 続 ) にデー タ を 転 送 す る ために 使 用 で き ま
す。
DMA コント ローラーはハードウェア コプロセッサのア クセラ レーシ ョ ンを 必 要 とするアプ リ ケーシ ョ ンで 使 用 で
き、PL アルゴ リ ズムは Cortex-A9 で DDR メ モ リ に 書 き 込 まれたデータ を 処 理 する ために 使 用 さ れます。 データ が PS
と PL ペ リ フ ェ ラルの 両 方 で 処 理 さ れる よ う なアプ リ ケーシ ョ ンでは、DMA コ ン ト ローラーが 重 要 な 役 割 を 果 た し ま
す。
DMA コ ン ト ローラーを 使 用 する と 、 シ ス テムの 消 費 電 力 を 削 減 で き ます。 CPU は 低 消 費 電 力 モー ド にな り 、 バル ク
データ 転 送 を PS DMA インターフェイスで 実 行 できるようになります。CPU クロックは DMA ク ロ ッ ク よ り も かな り
高 速 なので、 こ の 方 法 に よ り ダ イナ ミ ッ ク 消 費 電 力 を 大 幅 に 削 減 で き ます。 詳 細 は、『Zynq-7000 All Programmable SoC
テクニカル リファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の 「DMA コント ローラー」 の 章 を 参 照 してください。
XADC
XADC には、 2 つの 12 ビットの 1-MSPS ADC と 、 ト ラ ッ ク 増 幅 器 およびホール ド 増 幅 器 、 オンチ ッ プ アナログ マル
チプレ ク サー、 オンチ ッ プ 温 度 センサーおよび 電 源 センサーが 含 まれます。 2 つの ADC は、 2 つの 外 部 アナロ グ 入 力
チャネルを 同 時 にサンプリ ングするよ うにコンフィギュレーシ ョ ンできます。 ト ラ ッ クおよびホールド 増 幅 器 では、
単 極 、 双 極 、 差 動 など、 広 範 囲 のアナロ グ 入 力 信 号 がサポー ト さ れます。 外 部 入 力 には、 専 用 差 動 アナロ グ 入 力 が 1
組 (Vp/Vn) と、 アナログ 入 力 をサポート 可 能 またはデジタル I/O と し て 使 用 可 能 な 16 の 多 機 能 ピ ン (Vauxn/p) が 含 ま
れます。 専 用 アナロ グ 入 力 では、 サンプル レー ト 1MSPS で 500KHz 以 上 、 補 助 チャ ネルでは 250KHz の 信 号 バン ド
幅 をサポー ト できます。
XADC には、 オンチ ッ プ 電 源 電 圧 およびダ イ 温 度 の 計 測 をサポー ト する オンチ ッ プ センサーも 多 く 含 まれます。 す
べてのソース ( 温 度 、 電 源 電 圧 、 ま たはアナロ グ 入 力 チ ャ ネル) からの ADC 変 換 の 結 果 は、 XADC ブ ロ ッ ク 内 の ス
テータ ス レ ジ ス タ のセ ッ ト に 格 納 さ れます。 温 度 を 検 出 で き、 ク ロ ッ ク がプ ロ グ ラ マブルなので、 Zynq-7000 AP SoC
ク ロ ッ ク を 温 度 の 変 動 に 合 わせて 調 整 で き ます。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
XADC ブロックには、XADC 操 作 を コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン し て 制 御 する ために 使 用 さ れる 制 御 レ ジ ス タ のセ ッ ト も
含 まれます。 こ れには、 内 部 測 定 センサー ( 温 度 および 電 圧 ) 用 に 自 動 ア ラームの し き い 値 を 指 定 する ア ラーム レジ
ス タ が 含 まれます。 ア ラームは、 温 度 ま たは 電 圧 がレ ジ ス タ で 定 義 さ れた 許 容 範 囲 を 超 え る と 、 PS 割 り 込 みを 自 動
的 に ト リ ガーし ます。
XADC アナロ グ 入 力 は、 モーター 制 御 、 タ ッ チ センサー、 またはアナログ フロントエンドを 必 要 とするその 他 多 く
のアプ リ ケーシ ョ ン をサポー ト する ために 使 用 で き ます。 電 圧 および 温 度 感 知 機 能 を 使 用 する と 、 シ ス テムの 健 全 性
を 監 視 し、 シ ス テムの 温 度 ま たは 電 圧 が 異 常 な 値 になった と き に 適 切 に 対 処 で き ます。
システム モニターと して 使 用 される XADC の 詳 細 と、 外 部 アナロ グ 信 号 での ADC 操 作 の 実 行 に 関 する 詳 細 は、 次 の
2 つのアプ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト を 参 照 し て く だ さ い。
• 『Zynq-7000 の PS と XADC 間 の 専 用 イ ン ターフ ェ イ ス を 利 用 し たシ ス テム 監 視 および 外 部 チャ ネル 計 測 』
(XAPP1172) [ 参 照 39]
• 『Zynq-7000 AP SoC プロセッシング システムと XADC AXI インターフェイスを 使 用 したシステム モニ タ リ ン
グ』 (XAPP1182) [ 参 照 41]
XADC ス テータ スおよび 制 御 レ ジ ス タは、 パラ レル DRP インターフェイスまたはシリアル JTAG-DRP インターフェ
イスのいずれかを 使 用 するとアクセスできます (71 ページの 図 3-10)。 LogiCORE IP は、 XADC ハー ド ブロック 全
体 と 必 要 なロジックをカプセル 化 して、 XADC を PS のマス ター AXI_GP ポー ト に 接 続 で き る 32 ビッ ト AXI ス レー
ブ ペ リ フ ェ ラ ルに 変 換 する ために 使 用 で き ます。 こ の ソ リ ューシ ョ ンでは、 PS が 1Mbps レー ト でデータにアクセス
し てい る 必 要 があ り ます。 AXI XADC LogiCORE IP の 場 合 、 イ ンプ リ メ ン ト に PL リ ソ ース が 消 費 さ れて し ま う と い
うデメ リ ッ トはありますが、 高 速 でク リーンなインターフェイスが XADC に 提 供 されます。 これによ り 、 ペ リ フ ェ
ラル データ パスの 利 点 をすべて 活 用 で き ます。 ま た、 こ れが 1 MSPS すべてを 認 識 で き る 唯 一 の 方 法 です。 詳 細 は、
『Zynq-7000 AP SoC プロセッシング システムと XADC AXI インターフェイスを 使 用 したシステム モニ タ リ ン グ』
(XAPP1182) [ 参 照 41] を 参 照 して く ださい。
また、 ビルト インの PS_XADC インターフェイス ブ ロ ッ ク を 使 用 する ソ リ ューシ ョ ン も あ り ます。 こ の 場 合 、 追 加 の
PL ロ ジ ッ クが 必 要 でないこ と が 利 点 です (ビル ト イ ン 機 能 を 使 用 する 場 合 、 FPGA をコンフィギュレーションする 必
要 なし)。 XADC DRP レ ジ ス タ か ら の 読 み 出 しおよび 書 き 込 みには、 正 し い コ マン ド を XADCIF_CMDFIFO に 書 き 込
んで、 XADCIF_RDFIFO か ら 読 み 出 す 必 要 があ り ます。 ただ し、 ブ ロ ッ ク は FIFO の 内 容 をシ リ アル 化 し、 DRP JTAG
インターフェイスを 介 して XADC ハー ド ブロックにデータを 1 ビ ッ ト ずつシフ ト 入 力 し てシ フ ト 出 力 する ので、 こ
の ソ リ ューシ ョ ン を 使 用 する と 速 度 が 遅 く な り 、 高 いデータ レー ト には 対 応 でき ません。 『Zynq-7000 の PS と XADC
間 の 専 用 イ ン ターフ ェ イ ス を 利 用 し たシ ス テム 監 視 および 外 部 チャ ネル 計 測 』 (XAPP1172) [ 参 照 39] に 示 すよ う に、こ
のインターフェイスは 100KHz し か 達 成 で き ません。 ま た、 PL-JTAG インターフェイスと 内 部 PS-XADC は 同 時 には
使 用 で き ません。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
X-Ref Target - Figure 3-10
図 3‐10 : XADC ブロック 図
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
ペリフェラルとの 通 信
前 述 のペ リ フ ェ ラ ルは AMBA 特 有 のバス 構 造 を イ ンプ リ メ ン ト し て、 APU およびメモリ システムと 通 信 します。
USB、 GEM、 SDIO、 SPI ペリフェラルには、 次 の 2 つの 通 信 イ ン ターフ ェ イ ス タイプがあります。
• APB インターフェイスがペリフェラル スレーブを APU マスターに 接 続 します。 インターフェイスはセン ト ラル
インターコネク ト を 使 用 して 通 信 します。
• AHB インターフェイスがペリフェラルに 埋 め 込 まれた DMA コント ローラーとシステム メモリ 間 の 高 速 バス ト
ランザクションをイネーブルにします。インターフェイスは、セントラル インターコネク トを 使 用 してシステム
メ モ リ に 接 続 し ます。
図 3-11 は、 メ イ ン メモリ と APU へのペ リ フ ェ ラル バス 接 続 を 示 し ています。 図 3-11 は、 DMA とインプリメントさ
れた 制 御 レ ジ ス タ セ ッ ト を 含 むペ リ フ ェ ラ ルの 一 般 的 なブ ロ ッ ク 図 です。
X-Ref Target - Figure 3-11
図 3‐11 : ペ リ フ ェ ラルの 通 信 バス
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
ペリフェラルのデザイン 例
こ の 例 は、 ペ リ フ ェ ラ ルを 含 めて 設 計 する 際 に 考 慮 すべき 事 項 を 示 し ています。 こ の 例 では、 Zynq-7000 AP SoC GEM
コント ローラーと 2 つの 異 な る 物 理 イ ン ターフ ェ イ スが 使 用 さ れています。コ ン ト ローラーの 1 つには MIO イ ン タ ー
フェイスを 使 用 した RGMII PHY が 含 まれ、 も う 1 つのコ ン ト ローラーには EMIO を 使 用 した 1000BASE-X PHY が 含
まれています。 サポー ト される インターフェ イ スの 中 から 要 件 を 満 たすものを 選 択 して く ださい。
1. PS には、 GEM コント ローラーのインスタンスが 2 つ 含 まれ、 1 つは RGMII インターフェイスを、 も う 1 つは
1000BASE-X インターフェイスを 使 用 します。
2. TrustZone セキュ リ ティでは、Cortex-A9 マルチプロセッ シング コ アからのペ リ フ ェ ラルのア ク セスが 認 識 されま
す。
3. GEM ハー ド ウ ェ アに 対 する TCP チェッ クサム オフ ロード を イ ネーブルまたはデ ィ スエーブルにする と、 2 つの
オプシ ョ ン 間 の CPU 使 用 率 およびパフ ォーマン スの 違 いがわか り ます。
図 3-12 は、 こ のハー ド ウ ェ ア ブロッ ク 図 を 示 しています。
X-Ref Target - Figure 3-12
図 3‐12 : GEM インスタンシエーションの 例
この 例 は、ギガビッ ト イーサネッ ト ペリフェラルのものですが、ほかの PS ペ リ フ ェ ラ ルで も こ の コ ンセプ ト を 使 用
できます。
ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
ハー ド ウ ェ ア デザイ ンは、 Vivado ® IP インテグレーター フローを 使 用 して 作 成 できます。 GEM0 では MIO 接 続 を、
GEM1 では EMIO 接 続 を イ ネーブルにする 必 要 があ り ます。 GEM1 用 に EMIO を イ ネーブルにする と 、 送 信 および 受
信 GMII 信 号 が PS の IP 最 上 位 イ ン ス タ ン スに 含 まれる よ う にな り ます。 ユーザーは、 IP インテグレーター デザ イ ン
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
でザイ リ ン ク スからの 1000BASE-X IP コアをインスタンシエート して、GEM1 EMIO ポー ト に 接 続 す る 必 要 があ り ま
す。 デザ イ ンは Vivado Design Suite インプリ メンテーション フ ローを 使 用 し て イ ンプ リ メ ン ト し て、 ビ ッ ト ス ト リ ー
ムを 生 成 できます。 詳 細 は、『Zynq-7000 AP SoC で PL イーサネ ッ ト を 使 用 する 場 合 の PS および PL イーサネ ッ ト の
性 能 と ジ ャ ンボ フレームのサポー ト 』 (XAPP1082) [ 参 照 38] を 参 照 して く ださい。
ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
GEM ペリフェラルでは、 TCP チェックサムのハードウェアへのオフロードがサポート されており、 数 値 計 算 チェッ
ク サムの 計 算 をハー ド ウ ェ アで 実 行 する こ と で、 イーサネ ッ ト パフォーマンスを 上 げて、 CPU 使 用 率 を 改 善 で き る
ようになっています。チェックサム オフロードは、APB インターフェイスを 使 用 して GEM コンフィギュレーション
レジスタに 書 き 込 むとイネーブルにできます。
GEM ド ラ イバーでは、 特 定 の 転 送 サイ ズ 用 に GEM DMA がコ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン さ れます。ま た、 こ の ド ラ イバー
では 記 述 子 リ ング、 DMA の 割 り 当 て、 リ サ イ ク ル も 設 定 さ れ、 ソ ースおよびデス テ ィ ネーシ ョ ン MAC アドレスが
プログラムされます。
DMA 転 送 は、 ネ ッ ト ワー ク 制 御 レ ジ ス タへの 書 き 込 みに よ り 、 ト ラ ン ス ミ ッ ター と レ シーバーを イ ネーブルに し て
か ら 開 始 さ れます。
IP ブ ロ ッ クの 設 計
検 証 済 みの IP (Intellectual Property) ブ ロ ッ ク を 使 用 する と 、 タ イ ム トゥ マーケ ッ ト を 短 縮 で き、 SoC で 多 機 能 のデジ
タルおよびアナログ 回 路 をイネーブルにできます。 これらの IP ブロッ クには、 エンベデッ ド プロセッサ、 メモリ ブ
ロック、 インターフェイス ブロック、 アナログ ブ ロ ッ ク、 アプ リ ケーシ ョ ン 特 有 の 処 理 機 能 を 扱 う コ ンポーネン ト
などがあり ます。AMBA 高 速 仕 様 および AXI 仕 様 などの 標 準 的 な イ ン ターフ ェ イ ス 仕 様 を 使 用 する こ と で、IP ブロッ
ク の 再 利 用 性 が 改 善 さ れています。 選 択 し た Zynq-7000 AP SoC デバイ スでサポー ト される IP ブロックの 詳 細 は、
Vivado IP カタログを 参 照 してください。
IP ブロックは、 主 に 2 つのカテゴ リ に 分 類 されます。
• ソフト IP ブロック : これらのブロッ クは FPGA ファブリックにインプリ メントでき、RTL ま たは 高 位 記 述 を 使
用 し て 指 定 さ れます。ハー ド ウ ェ ア 記 述 言 語 (HDL) はプ ロ セスに 依 存 せず、 ゲー ト レベルに 合 成 で き る ので、デ
ジタル コアに 向 いています。 HDL 記 述 には、 柔 軟 性 、ポータビリティ、 再 利 用 性 といった 利 点 はありますが、
タ イ ミ ング ま たは 消 費 電 力 特 性 などは 保 証 さ れません。
• PS IP ブロック : こ れ ら のブ ロ ッ ク は、 固 定 のレ イ ア ウ ト で、 特 定 のアプ リ ケーシ ョ ンおよびプ ロ セ ス 用 に 最 適
化 さ れています。 主 な 利 点 はパフ ォーマン スが 予 測 可 能 な 点 で、 労 力 およびコ ス ト は 抑 え る こ と がで き ますが、
移 植 性 は 劣 る ので、 アプ リ ケーシ ョ ンのエ リ アがかな り 限 ら れて し ま う 可 能 性 があ り ます。PS IP ブ ロ ッ ク は、 通
常 提 供 元 に よ り シ リ コ ン 上 でテ ス ト 済 みなので、 かな り 正 確 です。
SoC デザ イ ンは 本 来 複 雑 なので、 プ ロ セ ッ シン グ ブロ ッ クの 周 り にさ らに 複 雑 な イ ン ターフ ェ イ スがイ ンプ リ メ ン
テーシ ョ ン される こ とにな り ます。 Zynq-7000 AP SoC に 含 まれる 高 速 シ リ アル ト ラ ンシーバーがその 典 型 的 な 例 で
す。 ト ラ ンシーバーの 高 速 シ リ アル IO は、データ をギガヘルツの 何 倍 も の 速 度 でデータ を 転 送 で き ます。 ト ラ ンシー
バー ブロックでは、 バイ ト バウンダ リ アライメント、 クロック データ リカバリ、 複 数 トランシーバー レーン 間 の
ス キ ュー 削 除 を 実 行 で き ます。 ま た、 ppm 変 動 を 含 む 独 立 し た 送 信 ク ロ ッ ク と 受 信 ク ロ ッ ク を 使 用 する シ ス テム 内 の
クロックも 補 正 できます。 ユーザー ロ ジ ッ ク は 複 雑 な イ ン ターフ ェ イ ス を 使 用 し て ト ラ ンシーバーに 接 続 さ れます。
このロジックの 機 能 は、 ト ランシーバー 内 でさまざまなファンクション ブ ロ ッ ク を 制 御 する 必 要 があ る ため、 複 雑 で
す。
IP ブロックを 使 用 すると、 ユーザー イ ン ターフ ェ イ スの 根 本 的 な 複 雑 さ を 理 解 していな く ても、 ト ラ ンシーバーを
コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンで き ます。 ザ イ リ ン ク スの Aurora IP ブロックに AXI4-Stream 準 拠 のユーザー インターフェ
イ ス を 使 用 する と 、 ト ラ ンシーバーの 初 期 化 、 ク ロ ッ ク 補 正 、 チャ ネル ボンディ ング、 バイ ト バウンダ リ アライメ
ン ト が 実 行 さ れます。 ユーザーは、 根 本 的 な ト ラ ンシーバーの 複 雑 さ を 理 解 し ていな く て も、 AXI4-Stream インター
フェイスに 基 づいたト ランシーバー アプ リ ケーシ ョ ンを 構 築 できます。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
X-Ref Target - Figure 3-13
図 3‐13 : Aurora IP の 例
図 3-13 は、Aurora IP が Zynq-7000 AP SoC のトランシーバー インターフェイスにどのよ うにプラグインされるかを 示
しています。
IP コ アの 設 計 手 法
ザイ リ ンクスからは IP ブ ロ ッ ク を 作 成 する さ ま ざ ま な 手 法 と 簡 単 な メ ンテナン ス 方 法 が 提 供 さ れています。 IP ブ
ロックは、Zynq-7000 AP SoC 用 に 作 成 さ れたエンベデ ッ ド システム デザイ ンおよび MicroBlaze プ ロ セ ッ サな ど の
その 他 のプロセッシング シ ス テムで 再 利 用 で き ます。 次 のセ ク シ ョ ンでは、 ザ イ リ ン ク ス ツールを 使 用 した IP の 作
成 方 法 について 説 明 し ます。
System Generator
System Generator は、 FPGA システム デザイ ン 用 に MathWorks Simulink を 使 用 して、 ユーザー コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ
ンに 基 づいた DSP IP ブロッ クを 作 成 できるツールで、システム デザ イ ン 用 の 高 位 合 成 モデル ベースの 環 境 が 提 供 さ
れています。 System Generator には、 単 純 な 数 学 演 算 か ら 複 雑 な DSP 処 理 まで、 さ ま ざ ま な 機 能 ブ ロ ッ ク が 含 まれて
います。
Vivado Design Suite では、 IP パッケージャーのコンパイル ターゲッ ト を 使 用 して、 System Generator か ら 生 成 さ れた
IP をパッケージして、Vivado IP カタログに 含 めることができます。 これにより、System Generator デザイ ンを IP カ タ
ログからのほかの IP ブロックのよ うに 使 用 して、 デザインにインスタンシエートできます。
HDL Coder
HDL Coder は、MATLAB ファンクションおよび Simulink モデルか ら の 合 成 可 能 な HDL コー ド を 生 成 する MathWorks
社 のツールです。 MATLAB/Simulink モデルを 解 析 し て、 モデルを 浮 動 小 数 点 か ら 固 定 小 数 点 に 変 換 し、 高 抽 象 度 の
モデルを 提 供 する ワー ク フ ローを 使 用 で き ます。 こ のワー ク フ ローには、 検 証 コー ド も 含 まれてい る ので、 HDL コー
ドを 元 の MATLAB/Simulink モデルを 使 用 し てテ ス ト する こ と も で き ます。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
MATLAB および Simulink に 含 まれるすべてのフ ァ ン ク シ ョ ンで HDL 生 成 がサポー ト さ れ る わけではあ り ません。 こ
のため、 HDL 生 成 をサポー ト する フ ァ ン ク シ ョ ン ま たはブ ロ ッ ク が 使 用 さ れる よ う に、 モデルの 機 能 の 一 部 を 変 更
する 必 要 のあ る こ と も あ り ます。
Vivado HLS
Vivado HLS ( 高 位 合 成 ) は、 C ベース デザイ ンをザイ リ ン ク ス FPGA デバ イ ス に イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン で き る よ う
に RTL デザイ ン ファイルに 変 換 できるザイリンクス ツールです。 図 3-14 は、Vivado HLS ツールのフローを 示 して
います。
X-Ref Target - Figure 3-14
図 3‐14 : Vivado HLS フロー
Vivado HLS フローでは、RTL 出 力 が 次 のフ ォーマ ッ ト にパ ッ ケージ さ れ、 その 他 のザ イ リ ン ク ス デザイ ン ツールに
簡 単 に 統 合 できるようになっています。
• IP Catalog : Vivado IP カタログに 追 加 できる ZIP ファイルです。
• Synthesized Checkpoint (.dcp) : Vivado Design Suite でデザ イ ンに 直 接 追 加 で き る Vivado チェッ クポイン ト フ ァ イ
ルです。
• System Generator for DSP : 出 力 は System Generator for DSP の Vivado エデ ィ シ ョ ンに 追 加 でき ます。
• System Generator for DSP (ISE ® ) : 出 力 は System Generator for DSP の ISE エデ ィ シ ョ ンに 追 加 でき ます。
• EDK の pcore : この 出 力 は、 Xilinx Platform Studio に 追 加 でき ます。
パ ッ ケージ さ れた 出 力 形 式 のほか、 RTL ファイルを (パッケージ 済 みフォーマッ トの 一 部 ではなく) スタンドアロン
ファイルとして 入 手 できます。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
IP コ アの 設 計 に 関 する 考 慮 事 項
IP ブ ロ ッ ク を 設 計 する 際 は、 その IP ブロックを 複 数 のエンベデッ ド システム デザ イ ンで 再 利 用 し た り 、ユーザー コ
ンフィギュレーショ ン オプシ ョ ン を 変 更 し て 再 利 用 し た り する 場 合 を 考 慮 し てお く 必 要 があ り ます。 IP ブロックは、
標 準 バス トポロジのパラメーターを 設 定 してインプリメンテーションすると、ほとんどのシステム レベル デザイ ン
で 再 利 用 で き ます。
IP ブ ロ ッ ク を 設 計 する 際 には、 次 の 点 について 考 慮 し て く だ さ い。
• パラ メータの 設 定 : パラ メーターの 設 定 には、 インターフェイス レベルのコンフ ィ ギュレーシ ョ ン と IP の 機 能
別 コンフ ィギュレーシ ョ ンが 含 まれます。 インターフェイス レベルのコンフ ィ ギュレーシ ョ ンは、 IP ブロック
とその 他 の IP ブロ ッ ク とのインターフェイスに 重 要 で、 ユーザーがデータおよびアドレス バス 幅 、 ク ロ ッ ク 供
給 、 リ セ ッ ト インターフェイス コンフィギュレーションなどのバス パラ メーターを 制 御 する 必 要 があり ます。
IP の 機 能 別 コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンでは、 ユーザーの 選 択 に 基 づいて IP ブロックの 機 能 をイネーブルまたは
ディスエーブルにします。
IP ブ ロ ッ ク のパ ラ メ ーターの 設 定 には、 複 数 の 方 法 を 使 用 で き ます。 基 本 的 なパ ラ メ ーター 設 定 は HDL コード
内 でイ ンプ リ メ ン ト でき ます。HDL パラ メーターは、Vivado IP インテグレーター ツールを 使 用 して IP ブ ロ ッ ク
をパッケージにした 後 に 使 用 できる IP コンフィギュレーション ウィザードからコンフィギュレーションできま
す。 カ ス タ マ イ ズ さ れた 環 境 を イ ンプ リ メ ン ト する と 、 IP ブ ロ ッ ク のパ ラ メ ーターを 設 定 で き ます。
• バス トポロジ : IP ブ ロ ッ ク を 設 計 する 際 には、 IP ブ ロ ッ ク を 再 利 用 で き る よ う に し てお く こ と が 重 要 です。 業
界 標 準 のバス イ ン ターフ ェ イ スに 準 拠 するバス ト ポ ロ ジを イ ンプ リ メ ン ト する と 、 再 利 用 性 が 上 が り ます。 最
も よ く 使 用 さ れる 標 準 の 1 つは AMBA で、 多 く の IP ブ ロ ッ ク が こ のバス 仕 様 に 準 拠 し ています。 業 界 標 準 イ ン
ターフェイスを 使 用 してインプリ メン ト されたバス ト ポ ロ ジを 使 用 する と 、 シ ス テム レベルでマ ス ターおよび
スレーブ IP ブロックを 簡 単 にプラグ アンド プレイできるようになります。このような IP では、 特 定 バージ ョ ン
の 標 準 プロ ト コルおよびインターフェイス レベルのコンフ ィ ギュレーシ ョ ンを 柔 軟 に 選 択 できる よ う になって
います。
バス インターフェイスは、 システム レベルの 要 件 に 基 づいて 選 択 さ れます。 AXI4-Lite バスは、 主 に PS か ら の
制 御 バス と し て 使 用 さ れ、 AXI4 Memory-Mapped バスは IP コ ア 間 の メ モ リ 転 送 に 使 用 されます。 AXI4-Stream バ
スは、アドレス 指 定 のコンテキストを 含 まないデザインのストリーミング ブ ロ ッ ク に 接 続 する ために 使 用 さ れま
す。 次 の 図 は、 AXI DMA ベース デザイ ンの AXI4-Lite、 AXI4 Memory-Mapped、 および AXI4-Stream バ ス を 示 し
ています。 この 図 では、 AXI DMA が HP (ハイ パフォーマンス) ポー ト を 使 用 して、 PS システム メ モ リ と
AXI4-Stream に 準 拠 する Sobel IP 間 のデータ を 移 動 し ています。 PS は、 AXI4-Lite イ ン タ ーフ ェ イ ス を 使 用 し て
AXI DMA のバ ッ フ ァー 記 述 子 を 設 定 し ます。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
X-Ref Target - Figure 3-15
図 3‐15 : AXI4‐Lite、 AXI4 Memory‐Mapped、 AXI4‐Stream バス
• IP のセキュ リ テ ィおよび 資 料 : IP ブ ロ ッ ク を 設 計 する 際 は、 著 作 権 侵 害 か らデザ イ ン を 保 護 する こ と について 考
慮 する 必 要 があ り ます。 HDL フ ァ イルの 暗 号 化 には、 さ ま ざ ま なセキ ュ リ テ ィ アルゴ リ ズ ム を 使 用 で き ます。
ザイ リ ンクス ツールを 使 用 する と 、AES アルゴ リ ズムを 使 用 して HDL を 暗 号 化 し た り 、 復 号 化 し た り で き ます。
IP ブロックと PS の 接 続
PS と PL 間 のイ ン ターフ ェ イ スで AMBA 準 拠 の イ ン ターフ ェ イ スが 使 用 さ れる 場 合 は、 ソ フ ト IP ブロックを 使 用 し
てデザイ ンを イ ンプ リ メ ン ト でき ます。 PS-PL インターフェイスには AXI3 または AXI4 インターフェイスをインプ
リメントできる GP ポー ト (マスターおよびスレーブ) が 含 まれ、PS をソフト IP コア レジスタ インターフェイスに 接
続 でき ます。ハイ パフォーマンス (HP) ポー ト は、PL 内 の AXI3 または AXI4 マスター IP ブロックで 駆 動 される AXI3
スレーブ ポー ト と し て 使 用 で き ます。 ACP イ ン ターフ ェ イ ス も 同 じ よ う に 使 用 で き ます。 ACP インターフェイスは、
AWCACHE および ARCACHE 信 号 を イ ンプ リ メ ン ト し ます。 これらの 信 号 は、 ACP マスター コント ローラーをイン
プリ メントするユーザー IP ブ ロ ッ ク で イ ンプ リ メ ン ト する 必 要 があ り ます。 詳 細 は、93 ページの 「ACP およびキャ ッ
シュ コ ヒーレンシ」 を 参 照 して く ださい。
ACP インターフェイスは、 L2 キャッシュへの 接 続 をイネーブルにするほか、 PL の IP ブロックがかなりの CPU 使 用
量 を 必 要 と する 計 算 集 約 型 演 算 を 同 時 処 理 する 場 合 に 使 用 で き ます。
ユーザーは AXI3/4 Memory-Mapped または AXI4-Stream プロ ト コルをインプリ メン トできます。AXI3/4
Memory-Mapped イ ン ターフ ェ イ スには、 読 み 出 し/ 書 き 込 みア ド レ ス 信 号 と データ イ ン ターフ ェ イ ス 信 号 が 含 まれま
す。 AXI4-Stream インターフェイスには、 アドレス 信 号 は 含 まれません。
IP ブロックを 含 めて Zynq AP SoC を 設 計 する 際 には、 PL では 次 が 考 慮 されている 必 要 があ り ます。
1. IP ブロックは AXI3/4 プロ ト コルに 準 拠 し、 PS-PL 境 界 の AXI インターフェイスは AXI3 プ ロ ト コ ルに 準 拠 し ま
す。 AXI4 準 拠 の IP を PS-PL インターフェイス ポー ト に 接 続 する には、 ザ イ リ ン ク ス 提 供 の AXI Interconnect IP
ブロックを 使 用 します。
2. IP ブロックは、 IP ブロックのシステム レベル デザ イ ンへの 統 合 を 簡 略 化 する IP インテグレーター リ ポジ ト リ
の 一 部 です。
3. PS-PL インターフェイスでは、 インプリ メント されたペリフェラルのメモリ マップ アクセスがサポート されま
す。
4. AXI4-Stream イ ン ターフ ェ イ ス を 選 択 する と 、 コ ンテキ ス ト のア ド レ ス 指 定 を 必 要 と し ない IP ブロックを 接 続 で
きます。 AXI4-Stream インターフェイスは、 ビデオ ベースの IP ブ ロ ッ ク に 対 し て 広 く 使 用 さ れます。 HP ポー ト
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
インターフェイスに 接 続 されるビデオ DMA IP ブ ロ ッ ク を 使 用 する と 、PS DDR メモリにビデオ IP ブ ロ ッ ク か ら
のス ト リーム ビデオ 入 力 を 格 納 で き ます。
ケース スタディ : ザイ リンクス IP ブロックを 使 用 した 設 計
このセクショ ンでは、ザイ リンクス IP インテグレーター カタログから IP ブ ロ ッ ク を 使 用 し てシ ス テム を 設 計 する 方
法 を 示 し ます。 こ こ で 示 す 方 法 はどの IP ブロックにでも 使 用 できます。
このケース スタディでは、 ノッチ フ ィ ルターを 使 用 し ます。 ノ ッ チ フィルターは、アナログ サンプルを 処 理 して 外
部 センサーに よ る 非 線 形 性 を 削 除 可 能 な DSP IP です。 アナロ グ 信 号 が 非 線 形 センサー (たとえば RTD センサー ) を
介 し て 渡 さ れる と 、 センサーのビヘイ ビ アーがアナロ グ 信 号 出 力 で 非 線 形 にな り ます。 こ れは、 温 度 に 基 づいたセン
サー 転 送 フ ァ ン ク シ ョ ンに さ ま ざ ま なバ リ エーシ ョ ンがあ る ためです。 非 線 形 出 力 には 補 正 アルゴ リ ズムが 必 要 で
す。 補 正 アルゴ リ ズムは、 アナログまたはデジタル ド メインのいずれかでインプリ メントできます。 デジタル アル
ゴ リ ズム を 使 用 し た 方 が コ ス ト 効 率 が 良 く 、 非 線 形 信 号 の 再 構 成 が 正 確 にな り ます。
Zynq-7000 AP SoC の 場 合 、 PL にザイ リ ン ク ス ADC (XADC) が 含 まれます。 XADC をインスタンシエートする IP ブ
ロックには、ユーザー ラッパーと XADC サンプルを AXI4-Stream 準 拠 の イ ン タ ーフ ェ イ ス に 変 換 す る オプシ ョ ン が
含 まれます。 XADC サンプルを 検 索 多 項 式 係 数 で 前 も って 正 し く する こ と で、 非 線 形 センサーを 補 正 する IP ブロッ
ク を 設 計 で き ます。
センサー 補 正 IP ブロッ クは、 Zynq-7000 AP SoC で 使 用 可 能 な DSP ブ ロ ッ ク を 使 用 する と 設 計 で き ます。 IP はユー
ザー インターフェイス 2 つ (データ には AXI4-Stream インターフェイス、 制 御 には AXI4-Lite) を イ ン プ リ メ ン ト で き
ます。AXI4-Stream インターフェイスは XADC Wizard IP に 接 続 し、AXI4-Lite インターフェイスは PS の GP0 マ ス タ ー
イ ン ターフ ェ イ スに 接 続 する と 、 IP 特 有 のパ ラ メ ーターを 制 御 で き ます。
80 ページの 図 3-16 は IP ブロックのブロック 図 を 示 しています。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
IP ブ ロ ッ ク を 作 成 する プ ロ セスは、 次 の と お り です。
1. データ に AXI4-Stream インターフェイス、 制 御 に AXI4-Lite をインプリ メントする HDL コー ド を 記 述 し ます。
AXI4-Stream データ を 補 間 係 数 で 乗 算 する フ ァ ン ク シ ョ ン を イ ンプ リ メ ン ト し ます。
2. Vivado IP パッケージャーを 使 用 して HDL コー ド をパ ッ ケージ し ます。 イ ン ターフ ェ イ ス を 自 動 推 論 し て ク ロ ッ
ク を 各 イ ン ターフ ェ イ ス と 関 連 付 け ます。
3. ローカル リポジト リを 設 定 し、パックされた IP XACT ファイルをローカルリポジト リにコピーします。
4. Vivado プロジェク ト を 作 成 し、 ローカル リ ポジ ト リ を 追 加 し ます。
5. ローカル IP ブロック とほかの IP ブロ ッ クをインスタンシエート して、それらを 接 続 してブロ ッ ク デザイ ンを 作
成 します。
6. Vivado Design Suite を 使 用 してデザインをインプ リ メ ン ト します。
X-Ref Target - Figure 3-16
図 3‐16 : IP の 使 用 例
ハー ド ウ ェ ア パフ ォーマンスの 考 慮 事 項
Zynq-7000 AP SoC の PL には、 データ と リ ソ ース を 共 有 する ための ソ フ ト ウ ェ アおよびハー ド ウ ェ ア 用 の 複 数 の 通 信
パスが 含 まれます。 これらのパスそれぞれにコンフ ィギュレーシ ョ ン 設 定 があ り、 ハード ウェアごとにパフォーマン
スを 変 更 できます。 このセクションでは、 ハードウェア パフォーマンス メトリックと、AXI マスター、 AXI ス レー
ブ、 および AXI データ パスのパフ ォーマン ス を 調 整 する 方 法 について 説 明 し ます。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
ハー ド ウ ェ ア パフォーマンス メトリック
Zynq-7000 AP SoC のパフ ォーマン スがク リ テ ィ カルな IP にア ク セスする 場 合 、 AXI ス ループ ッ ト お よ びレ イ テ ン シ
が PL パフ ォーマン スの 重 要 な メ ト リ ッ ク にな り ます。 ザ イ リ ン ク スでは、 PL の ARM AMBA AXI イ ン タ ー コ ネ ク ト
を 使 用 してユーザー IP をグローバル ア ド レ ス 空 間 に 接 続 およびマ ッ プ し ます。アプ リ ケーシ ョ ン データ パスの 中 に
は、 スループ ッ ト が 制 約 された も の (ビデオおよびネッ ト ワークなど) と、 レイテンシが 制 約 されされたもの ( リアル
タイム アプ リ ケーシ ョ ン ま たはプ ロ ト コル 別 制 約 など) があ り ます。 Zynq-7000 AP SoC デザ イ ンの 開 始 時 には、 2 つ
の 単 純 な メ ト リ ッ ク (スループッ ト と レイテンシ) を 使 用 し てパフ ォーマン ス を 指 定 する こ と し かで き ない こ と が よ
くあります。
レイテンシとスループッ トのトレードオフについて 説 明 すると、 8 つの 未 処 理 32 ビッ ト ト ラ ンザ ク シ ョ ン を 発 行 す
る ACP マスターの 方 が 1 つの 未 処 理 ト ラ ンザ ク シ ョ ン マスターよ り も 平 均 130% 読 み 出 し レ イ テ ン シが 長 く な り ま
すが、 8 つの 未 処 理 ト ラ ンザ ク シ ョ ン を 含 むマス ターの 場 合 、 スループ ッ ト も 平 均 よ り 262% 高 くなります。 これは、
複 数 の 未 処 理 ト ラ ンザ ク シ ョ ンがパイ プ ラ イ ン 処 理 さ れる こ と で、 スループ ッ ト と レ イ テンシのパフ ォーマン スが よ
くなるからです。システム パフ ォーマン スにおいて レ イ テンシ と スループ ッ ト のど ち ら が 重 要 かは、 設 計 者 が 決 定 で
きます。
これらの 2 つの メ ト リ ッ ク によ り 、 アプ リ ケーシ ョ ン パフ ォーマン スの 視 覚 化 および 調 整 の 基 礎 が 構 成 さ れます。 IP
が Zynq-7000 AP SoC 内 でア ク セスする AXI インターフェイスについては、 次 に 説 明 します。AXI IP デザ イ ン のベス
ト プラクティスは、 考 慮 されません。
ハイ パフォーマンス AXI マスター
AXI マスターのデザインおよびコンフ ィギュレーシ ョ ンは、ハイ パフォーマンス ト ラ フ ィ ッ ク の 駆 動 に 影 響 し ます。
次 は、 AXI イ ン ターフ ェ イ スか ら 見 た 場 合 の 異 な るパフ ォーマン ス 特 性 を 持 つ AXI マスターの 2 つの 例 です。
AXI マスター #1 : 32 ビットの AXI-Lite インターフェイスをサポート し、 一 度 に 1 つの 未 処 理 AXI ト ラ ンザ ク シ ョ ン
を 発 行 します。このマスターでは、1 ビー ト の ト ランザクシ ョ ンが 生 成 され、ZC702 ボード で 100MHz で 実 行 されます。
AXI マスター #2 : 64 ビットの AXI4 インターフェイスを 使 用 し、 一 度 に 16 個 の 未 処 理 ト ラ ンザ ク シ ョ ン を 発 行 し ま
す。 各 ト ラ ン ザ ク シ ョ ン の 最 大 バー ス ト 長 は 16 ビー ト です。 このマスターは、 同 じ Zynq-7000 AP SoC ボー ド で
200MHz で 実 行 でき ます。
データ パス と AXI デステ ィネーシ ョ ン スレーブは 別 にして、AXI マスター #1 と AXI マスター #2 のパフ ォーマ ン ス
は 同 じ にな り ません。 スループ ッ ト 制 約 を 最 小 限 に 抑 え る には、 AXI マスターで AXI アドレスとデータ チ ャ ネルを
完 全 に 使 用 する 必 要 があ り ます。 ト ラ ンザ ク シ ョ ンは AXI データ チャネルで 順 にパイプライン 処 理 されるので、 レ
イ テンシ 制 約 を 最 小 限 に 抑 え る には 未 処 理 ト ラ ンザ ク シ ョ ンの 数 を 抑 え る 必 要 があ り ます。
こ の 例 は 単 純 なのでわか り やすいですが、 高 速 AXI マス ターを 構 築 する と 、 デザ イ ンの 複 雑 さ が 増 し、 よ り 多 く の リ
ソースが 消 費 さ れます。 パフ ォーマン スは、 パフ ォーマン ス 目 標 が 満 た さ れない 場 合 にのみ 考 慮 さ れます。 次 のセ ク
ションでは、AXI マス ターを 設 計 する 際 のパフ ォーマン スの 考 慮 事 項 のガ イ ド ラ イ ン を 示 し ます。
高 速 AXI マス タ ーの 構 築
デザ イ ンの 多 く は 構 築 済 み IP を 使 用 し て 生 成 さ れる ので、 パフ ォーマン スの 選 択 肢 が 制 限 さ れます。 ただ し、 次 の
一 般 的 なガ イ ド ラ イ ン を 使 用 する と 高 速 AXI マス ターを 構 築 しやす く な り 、パ ラ メ ーターを 指 定 で き る 場 合 は、 既 存
の IP を 変 更 する こ と も で き ます。
• スループ ッ ト の 制 約 さ れたマス ターの 場 合 、 複 数 の 未 処 理 ト ラ ンザ ク シ ョ ン をサポー ト : こ の 要 件 に よ り AXI マ
スターの 複 雑 さは 増 しますが、Zynq-7000 AP SoC イ ン ターフ ェ イ スで さ ま ざ ま な 数 の 複 数 ト ラ ンザ ク シ ョ ン を 内
部 でサポー ト でき ます。 このデータ パイプラインによ り、 よ り 多 くの AXI データ チャネルが 使 用 できるように
なります。 通 常 スループット ベースのデザイ ンで 重 要 なのはこのチャネルのみです。
• レ イ テンシの 短 いマ ス ターの 場 合 、 レ イ テンシ と スループ ッ ト のビヘイ ビ アーを 最 大 にする ために 未 処 理 ト ラ ン
ザクション 数 を 調 整 : ト ラ ンザ ク シ ョ ン 数 を 調 整 する のは 困 難 な 場 合 があ り ますが、 いろいろ 試 すこ と に よ り 、
複 数 の 未 処 理 ト ランザクシ ョ ンを 許 容 しながら レイテンシを 最 小 限 に 抑 えるレイテンシ 曲 線 を 得 る こ とができ
ます。 図 3-17 は、 リ ク エス ト さ れた ト ラ ンザ ク シ ョ ン 数 を 増 加 する と レ イ テンシにどの よ う に 影 響 する かを、 レ
イテンシとスループッ トの 曲 線 を 使 用 して 示 しています。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
X-Ref Target - Figure 3-17
図 3‐17 : HP ポー ト の 読 み 出 しのレ イ テンシ と スループ ッ ト の 曲 線 例
• AXI 応 答 チャ ネルを 無 視 : 可 能 であれば、 ト ラ ンザ ク シ ョ ン レ イ テンシを 削 減 する ためにポ ス テ ッ ド 書 き 込 みを
使 用 し ます。 た と えば、 書 き 込 み 応 答 チャ ネルの 応 答 を 無 視 し て、 AXI の rdlast または wrlast 信 号 で 完 了 する ト
ラ ンザ ク シ ョ ン を 考 慮 し て く だ さ い。 適 切 なデザ イ ンの 場 合 、 AXI マ ス ターが 管 理 する 必 要 のあ るチャ ネルま た
はスレーブ エ ラーはあ り ません。 書 き 込 みをポ ス ト で き ない 場 合 、 こ のチ ャ ネルは 無 視 で き ません。 ただ し、
AXI 書 き 込 み 応 答 チ ャ ネルを 使 用 する と 、 多 く の Zynq-7000 AP SoC データ パスで ト ラ ンザ ク シ ョ ンに 数 十 サ イ
クルが 追 加 されます。
• AXI マスターのアドレス 指 定 ビヘイビアーとデスティネーショ ン AXI ス レーブ 応 答 を 考 慮 : AXI マスターの 生
成 する ア ド レ ス シーケンスは、 その ト ラ フ ィ ッ クに 使 用 されるデステ ィ ネーシ ョ ン ス レーブの 機 能 に 影 響 し ま
す。 た と えば、 AXI マスターで DDR ベースの メ モ リ に 対 し て ラ ンダム アドレスが 生 成 される 場 合 、 メモリ パ
フ ォーマン スが 低 下 する こ と があ り ます。 ま た、DDR アドレス 範 囲 にアクセスする 複 数 のマスターにより、DDR
のス ケジ ュー リ ングが 最 適 にな ら ない こ と があ り ます。 OCM のよ うに、 メモリ スレーブの 中 にはランダム アク
セス 処 理 に 優 れた ものがあ るので、 これは 常 に 問 題 にな るわけではあ り ません。 また、 ラ ンダム アクセスが 小 さ
いア ド レ ス 範 囲 内 に 維 持 さ れる 場 合 は、L2 キャッシュをこのト ラフィ ックに 使 用 できます。これらの AXI スレー
ブについては、 後 で 説 明 し ます。
• クロック レー ト 、 データ 幅 、 ト ラ ンザ ク シ ョ ン バース ト サ イ ズを 最 大 にする : これらのパラ メーターは、
Zynq-7000 AP SoC でネイテ ィブにサポー ト される ものと 一 致 している 必 要 があ り ます (たとえば、 内 部 64 ビッ ト
データ パス、 および 最 大 AXI3 バース ト 長 16 ビー ト )。 通 常 、 AXI マスター クロック レー ト を 増 加 する と 、 デー
タ パス 合 計 の 一 部 にのみ 影 響 し ます。 こ れは、 その よ う な ト ラ ンザ ク シ ョ ンは PS およびそのク ロ ッ ク ドメイン
も 通 過 する か ら です。 PL データ 幅 は、 必 要 に 応 じ て PS データ 幅 に 内 部 変 換 さ れます。 バース ト サイズを 例 と し
て 使 用 する と 、 PL AXI マスターが AXI4 トラフィックを PS に 駆 動 する 場 合 、 こ の ト ラ ンザ ク シ ョ ンは AXI3 ト
ラ ンザ ク シ ョ ンに 変 換 さ れる こ と があ り ます。
パフォーマンスがクリテ ィ カルな AXI スレーブの 使 用
パフォーマンス クリティカルなスレーブは、PL か ら のデータ 移 動 リ ク 応 答 し ます。 Zynq-7000 AP SoCs には、 OCM、
L2 キャッシュ、DDRC といった 特 にパフォーマンスがク リティカルな AXI スレーブが 3 つあ り ます。 PL にコンフィ
ギャラブルなメモリ インターフェイス ジェネレーター (MIG) を 追 加 する こ と もできます。 それぞれのスレーブの 利
点 は、 次 の とお り です。
• オンチップ メモリ : OCM は、 ARM コアおよび GP、 HP、 ACP ポー ト からの PL の 両 方 にア ク セス 可 能 な 256KB
のメモリ ブロックです。 OCM は、 同 期 ま たは メ モ 帳 アプ リ ケーシ ョ ンで 使 用 する のに 理 想 的 な コ ンポーネン ト
です。
• L2 キャッシュ : 512KB の L2 キャッシュは、PL からの ACP でのみアクセスでき、 2 つの ARM Cortex-A9 コアと
リソースを 共 有 できます。 このスレーブには、データ トラフィックが 512KB 内 に 収 ま る 場 合 、 優 れたパフ ォー
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
マン ス 特 性 があ り ます。 ただし、 プロセ ッ サ 競 合 が 多 い 場 合 は、 パフ ォーマン スが 悪 化 し ます。 ACP およびコ
ヒーレント メモリ アクセスについては、93 ページの 「ACP およびキャ ッシュ コヒーレンシ」 を 参 照 して く ださ
い。
• DDR コント ローラー : DDRC を DDR3 および LPDDR2 などのさまざまなオフチップ メモリ デバ イ ス に 接 続 で
きます。 DDRC は、 AXI マスター インターフェイス (GP、 HP、 および ACP) を 使 用 して PL か ら ア ク セ ス で き ま
す。 各 PL インターフェイスには、 DDRC への 一 意 のデータ パスが 含 まれます。 DDRC のメモリ 容 量 とスルー
プッ ト パフォーマンスは、 OCM および L2 キャッシュより も 大 きくなっています。
• MIG に 接 続 された PL (オプシ ョ ン) : Zynq-7000 AP SoC では、 PL で MIG 生 成 の メ モ リ コ ン ト ロ ー ラ ーがサポー
ト さ れます。 こ の ソ フ ト IP オプシ ョ ンには、 PL メモリを DDRC へのプロセ ッ サ システムのソフ ト ウェア ア ク
セスから 隔 離 できる 高 速 メモリ イ ン ターフ ェ イ スが 別 に 含 まれます。 MIG では、 デザ イ ン を 標 準 的 な AXI マス
ター IP に 接 続 でき る AXI イ ン ターフ ェ イ スがエ ク ス ポー ト さ れます。 こ の コ アを 使 用 する 最 大 の 利 点 は、 特 定
アプ リ ケーシ ョ ン 用 にバン ク 方 式 およびア ド レ ス 方 式 に PHY をカスタマイズできる 点 です。
パフォーマンスがク リテ ィ カルな AXI スレーブの 選 択
データ パス 用 の AXI スレーブは、CPU コ ヒーレンシまたはメモリ サ イ ズの よ う な 論 理 要 件 を 満 たすために 選 択 さ れ
ることがよくあります。AXI ス レーブは、 パフ ォーマン ス 要 件 で も 選 択 でき ます。 Zynq-7000 AP SoC を 使 用 する 場 合
は、 次 を 考 慮 する こ と をお 勧 め し ます。
• パフォーマンス クリティカルなデータ パスを 回 避 または 隔 離 : デザイ ン プ ロ セス 中 は、 特 定 のデータ パ ス がシ
ステム パフォーマンスに 対 してク リ テ ィ カル、 その 他 のパスがセカンダ リ とマーク される こ とがよ く あ り ます。
たとえば、 ネッ トワーク プロセッシング アプ リ ケーシ ョ ンの 場 合 は、 オフチップ メモリへの 専 用 アクセスが 必
要 なこ とがあ り ますが、パケ ッ ト 検 査 はあま り ク リ テ ィ カルではないデータ パスでよ り 遅 いレート で 実 行 される
可 能 性 があ り ます。ACP アクセスのメモリ フ ッ ト プ リ ン ト を 制 限 する こ と に よ り 、L2 キャッシュへの ACP アク
セスを HP から DDRC への ト ラ フ ィ ッ ク か ら 隔 離 で き ます。 同 様 に、GP からの OCM アクセスを ACP および HP
ト ラ フ ィ ッ ク か ら 隔 離 で き ます。
• 低 レイテンシ : 許 容 さ れる イ テンシの 量 は、 シ ス テム レベルのアプ リ ケーシ ョ ン とデータ ト ラ フ ィ ッ ク のビヘ
イビアーによって 異 なります。 OCM には、 優 れた 低 レ イ テンシ 特 性 があ り ます。 ACP を 介 し て 小 さ い メ モ リ 領
域 にア ク セスする と、 アプ リ ケーシ ョ ンがイネーブルにな り 、 低 レ イ テンシの L2 キャッシュ アクセスの 利 点 を
活 用 で き ます。
• 高 スループッ ト : HP (ハイ パフォーマンス) ポー ト を 使 用 する と 、 PL から PS DDR への ス ループ ッ ト が 高 く な り
ます。HP パフ ォーマン スに 関 する よ く あ る 問 題 は、 DDRC での L2 キ ャ ッ シ ュ の 競 合 です。 メ モ リ 集 約 型 ソ フ ト
ウェア アプ リ ケーシ ョ ンでは、 HP スループッ ト が 低 下 する こ とがあ り ますが、 DDRC プライオリティ 設 定 と
DDRC データ パスへの L2 キャッシュの QoS 301 設 定 を 使 用 する と 、 競 合 を 削 減 で き ます。
• 設 定 可 能 性 および 信 頼 性 : デザイ ンの 中 には PL MIG を 使 用 して、プロセッサ サブシステム との メ モ リ ア ク セ ス
競 合 を 回 避 で き る も のがあ り ます。 その 他 のデザ イ ンでは、 以 前 のデザ イ ンや 開 発 者 の 経 験 に 基 づいたカ ス タ ム
メ モ リ が 使 用 さ れる こ と があ り ます。Zynq-7000 AP SoC のプロ ト タ イプ ボード (ZC706 ボード など) では MIG が
サポー ト されるので、 カス タム MIG コアを 評 価 して、 結 果 を DDRC への 標 準 的 な Zynq-7000 AP SoC データ パ
ス と 結 果 を 比 較 で き ます。
ハイ パフォーマンス データ パス
PS には、 PL (マスター GP0、 マスター GP1) と 通 信 するための 2 つの 対 称 データ パスがあ り、 PL AXI マ ス タ ーには
トラフィックを PS に 駆 動 する ためのデータ パスが 7 つあ り ます。
AXI インターフェイスの 詳 細 は、 次 のセクションを 参 照 してください。
• 93 ページの 「ACP およびキャ ッシュ コヒーレンシ」
• 96 ページの 「PL の HP ポー ト アクセス」
• 106 ページの 「APU からの GP およびダイレク ト PL アクセス」
こ れ ら の イ ン ターフ ェ イ スか ら 選 択 する ためにシ ス テム パフ ォーマン ス を 使 用 する プ ロ セスについて、 次 で 説 明 し ま
す。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
パフォーマンス データ パスの 選 択
データ パスは、 デザイン フ ァ ン ク シ ョ ンに 基 づいて 選 択 さ れる こ と が よ く あ り ますが、 パフ ォーマン スに 基 づいて
も 選 択 できます。
• ACP および HP ポー ト 間 の 選 択 : キャッシュおよびユーザーの AXI4 信 号 がキ ャ ッ シ ュ ア ク セ ス 用 に 設 定 さ れ
ると、ACP ポー ト が L2 キャッシュへのアクセスに 使 用 され、 キャッシュ コ ヒ ーレ ンシが 維 持 さ れます。 キ ャ ッ
シュがイネーブルになっていない 状 態 で ACP を 使 用 する と 、 メ モ リ マップが Cortex-A9 コ アで 認 識 さ れ る も の
と 一 致 する ため、 PL マ ス ターで 有 益 な 場 合 があ り ます。 L2 キャッシュは 共 有 リ ソースなので、ACP ポー ト を 使
用 する と プ ロ セ ッ サの メ モ リ バン ド 幅 が 変 わる こ とがあ り ます。AXI マスターで 生 成 された ト ラフィ ッ クが 大 き
なア ド レ ス 範 囲 に 広 がる 場 合 (ビデオ フレームなど)、 ま たは 本 質 的 に ラ ンダムな 場 合 (Scatter-Gather DMA な ど
)、 L2 キ ャ ッ シ ュ の ミ スが 増 え る ので、 レ イ テンシが 増 加 し、 スループ ッ ト が 低 下 する 可 能 性 があ り ます。
HP ポー ト では 32 ビッ トおよび 64 ビ ッ ト のデータ パスがサポート され、DDRC への 高 スループ ッ ト ア ク セ ス が
提 供 さ れます。 HP ポー ト には、 バース ト スループッ ト を 増 加 するための FIFO が 含 まれてお り 、 その 優 先 度 は
ユーザーが 制 御 でき ます。 HP ポー ト は OCM に 低 レ イ テンシおよび 高 バン ド 幅 でア ク セスでき るので、 ア ク セ
ラレータが PL に 含 まれ、 OCM の 容 量 がバ ッ フ ァ ーに 対 し て 十 分 にあ る 場 合 に 使 用 する と 便 利 です。
• GP ポー ト の 選 択 : スレーブ GP ポー ト を 使 用 する と 、 ACP および HP ポー ト のパフ ォーマンス ク リ テ ィ カルな
データ パスか ら 隔 離 さ れた 多 く の リ ソ ースに PL マスターから 直 接 アクセスできるよ うになり ます。
• メモリ アクセス フッ トプリント : キ ャ ッ シ ュ 局 所 性 が 低 く 、 コ ヒ ーレ ン ト でないア ク セスに ACP が 使 用 さ れ る
場 合 、 DDRC が ACP ト ラ フ ィ ッ ク の 大 部 分 に 使 用 さ れます。 た と えば、 Zynq-7000 AP SoC の 場 合 、 ACP レ イ テ
ンシは ト ラ ンザ ク シ ョ ンのキ ャ ッ シ ュ 局 所 性 を 高 め る こ と で 最 大 53% まで 削 減 さ れます。 HP および GP ト ラ ン
ザクショ ンは L2 キャッシュにアクセスしないので、 キャッシュ ビヘイ ビ アーに 直 接 影 響 さ れる こ と はあ り ませ
ん。 コ ヒ ーレ ン ト アクセスに ACP を 使 用 する 場 合 は、 93 ページの 「ACP およびキャ ッシュ コヒーレンシ」 を
参 照 し て く だ さ い。
• PS データ パス パフォーマンス 制 御 : システム クロック レー ト、 QoS-301 信 号 、 DDRC プ ラ イ オ リ テ ィ 設 定 は、
すべてデータ パス パフ ォーマン スに 影 響 する 可 能 性 があ り ます。 デザ イ ン を 設 計 する 際 に IP インテグレーター
を 使 用 する と 、 ほ と んどの メ モ リ マップ レジスタおよびファンクショ ンを 設 定 できます。 QoS-301 ビッ トはラ
ンタイム 時 に 設 定 できます。 システム クロック レー ト が 高 い 方 がデータは 高 速 に 移 動 し ますが、 QoS-301 信 号
と DDRC プライオリティ 設 定 によ り、 競 合 している AXI マ ス タ ー 間 のパフ ォ ーマンス を 変 更 で き ます。 た と え
ば、L2 から DDRC へのデータ パスの QoS-301 設 定 に よ り DDRC への L2 キャッシュ ト ラ ンザ ク シ ョ ン を 制 限 し
て、 HP トラフィックがより 頻 繁 に DDRC で 処 理 される よ う にでき ます。 DDR プライオリティ 設 定 は、DDRC 内
の 読 み 出 しおよび 書 き 込 み ト ラ ンザ ク シ ョ ンの 優 先 順 位 を 決 め る ために も 使 用 で き ます。
ハー ド ウ ェ ア パフ ォーマンスの 監 視
ザ イ リ ン ク スか ら 提 供 さ れる AXI Performance Monitor (APM) コア ( 図 3-18) を 使 用 する と 、PL の AXI イ ン タ ーフ ェ イ
スのレイテンシとスループッ ト を 観 察 して 測 定 できます。 このコアは、 IP イ ンテグ レーターか ら 使 用 で き ます。 本 書
で 参 照 されるすべての AXI パフ ォーマン ス 測 定 結 果 は、 こ の コ アで 測 定 さ れた も のです。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
X-Ref Target - Figure 3-18
図 3‐18 : Vivado 2013.4 IP インテグレーター デザイ ンへの AXI Performance Monitor の 追 加
Zynq-7000 AP SoC を 開 発 する 際 は、 こ の APM コアをその 他 の IP と 同 様 に PL デザイ ンに 挿 入 し て、 デザイ ン サイク
ルでのパフ ォーマンス メ ト リ ッ ク を 検 証 で き ます。
データ フ ロー
このセクションでは、 Zynq-7000 AP SoC のデータ フ ローの 概 要 について 説 明 し ます。 まず、 PS 内 のデータ フ ローに
ついて、 PS の DDR と PS の DDR への PS ペリフェラルの APU ア ク セ ス を 中 心 に 説 明 し ます。 次 に、 PL から PS へ
のデータ フ ローについて、 汎 用 イ ン ターフ ェ イ ス、 ACP インターフェイス、 ハイ パフォーマンス インターフェイス
などの PS-PL AXI イ ン ターフ ェ イ ス を 中 心 に 説 明 し ます。 スループ ッ ト 、 主 なシステム デザ イ ン 特 性 および 考 慮 事
項 について も 記 述 し ます。 その 他 の 詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニ ュ アル』
(UG585) [ 参 照 4] を 参 照 して く ださい。
Zynq-7000 AP SoC 内 ではさ まざまな イ ン ターコネ ク ト ブロックが 使 用 されており、 それぞれがさまざまなファンク
ション ブ ロ ッ ク の 必 要 性 を 満 たすために 設 計 さ れています。 PS インターコネク トは、 さまざまなペリフェラルおよ
び DDR メモリ 間 、 APU と DDR または OCM メ モ リ 間 のデータ 転 送 のいずれかを イ ネーブルにする 高 速 データ パ ス
スイッチに 基 づいています。PS-PL インターフェイスでは PL に AXI インターフェイスが 含 まれ、 PS お よ び 後 続 の
データ フ ローに 接 続 さ れた PL ペリフェラルがイネーブルになります。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
図 3-19 のブロ ッ ク 図 は、 このセクシ ョ ンで 説 明 される 主 なデータ パスを 示 しています。
X-Ref Target - Figure 3-19
PS 内 のイ ン タ ー コ ネ ク ト
図 3‐19 : ブロック レベルのデー タ パスの 概 要
PS 内 には、 APU から PS DDR へのイ ン ターコネ ク ト と、 PS ペリフェラルから PS DDR への イ ン タ ー コ ネ ク ト の 主 に
2 つデータ パスがあ り ます。
セン ト ラル インターコネク トは 64 ビッ トで、ARM NIC-301 ス イ ッ チの コ アです。マス ターおよびス レーブ イ ン タ ー
コネク トでは、 セン ト ラル インターコネク ト、 汎 用 インターコネク ト、 PS の I/O ペ リ フ ェ ラ ル 間 の 低 レベルか ら 中
レベルの ト ラ フ ィ ッ ク が 配 線 さ れます。 メ モ リ インターコネク トは、PL の HP インターフェイスから DDR メモリ コ
ン ト ローラーへの 直 接 高 速 データ パス を 提 供 する ほか、 OCM インターコネク トを 介 したオンチップ RAM へのア ク
セスも 提 供 します。
イ ン ターコ ネ ク ト では 完 全 な ク ロ スバー 構 造 は 提 供 さ れないので、すべてのマ ス ターがすべてのス レーブにア ク セ ス
でき るわけではあ り ません。 どのマス ターがどのス レーブにア ク セスするかの 詳 細 については、 『Zynq-7000 All
Programmable SoC テクニカル リファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の 「インターコネクト データパス」 の 表
( リンク) を 参 照 して く ださい。
PS‐DDR への APU アクセス
プロセッサには、 それぞれ 2 つの 64 ビットの 擬 似 AXI インターフェイスがあります。 AXI ト ラ ンザ ク シ ョ ンはすべ
て SCU を 経 由 し、 それぞれのアド レスに 基 づいて OCM または L2 キャッシュ コ ン ト ローラーに 接 続 さ れます。 APU
は SCU および L2 キャッシュ コント ローラーを 介 して DDR メモリにアクセスします。SCU および L2 キャッシュ コ
ントローラーにはアドレス フ ィ ルター 機 能 があ る ので、 両 方 と も ス イ ッ チの よ う に 動 作 し ます。 SCU では、 APU ま
たは PL の ACP ペリフェラルから OCM への 低 レ イ テンシ パスも 提 供 されるほか、2 つのプロセ ッ サ と L1 キ ャ ッ シ ュ
間 のデータ コ ヒ ーレ ンシを 管 理 する 機 能 も 提 供 さ れます。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
L2 キャッシュ コ ン ト ローラーがデ ィ スエーブルの 場 合 、ト ラ ンザ ク シ ョ ンはそれ ら のア ド レ スに 基 づいて DDR コン
トローラーまたはマスター インターコネク トに 送 信 されます。
PS‐DDR への PS ペリフェラル アクセス
I/O ペリフェラル (USB、 GEM、 SDIO など) は、 通 信 用 に 次 の 2 つのイ ン ターフ ェ イ ス を イ ンプ リ メ ン ト し ます。
• ペリフェラル スレーブを APU マス ターに 接 続 する APB インターフェイス
• 高 速 ペ リ フ ェ ラ ルのエンベデ ッ ド DMA コント ローラーをシステム メ モ リ に 接 続 する ための 高 速 バス トランザ
クションを 容 易 にする AHB インターフェイス
APB イ ン ターフ ェ イ スは 主 にペ リ フ ェ ラルの 制 御 に 使 用 され、 ペ リ フ ェ ラルの DMA マスターからの AHB イ ン タ ー
フェイスはセント ラル インターコネク トに 接 続 されて、 DDR コ ン ト ローラーへのア ク セス を 提 供 し ます。
PS–PL AXI インターフェイス
このセクショ ンでは、PL ベースのペ リ フ ェ ラ ル と PS へのフ ァ ン ク シ ョ ン を 接 続 する のに 使 用 さ れる PS-PL AXI イ ン
ターフ ェ イ スについて 説 明 し ます。 各 イ ン ターフ ェ イ ス を どの よ う に 使 用 する かについては、 それぞれのセ ク シ ョ ン
で 説 明 し ます。
汎 用 AXI インターフェイス (AXI_GP)
AXI_GP インターフェイスには 4 つの 32 ビッ ト 汎 用 ポート と、2 つのマス ター ポー ト および 2 つのス レーブ ポー ト
が 含 まれます。 PL は 2 つのポー ト のマス ターで、 PS はそれ 以 外 の 2 つのポー ト のマス ターです。 ポー ト は PS のマ
スターおよびスレーブ インターコネク ト ポー ト に 接 続 さ れます。
AXI_GP は 汎 用 目 的 に 提 供 さ れてお り 、 ハイ パフォーマンス 用 には 設 計 されていません。
M_AXI_GP ポー ト は、 通 常 PL にインプリ メン ト されたペリ フェラルの 制 御 プレーンに 接 続 して 使 用 します。PL から
のア ド レ ス 指 定 可 能 な PS ペ リ フ ェ ラ ル と の 通 信 には、 S_AXI_GP を 使 用 できます。 PL ペリフェラルのパフォーマン
ス 要 件 は 高 く ないので、 S_AXI_GP を PS-DDR へのア ク セ スに 使 用 する こ と も で き ます。
アクセラレータ コヒーレンシ ポー ト (ACP)
ACP では、 SCU に 直 接 接 続 する ために、 PL のマス ターへの イ ン ターフ ェ イ スが 提 供 さ れます。 PL マスターは L1
キ ャ ッ シ ュ を 使 用 し て メ モ リ コヒーレンシを 維 持 し、L2 キャッシュおよび OCM に 直 接 ア ク セスでき ます。 ACP で
は、 ペ リ フ ェ ラル と メ モ リ への 接 続 レベルが CPU と 同 じ です。 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リ フ ァ
レンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の 「システム アドレス」 の 章 ( リンク) のアド レス マ ッ プを 参 照 し て く だ さ い。
ACP ポー ト のア ド レ スは、 全 I/O コ ヒーレンシを 提 供 するために SCU でスヌープされます。 ACP の 読 み 出 し が CPU
の L1 データ キ ャ ッ シ ュ のいずれかに ヒ ッ ト する と 、 書 き 込 みが L1 の 以 前 のデータ を 無 効 に し、 L2 に ラ イ ト ス ルー
します。 これにより、 パフォーマンスがかなり 改 善 され、 ドライバー ソ フ ト ウ ェ ア を 簡 略 化 で き ます。
ACP を 使 用 する と 、 データ が CPU キャッシュまたはメモリ 階 層 のどこにあるかに 関 係 なく、 外 部 PL-DMA などのデ
バイスが CPU コ ヒーレント データ に 直 接 ア ク セスで き る よ う にな り ます。こ の 結 果 のシ ス テム コ ヒーレンスにより、
ソフトウェア ドライバーでキャッシュ フ ラ ッ シ ュ などの コ ス ト のかか る 演 算 が 実 行 さ れな く な る ので、 シ ス テム パ
フォーマンスが 改 善 されます。
ACP はキャ ッシュ ラ イ ン 長 転 送 用 に 最 適 化 さ れてお り 、 特 定 の 制 限 も あ る ので、 ACP を 使 用 し たシ ス テム を 設 計 す
る 際 はこれらを 考 慮 する 必 要 があ り ます。 詳 細 は、 93 ページの 「ACP およびキャッシュ コヒーレンシ」 を 参 照 して
ください。
ハイ パフォーマンス アプ リ ケーシ ョ ンの ACP の 使 用 には、 注 意 が 必 要 です。 これは、 ACP に 接 続 さ れたペ リ フ ェ ラ
ルと CPU のキャ ッシュおよび PS のメモリ サブシステムへのア ク セスが 競 合 し、 パフ ォーマン ス 全 体 に 影 響 を 与 え
るためです。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
ハイ パフォーマンス ポー ト (AXI_HP)
PL マスター、DDR、および PS の OCM メモリ 間 の 高 スループッ ト データ パスをイネーブルにするため、4 つの 高 パ
フォーマンス AXI インターフェイスが 提 供 されています。 各 データ パスには、 32 ビッ トか 64 ビ ッ ト を 選 択 で き ま
す。 専 用 メ モ リ インターコネク トは、 これらの AXI-HP ポー ト から PS の DDR メモリ コ ン ト ローラーへの 直 接 接 続
を 提 供 し ます。 ま た、 読 み 出 しおよび 書 き 込 み ト ラ フ ィ ッ ク 用 の FIFO バッファーもあり、 高 パフォーマンス 機 能 が
提 供 さ れています。 こ れら のポー ト は、 AXI FIFO インターフェイス (AFI) と 呼 ばれることもあります。
4 つの AXI-HP は 2 つに 多 重 化 さ れ、 メ モ リ コント ローラーの 2 つのポー ト に 接 続 さ れます。 こ の 2 つのポー ト 間 の
アービ ト レーシ ョ ンは、メ モ リ インターコネク ト スイッチで 処 理 されます。2 つの HP ポー ト を 使 用 する 場 合 は、ポー
ト 0 とポート 2 を 使 用 する こ と をお 勧 めし ます。 これは、 これらのポー ト が 別 々の DDR イ ン タ ーフ ェ イ ス にあ る か
らです。
HP AXI インターフェイスには、 QoS、 FIFO 占 有 率 、 イ ン ターコ ネ ク ト の 発 行 ス ロ ッ ト リ ン グなどのその 他 の 機 能 も
あります。これにより、 複 数 のマスターがあり、 異 なるタイプのトラフィック フ ローが 使 用 される 場 合 に、 バン ド 幅
管 理 が イ ネーブルにな り ます。QoS 信 号 は、PL 信 号 を 使 用 する か、APB レジスタをスタティ ッ クにコンフィギュレー
シ ョ ンする こ と で 制 御 で き ます。
前 述 の PS-PL AXI インターフェイスに 加 えて、 次 のよ うな PS-PL インターフェイスもあります。
a. 拡 張 MIO では、 PL への I/O ペ リ フ ェ ラ ル 信 号 を 配 線 で き ます。 こ れに よ り 、 PS の IOP コ ン ト ロ ー ラ ー と
PL のユーザー ロジック 間 にインターフェイスが 提 供 され、 PL デバイ ス ピ ン の 使 用 も イ ネーブルにな り ま
す。 詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] ( リ ン
ク ) を 参 照 して ください。
b. PS-PL ク ロ ッ ク 、 リ セ ッ ト 、 割 り 込 みイ ン ターフ ェ イ スでは、 PL に ク ロ ッ ク 、 リ セ ッ ト 、 割 り 込 み 信 号 が 提
供 さ れます。 詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参
照 4] ( リンク) を 参 照 して く ださい。
c. デバイ ス コンフィギュレーション インターフェイスでは、PS ソ フ ト ウ ェ ア 制 御 下 で PL を コ ン フ ィ ギ ュ レー
シ ョ ンで き ます。 詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニュアル』 (UG585)
[ 参 照 4] ( リンク) を 参 照 して く ださい。
d. PS と PL 間 の DMA インターフェイスは、PL IP ブロ ッ ク と その 他 のペ リ フ ェ ラルまたは PS のメモリ ブ ロ ッ
ク 間 の 高 速 データ 転 送 に 使 用 で き ます。 PS とファブリック 間 のインターフェイスは、CPU 割 り 込 みイベン
ト を 伝 搬 する ために 使 用 で き ます。
システム レベルの 設 計 に 関 する 考 慮 事 項
PS-PL AXI イ ン ターフ ェ イ スのバン ド 幅 を 管 理 する 際 は、 次 の 点 について 考 慮 する 必 要 があ り ます。
• 汎 用 ポー ト は、 PS からの PL ペ リ フ ェ ラ ルの 制 御 な ど 低 ~ 中 程 度 の ト ラ フ ィ ッ ク に 使 用 する か、 低 速 の PL ペリ
フェラルのデータ パス と し て 使 用 する 必 要 があ り ます。 た と えば、 S_AXI_GP ポー ト はバン ド 幅 と レ イ テンシ 要
件 を 満 たしているので、 このポートを 介 してイーサネッ ト パケ ッ ト を PL に 移 動 でき ます。 PL に イ ン プ リ メ ン
ト さ れたビデオなど、 確 実 な レ イ テンシおよび 高 性 能 を 必 要 と する アプ リ ケーシ ョ ンの 場 合 は、 HP ポー ト の 使
用 をお 勧 め し ます。
• アクセラレータ コヒーレンシ ポー ト は、 PL のアプ リ ケーシ ョ ンでプロセッサ L1 キ ャ ッ シ ュ を 使 用 し て コ ヒ ー
レ ンシを 維 持 する 必 要 があ る 場 合 、ま たは ソ フ ト ウ ェ ア オーバーヘ ッ ド を 削 減 する 必 要 があ る 場 合 に 使 用 する と
便 利 です。
• HP ポー ト は、 PL のアプ リ ケーシ ョ ンで DDR コント ローラーまたは OCM への 高 バン ド 幅 のア ク セスが 必 要 な
場 合 に 使 用 する こ と をお 勧 め し ます。 複 数 のポー ト が 提 供 さ れてい る ので、 PL マスターを 1 つの HP ポー ト に 制
限 する のではな く 、4 つの HP ポー ト に 分 散 する と 、 負 荷 バ ラ ン ス を 改 善 で き ます。 複 数 の HP ポー ト セッ ト (HP0
と HP2、 または HP1 と HP3) を 使 用 する と 、 1 つの PL マスターのバンド 幅 をさらに 高 くするこ とができます。
複 数 ポー ト セ ッ ト の 使 用 方 法 の 詳 細 は、 『Zynq-7000 AP SoC テクニカル リファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参
照 4] ( リンク) を 参 照 して く ださい。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
PL ク ロ ッ ク 供 給 手 法
このセクショ ンでは、PL で 使 用 可 能 な ク ロ ッ ク ソース と それら の 推 奨 さ れる 使 用 方 法 など、Zynq-7000 AP SoC PL の
ク ロ ッ ク 手 法 について 説 明 し ます。 PL で 使 用 可 能 な ク ロ ッ ク ソースは、 次 のとおりです。
• 「PS からのクロック (FCLK)」
• 「GT から 復 元 されたクロック」
• 「 外 部 ソースか ら の ク ロ ッ ク 」
• 「MMCM によ り 生 成 されたクロッ ク」
このセクショ ンの 最 後 では、 さまざまなクロック ソースの 使 用 を 示 す 典 型 的 なモデル と し て、 ビデオ システム デザ
インを 使 用 して 説 明 します。
PS からのクロッ ク (FCLK)
FCLK の 使 用 に 関 する 詳 細 は、 第 2 章 の 「ク ロ ッ キングおよび リ セ ッ ト 」 を 参 照 して く ださい。
GT から 復 元 されたクロッ ク
GT トランシーバー 内 のレシーバー クロック データ リカバリ (CDR) 回 路 では、 入 力 さ れるデータ ス ト リームからク
ロ ッ ク と データ が 抽 出 さ れます。 復 元 さ れた ク ロ ッ ク は、 ト ラ ンシーバーの ラ イ ン レート とデータ パス 幅 に 直 接 関
連 します。 PL で 復 元 さ れた ク ロ ッ ク を 使 用 する には、 リ ン ク パー ト ナー と 通 信 する 高 速 シ リ アル トランシーバーが
必 要 です。 復 元 さ れた ク ロ ッ ク には、 通 常 元 の ク ロ ッ ク のジ ッ ターが 含 まれるので、 入 力 ジ ッ ターに 敏 感 なデザ イ ン
で ク ロ ッ ク を 使 用 する 前 に こ のジ ッ ターを 修 正 する 必 要 があ り ます。 通 常 は、 復 元 さ れた ク ロ ッ ク は PL ロジックで
受 信 さ れたデータ をサンプ リ ングする ために 使 用 さ れます。 図 3-20 は、 CDR アーキテクチャを 示 しています。
詳 細 は、 『7 シリーズ FPGA GTX/GTH トランシーバー ユーザー ガイド』 (UG476) [ 参 照 2] および 『7 シリーズ FPGA
GTP トランシーバー ユーザー ガイド』 (UG482) [ 参 照 3] の 「レシーバー」 の 章 を 参 照 してください。
X-Ref Target - Figure 3-20
外 部 ソースからのク ロ ッ ク
図 3‐20 : CDR アーキテクチャ
PL には、 差 動 ク ロ ッ ク をサポー ト する FPGA のクロック 兼 用 I/O ピンからクロッ クを 供 給 できます。 シングルエン
ド ク ロ ッ ク を 使 用 する 場 合 は、 ク ロ ッ ク 兼 用 入 力 ピ ン ペアの P (マスター ) 側 に 接 続 する 必 要 があ り ます。
シングルエンド ク ロ ッ ク を 使 用 する か 差 動 入 力 ク ロ ッ ク を 使 用 する かは、デザ イ ンの ク ロ ッ ク 供 給 要 件 に よ って 決 ま
り ます。 電 源 ノ イ ズおよび ラ イ ン カップリング ノ イ ズ を 削 減 する ので、 差 動 ク ロ ッ ク の 方 が 推 奨 さ れます。 デザ イ
ンのピ ンが 制 限 さ れてい る 場 合 は、 シングルエン ド クロックを 使 用 できます。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
シングルエンド クロックが 入 力 ピン ペアの P 側 に 接 続 さ れる 場 合 、 N 側 を 別 のシングルエン ド ク ロ ッ ク に 使 用 で き
ませんが、 ユーザー I/O と し ては 使 用 で き ます。
クロック 兼 用 ピンでは、 内 部 グローバルおよびリージョナル クロック ソースに 専 用 の 高 速 アクセスが 提 供 されます
( 図 3-21)。
詳 細 は、 『7 シリーズ FPGA クロッキング リソース ユーザー ガイド』 (UG472) [ 参 照 1] を 参 照 して く ださい。
X-Ref Target - Figure 3-21
図 3‐21 : ク ロ ッ ク 兼 用 入 力
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
MMCM により 生 成 されたクロッ ク
MMCM は、 さ ま ざ ま な 周 波 数 および 位 相 関 係 で 複 数 の ク ロ ッ ク を 生 成 する ために 使 用 さ れます。 MMCM では、 ク
ロック 出 力 のスキューも 調 整 されます。 図 3-22 は、 使 用 モデルを 示 し ています。
MMCM プ リ ミティブ MMCME2_ADV では、 前 述 の 機 能 のほか、 ダイナ ミ ッ ク リコンフィギュレーション ポー ト
(DRP) を 使 用 し た 入 力 ク ロ ッ ク 選 択 機 能 が 提 供 さ れます。
X-Ref Target - Figure 3-22
図 3‐22 : MMCM の 使 用 モデル
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
FCLK の 使 用 モデル
FCLK 使 用 モデルの 例 は、デ ィ スプレ イ モニターにテス ト パターン を 表 示 する ビデオ アプ リ ケーシ ョ ンです。 図 3-23
は、 こ のモデルを 示 し ています。
X-Ref Target - Figure 3-23
この 使 用 モデルには、 次 の IP ブロックが 含 まれます。
図 3‐23 : FCLK の 使 用 モデル
• テス ト パターン ジェネレーター (TPG) : さまざまなテスト パターンでビデオ フレームを 生 成 します。
• ビデオ タイミング コント ローラー (VTC) : TPG のタイ ミ ングを 生 成 します。
• ビデオ ダイレク ト メモリ アクセス モジュール (VDMA) : DDR メモリに TPG で 生 成 されたビデオ フ レーム を 書
き 込 みます。
• ディスプレイ コント ローラー : HP2 ポー ト を 介 して DDR からフレームをフェッチして、モニターに 表 示 します。
• オンボード クロック シンセサイザー : すべての 入 力 ビデオ モジュールとディ スプレイ コ ン ト ローラーを 駆 動 す
るビデオ クロックとして 使 用 します。PS でプ ロ グ ラ ム 可 能 です。
• MMCM を 使 用 して FCLK から 派 生 したクロック : こ の ク ロ ッ ク の 周 波 数 は Sys_clk よ り も 高 く 、 デ ィ ス プ レ イ
コ ン ト ローラーのレ イ テンシ 要 件 のため、VDMA とディスプレイ コント ローラーの AXI マスター インターフェ
イスで 使 用 されます。
こ の 例 の 場 合 、 PL と MMCM ( 必 要 な Sys_clk 出 力 を 生 成 ) に 配 線 さ れた 外 部 ク ロ ッ ク を 使 用 で き ます。 PS の AXI イ
ンターコネク トは、 HP/GP ポー ト と PL 間 にク ロ ッ ク ドメインを 提 供 します。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
ACP およびキャ ッシュ コヒーレンシ
アクセラレータ コ ヒーレンシ ポー ト (ACP) は PL マスターに 低 レイテンシのアクセスを 提 供 し、オプションでデュア
ル コア ARM Cortex-A9 CPU とのキャッシュ コ ヒーレンシも 提 供 します。システムの 観 点 からは、ACP インターフェ
イスの 接 続 は APU CPU と 類 似 しています。 このため、ACP と APU CPU は APU ブロック 外 部 のリソースへのアクセ
スにおいて 競 合 します。 図 3-24 は、 ACP の 接 続 の 概 要 を 示 し ます。
X-Ref Target - Figure 3-24
図 3‐24 : ACP の 接 続 図
ほかの PL マスターと 比 較 した 場 合 の ACP の 主 な 利 点 は、 CPU キャッシュ コ ヒーレント メ モ リ へのア ク セ ス と 、 低
レイテンシ 512KB の L2 キ ャ ッ シ ュ の 使 用 にあ り ます。 一 般 的 な Zynq-7000 AP SoC インプリ メンテーションでは、PL
アクセラレータが ACP ポー ト に 接 続 されます。 これは、 GP ポー ト の 1 つを 使 用 して CPU に よ り コ ン フ ィ ギ ュ レー
ションされ、 アクセラレータにより ACP を 介 し てデータ が 移 動 さ れます。 コ ヒ ーレ ン ト データ の 移 動 はハー ド ウ ェ
アで 管 理 さ れ、 PL ACP マスターで 標 準 AXI 読 み 出 しおよび 書 き 込 みを 発 行 で き る よ う にな り ます。 ACP キ ャ ッ シ ュ
コヒーレント アクセスの 唯 一 の 要 件 は、 これらのト ランザクションで A*CACHE および A*USER ビッ トをすべて 1
に 設 定 する 必 要 があ る と い う こ と です。
こ のハー ド ウ ェ ア 管 理 の コ ヒ ーレ ンシ モデルは、 PL ア ク セ ラ レータ がない 場 合 に 使 用 し ます。 DDR コント ローラー
からコ ヒーレン ト メモリではないメモリに 直 接 アクセスするには、 HP または GP ポー ト を 使 用 し て く だ さ い。 こ の
場 合 、 ソ フ ト ウ ェ ア 管 理 の コ ヒ ーレ ンシが 必 要 な こ と があ り 、 プ ロ セ ッ サが コ ヒ ーレ ンシを 確 実 にする ために 共 有 メ
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
モリを DDR に 書 き 込 み 戻 す 必 要 があ る こ と があ り ます。 ソ フ ト ウ ェ ア 管 理 の コ ヒ ーレ ンシを イ ンプ リ メ ン ト する 方
法 はさ ま ざまですが、 ACP はそれをハー ド ウ ェ アで 実 行 する ので、 ソ フ ト ウ ェ ア 設 計 が 簡 単 にな り ます。
ACP ではキャ ッ シュ コ ヒーレンシがサポートされるため、ACP が 接 続 された AXI マスターと CPU が L2 キ ャ ッ シ ュ
リソースを 競 い 合 います (L1 キャッシュは CPU にしか 使 用 でき ません)。ACP からの AXI 読 み 出 し ま たは 書 き 込 み ト
ランザクションでは、 L2 キャッシュ リ ソースを 使 用 してデータ 移 動 (アービ ト レーシ ョ ン、 タグ マッチ、 DDR コン
トローラーへのキャッシュ ライン フェッチ) が 行 われます。このデータ 移 動 が CPU アクティビティ ( 上 記 のア ク セ ラ
レータの 例 など) と 連 動 する 場 合 、 メ モ リ リ ソースの 共 有 は 大 規 模 シ ス テム アプ リ ケーシ ョ ンで 有 益 です。 こ のデー
タ 移 動 が 関 連 のない CPU タ ス ク と 並 列 で 処 理 される 場 合 は、 次 のセ ク シ ョ ンで 説 明 する よ う に、 CPU と ACP マ ス
ター と の 競 合 を 軽 減 する 方 法 がほかに も あ り ます。
ACP 設 計 手 法
次 の 設 計 手 法 は、 ACP を 効 率 的 に 使 用 するベス ト プラクティスであり、 Zynq-7000 AP SoC ACP の 複 数 のカ ス タ マー
使 用 例 と パフ ォーマン ス 解 析 に 基 づいています。
ACP マス タ ーの 設 計 手 法
• キャッシュ スラッシングの 回 避 : 512KB の L2 キャッシュは、 2 つの ARM プロセッサと ACP 間 で 共 有 さ れ る リ
ソースです。 大 容 量 のデータ にア ク セスする ACP の 機 能 によ り 、 ソ フ ト ウ ェ ア パフ ォーマン スが 下 が る 可 能 性
があ り ます。 キ ャ ッ シ ュ を ロ ッ ク し て 分 割 する と 、 共 有 データ のキ ャ ッ シ ュ ヒット 率 が 高 くなります。たとえ
ば、 ACP ポー ト へのビデオ 形 式 のア ク セスにはキ ャ ッ シ ュ 局 所 性 がほ と んど ないので、 キ ャ ッ シ ュ 管 理 がない
と、 メモリのシステム パフ ォーマン スが 低 下 し ます。
たとえば、パフォーマンス テス ト ケースの 1 つでは、キ ャ ッ シ ュ 局 所 性 に 優 れた ACP ア ク セ ス の レ イ テ ン シが、
キ ャ ッ シ ュ 局 所 性 のない ACP アクセス パターン と 比 較 する と 、 54% 短 くなります。 結 果 は、 アプリケーション
によって 異 なり ます。
• AXI トランザクション パラ メーターを ACP に 一 致 : ACP は、 AXI3 準 拠 の 64 ビッ ト インターフェイスで、ACP
に 接 続 された AXI3 または AXI4 準 拠 のマス ター 用 ト ラ ンザ ク シ ョ ン を 最 大 バース ト 長 16 ビー ト の 64 ビ ッ ト 幅
の ト ラ ンザ ク シ ョ ンに 変 換 し ます。 すべての 変 換 は、 プ ロ ト コル コンバーターや AXI インターコネク トなどの
ソフト IP を 使 用 して 実 行 されます。 64 ビット 以 外 のトランザクションおよびビート カウントの 多 いト ランザク
シ ョ ンが 変 換 さ れる と 、 余 分 なデータ 転 送 サ イ ク ルが 発 生 する 可 能 性 があ り ます。 その 他 の ACP アクセス 最 適
化 および 制 約 については、ARM Infocenter Accelerator Coherency Port ウェブ ページ [ 参 照 73] を 参 照 して く ださい。
• ブロッキングと ノンブロッキングの 選 択 : ACP ポー ト で 順 序 が 間 違 って 完 了 する ト ラ ンザ ク シ ョ ンには、 注 意 が
必 要 です。 特 定 の 状 況 下 では、axresp チャネルが 後 続 ト ランザクシ ョ ン 間 のバリ アと して 使 用 されていない 限 り、
書 き 込 みま たは 読 み 出 し (もしくは 両 方 共 ) が 間 違 った 順 序 で 完 了 する こ と があ り ます。 応 答 チャ ネルを 無 視 し
て、 ト ラ ンザ ク シ ョ ンがデータ が 転 送 さ れた 直 後 に 完 了 する よ う に し てお く のが 理 想 的 です。 ただ し、 同 じ ア ド
レ ス 範 囲 に 複 数 の 読 み 出 しおよび 書 き 込 み 命 令 を 発 行 する 場 合 は、 注 意 が 必 要 です。 DMA のバル ク 転 送 の 場 合 、
こ れは 通 常 問 題 と な り ませんが、 複 数 の 未 処 理 読 み 出 しおよび 書 き 込 み ト ラ ンザ ク シ ョ ンが 狭 いア ド レ ス 範 囲 に
対 し て 発 行 さ れる と 、 問 題 にな る こ と があ り ます。
使 用 例 では、 同 じ ア ド レ スへの read-modify-write が 複 数 回 実 行 さ れる 間 に ACP の 応 答 チャ ネルが 無 視 さ れる と 、
read-after-write の 順 序 が 間 違 った も のにな り 、 競 合 が 発 生 する こ と があ り ます。
• コヒーレント アクセス 以 外 に 対 する ACP の 使 用 : PL からのキャッシュ コ ヒ ーレ ン シのない ト ラ フ ィ ッ ク は、
HP または GP ポー ト を 介 し て 配 線 する こ と をお 勧 め し ます。 ただ し、 必 要 であれば、 ACP ア ク セ ス の ビヘ イ ビ
アーを 修 正 する よ う に AXI の 4 ビッ ト キャッシュ フ ィ ール ド を 設 定 で き ます。 詳 細 は、 『Cortex-A9 Technical
Reference Manual』 [ 参 照 75] のセクシ ョ ン 2.4 「Accelerator Coherency Port」 を 参 照 し て く だ さ い。
ACP 設 計 手 法 のための PS コンフィギュレーション
• L2 キ ャ ッ シ ュ の ク ロ ッ ク 供 給 およびプ リ フ ェ ッ チ : L2 キャッシュは CPU クロック レー ト で ク ロ ッ ク 供 給 さ れ、
キ ャ ッ シ ュ 局 所 性 に 優 れてお り 、 ACP ア ク セスのほ と んどに 使 用 さ れています。 PL のクロック レー ト を 上 げて
アクセス レ イ テンシを 削 減 する こ と はで き ますが、 こ の 場 合 は L2 キ ャ ッ シ ュ の ク ロ ッ ク をで き る だけ 高 速 にす
る 必 要 もあ り ます。 L2 プリフェッチ 設 定 を 使 用 すると、 プリフェッチをオン/オフにできます。 その 他 の 設 定 を
使 用 する と 、 ミ ス ご と にフ ェ ッ チ さ れる キ ャ ッ シ ュ ラ イ ン 数 を 制 御 で き ます。 た と えば、 キ ャ ッ シ ュ 局 所 性 のほ
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
とんどない ACP アクセスの 場 合 、 L2 から DDR コン ト ローラーへのフェッチが 誤 って 推 測 されるこ とがあるた
め、 プ リ フ ェ ッ チの 利 点 がないこ と があ り ます。
ACP アクセスのための PS 設 定 と L2 キ ャ ッ シ ュ 設 定 の 変 更 に 関 する 詳 細 は、『Zynq-7000 All Programmable SoC テ
クニカル リファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] を 参 照 して く ださい。
CPU 手 法 における ソ フ ト ウ ェ ア との 競 合
• CPU メモリ アクセス パターンの 考 慮 : プ ロ セ ッ サ と 競 合 する キ ャ ッ シ ュ の 影 響 は、 プ ロ セ ッ サの メ モ リ ア ク セ
ス パターンからもわかり ます。プロセッサの L1 キ ャ ッ シ ュ が 完 全 に 空 の 状 態 で 実 行 さ れる ソ フ ト ウ ェ アは、ACP
アクセスの 影 響 を 受 けませんが、 メモリ ス トライド アプ リ ケーシ ョ ンの よ う なキ ャ ッ シ ュ 局 所 性 の 低 い ソ フ ト
ウ ェ アには 影 響 する 可 能 性 があ り ます。
たとえば、 ARM Cortex-A9 で 実 行 さ れる メ モ リ 集 約 型 の ソ フ ト ウ ェ ア アプ リ ケーシ ョ ンは、 L2 キ ャ ッ シ ュ か ら
の 1 つの 4KB メモリ ページにア ク セスする 大 量 の ACP トラフィックの 影 響 は 受 けません。
また、 その 他 の 例 と し ては、 Dhrystone または Coremark のよ うな L1 キャッシュ バウンド ベンチマーク を CPU
で 実 行 する 場 合 も、L2 キャッシュ 内 に 保 持 される 512KB バ ッ フ ァーにア ク セスする 大 量 の ACP ト ラ フ ィ ッ ク の
影 響 はあ り ません。
• 高 度 なキ ャ ッ シ ュ 管 理 : キ ャ ッ シ ュ の ロ ッ ク および 分 割 などの 手 法 を 使 用 する と 、 複 数 の CPU および ACP マ ス
ター 間 のキ ャ ッ シ ュ の 共 有 と 隔 離 を 実 行 しやす く な り ます。 こ れ ら の 手 法 を 実 行 する には、 リ ン カー スクリプト
を 修 正 し、アプ リ ケーシ ョ ン メ モ リ のレ イ ア ウ ト に 対 する ARM メ モ リ 記 述 子 を 変 更 する 必 要 があ る こ と があ り
ます。 キ ャ ッ シ ュ の ロ ッ ク 方 法 と パフ ォーマン スへの 影 響 の 可 能 性 については、 ザ イ リ ン ク ス Wiki ページ
「Zynq-7000 AP SoC ブー ト - L2 キ ャ ッ シ ュ か ら の ロ ッ ク および 実 行 のテ ク ニカル ヒント」 [ 参 照 60] を 参 照 し て
ください。
• 競 合 の 監 視 : デザ イ ン 目 標 が 満 た さ れない 場 合 は、 競 合 を 監 視 し て 測 定 する こ と が 重 要 にな り ます。 L2 キャッ
シュ、CPU、および ACP 自 体 を 監 視 し て ACP パフ ォーマン ス を 調 べる こ と がで き ます。 L2 キ ャ ッ シ ュ は、 イ ベ
ント カウンター、 プロセッサ キャッシュ アクセス (ARM Performance Monitoring Units (PMU) を 使 用 )、 お よ び
ACP (ザイ リ ンクスの AXI パフォーマンス モニターを 使 用 ) を 使 用 して 監 視 できます。 3 つの 監 視 手 法 の 詳 細 は、
11 ページの 「パフ ォーマン ス」 を 参 照 して く ださい。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
PL の HP ポー ト アクセス
HP (ハイ パフォーマンス) ポー ト を 使 用 する と DDR コ ン ト ローラーおよびオンチ ッ プ メモリ (OCM) に PL から 直 接
アクセスできます。 HP ポー ト の 機 能 の 詳 細 な 説 明 および 可 能 なパフ ォーマン ス 最 適 化 については、 『Zynq-7000 All
Programmable SoC テクニカル リファレンス マニュアル』 (UG585) を 参 照 して く ださい。このセクシ ョ ンでは、HP ポー
トを 使 用 するカスタマー デザ イ ンに イ ンプ リ メ ン ト さ れた 標 準 的 なデザ イ ン ド リ ブンの 最 適 化 について 説 明 し ま
す。
HP ポー ト は 通 常 、 OCM または DDR コ ン ト ローラーに 接 続 さ れた DRAM (こ ち ら の 方 が 一 般 的 ) のいずれかへの PL
からの 高 スループッ ト アクセスを 必 要 とするデザインで 使 用 されます。 図 3-25 は、 互 いに 接 続 された HP ポー ト と
PS アーキテクチャ 内 のさ まざまなポイン ト でのその 他 の PS マ ス ターを 示 し てい ます。 シ ス テ ム 競 合 のあ る 複 数 の
HP インターフェイスで 高 スループッ ト デザイ ンを 達 成 する 方 法 については、 次 で 説 明 し ます。
X-Ref Target - Figure 3-25
図 3‐25 : HP ポー ト の 接 続
HP マス タ ーの 設 計 手 法
• HP ポー ト の 追 加 順 序 : HP データ パスがあるため、HP ポー ト を 追 加 し てデータ パスの 競 合 を 最 小 限 に 抑 え る 必
要 があ り ます。 通 常 、 HP ポー ト は HP0、 HP2、 HP1、 HP3 の 順 序 で 追 加 し ます。 こ の 順 序 を 使 用 する こ と で、 HP
マスターが 2 つの 専 用 DDR コント ローラー ポー ト の 機 能 を 十 分 に 活 かすこ と ができ ます。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
たとえば、2 つの HP ポー ト を 必 要 と するデザ イ ンの 場 合 、 ア ク セ スの 多 い 読 み 出 し ト ラ フ ィ ッ ク が HP0 と HP1
ではな く HP0 と HP2 を 介 して 配 線 されていれば、 合 計 スループッ ト が 15% 改 善 さ れます。 スループ ッ ト ト ラ
フ ィ ッ ク が 高 ければ 高 いほど、 パフ ォーマン スの 違 い も 増 加 し ます。
必 要 な HP マスターが 4 つを 超 え る 場 合 、 PL の AXI インターコネク トを 使 用 して、4 つの HP ポー ト にそのマ ス
ターを 多 重 化 で き ます。 マ ス ターを HP ポー ト に 割 り 当 てる 場 合 、 HP ポー ト のスループ ッ ト を 最 大 限 にする の
が 目 標 にな り ます。 た と えば、 ト ラ フ ィ ッ ク の 多 いマス ターを 別 々の HP ポー ト に 割 り 当 てて、 ト ラ フ ィ ッ クの
少 ないマス ターのペアにし ます。 1 つの HP ポー ト は、 DDRC の 飽 和 点 よ り も 低 いスループ ッ ト で 飽 和 する 可 能
性 があ る こ と に 注 意 し て く だ さい。
• AXI ア ド レ ス 最 適 化 : 可 能 であれば、ア ド レ ス 最 適 化 および 読 み 出 し/ 書 き 込 みの 混 合 を 最 小 限 に 抑 え る こ と 含 め
た 標 準 DRAM ア ク セスの 最 適 化 を 考 慮 する 必 要 があ り ます。 ビデオ アプ リ ケーシ ョ ンの DRAM の 行 /バンク/ 列
のレ イ ア ウ ト を 一 致 させる ための 非 線 形 ア ド レ スのガ イ ダン スは、 『Zynq-7000 All Programmable SoC を 使 用 した
高 性 能 ビデオ システムの 設 計 』 (XAPP792) [ 参 照 34] を 参 照 して く ださい。 また、 読 み 出 し/ 書 き 込 みの 混 合 はで
き る だけ 最 小 限 に 抑 え る 必 要 があ り ますが、デザ イ ン ビヘイビアーによっては 常 に 可 能 なわけではあ り ません。
た と えば、 読 み 出 し 専 用 HP0 および HP2 ポー ト を 使 用 し たシ ス テムの 場 合 、HP0 の 読 み 出 し スループ ッ ト は HP2
が 書 き 込 み 専 用 に 変 更 さ れる と 、 0.12% 低 下 し ます。 こ のパフ ォーマン ス 劣 化 範 囲 は、 ト ラ フ ィ ッ ク ア ド レ ス 指
定 と 生 成 さ れた ト ラ ンザ ク シ ョ ン レート によって 異 な り ます。
• PL クロック レート の 増 加 : アプ リ ケーシ ョ ン パフ ォーマン ス を 最 大 限 にする には、プ ロ グ ラ マブル ク ロ ッ ク の
ス ピー ド を 増 加 する 方 法 が よ く 使 用 さ れます。 ただ し、 PL と DDR コ ン ト ローラー 間 のデータ 移 動 にパフ ォーマ
ンス ボトルネックがある 場 合 は、PL クロック レート を 増 加 しても 効 果 はあ り ません。 図 3-25 のデータ パ ス に
示 すよ う に、 PL マスターによ り PL クロック ド メ イ ンの ト ラ フ ィ ッ ク が 開 始 されますが、 ほ と んどのデータ パ
スが PS クロック ドメインに 含 まれます。また、DDRC は PL マス ターの ト ラ フ ィ ッ ク が 増 加 する こ と で 最 終 的
には 飽 和 する ので、 最 大 の DDRC バン ド 幅 について も 考 慮 する 必 要 があ り ます。
たとえば、 大 量 の 読 み 出 しおよび 書 き 込 みト ラフ ィ ッ クが 2 つの HP ポー ト で 533MHz の DDR コ ン ト ロ ー ラ ー
に 駆 動 さ れる 場 合 、PL クロックの 速 度 を 50 MHz から 100 MHz に 増 加 する と 、HP スループ ッ ト の 合 計 が 92% 増
加 し、 100MHz から 200MHz に 増 加 する と 、 スループ ッ ト が 13% 増 加 し ます。 100MHz から 200MHz に 増 加 す る
例 では、 ト ラ フ ィ ッ クは PL か ら 駆 動 さ れる こ と が 多 いので、 標 準 DDR コ ン ト ローラーが 飽 和 し ます。
HP 設 計 手 法 のための PS コンフィギュレーション
HP ポー ト を 使 用 し て 設 計 する 際 は、 DDR コント ローラーと DRAM デスティネーシ ョ ンとの 高 スループッ ト の ト ラ
フィックの 競 合 は 無 視 できません。HP ポー ト には DDR コ ン ト ローラー 用 の 専 用 ポー ト が 2 つ 含 まれますが、 こ れ ら
は L2 キャッシュと DDR コントローラーのセントラル インターコネク トでアービトレーションされます。L2 キ ャ ッ
シ ュ に リ ク エス ト さ れたデータ が 含 まれる 場 合 、 L2 によ り CPU と ACP リクエストが 処 理 されるので、512KB の L2
キャッシュ ポー ト か ら の 競 合 を 最 小 限 にで き ます。 ただ し、 CPU ま たはキ ャ ッ シ ュ 局 所 性 のほ と んどない ACP アク
セス メ モ リ の 場 合 、 こ れら のキ ャ ッ シ ュ には DDRC からアクセスされ、HP パフ ォーマン スが 損 なわれる 可 能 性 があ
り ます。 ま た、 DDRC でのセン ト ラル イ ン ターコネ ク ト の 競 合 はアプ リ ケーシ ョ ンに 依 存 し、 USB またはギガビッ
ト イーサネッ ト マ ス ターか ら の ト ラ フ ィ ッ ク が 大 量 にな る 可 能 性 があ り ます。
L2 とセント ラル インターコネク トの DDRC へのア ク セス を 制 限 する には、2 つの 高 度 なテ ク ニ ッ ク を 使 用 で き ます。
こ の 場 合 、 競 合 の 多 い イ ンプ リ メ ンテーシ ョ ンで HP スループ ッ ト を 改 善 する のが 目 標 です。 デフ ォル ト 設 定 を 試 し
て HP パフ ォーマン ス 目 標 が 満 た さ れない 場 合 は、 こ れ ら のテ ク ニ ッ ク を 使 用 し て く だ さ い。 次 のいずれかを 変 更 で
きます。
• DDRC プライオリティ 設 定
• PS 内 の QoS-301 設 定
こ のテ ク ニ ッ ク を 使 用 する と 、 HP トラフィックが DDR よ り も 優 先 さ れますが、 パフ ォーマン ス 全 体 が 必 ずし も 増 加
するわけではあ り ません。 HP ポー ト には 利 点 があ り ますが、 ほかの PS マスターは 遅 くなり ます。
• DDR コント ローラーのプライオリティ 設 定 : こ れ ら の 設 定 では、 DDR コント ローラー ポー ト と DDR PHY で 使
用 さ れる ト ラ ンザ ク シ ョ ンの 順 番 が 制 御 さ れます。 優 先 度 の 高 い 読 み 出 し 機 能 および go2critical カウンター 値 は、
DDR コ ン ト ローラーのプラ イオ リ テ ィ 設 定 で 制 御 される 最 も 重 要 な 機 能 です。 各 DDR コント ローラーのポート
で 優 先 度 の 高 い 読 み 出 し オプシ ョ ン を 使 用 する と 、 その 他 の DDR コントローラーのポートよりもポートの 読 み
出 し 優 先 度 が 上 が り ます。 こ の 優 先 度 の 上 昇 は、 ロード の 多 いシステムの HP スループッ トに 影 響 します (たと
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
えば、 HP ポー ト すべてが 高 スループッ ト ト ラ フ ィ ッ ク を 駆 動 する 場 合 な ど)。 これらの 高 度 な 機 能 は、DDR コ
ン ト ローラーが 論 理 的 な 最 大 スループ ッ ト で 飽 和 する 場 合 など、Zynq-7000 AP SoC がそのパフォーマンス 制 限 に
到 達 する 場 合 に 便 利 です。 詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マ ニ ュ ア ル』
(UG585) [ 参 照 4] ( リンク) を 参 照 して ください。
• QoS-301 設 定 : L2 キャッシュから DDR コ ン ト ローラーへの AXI データ パスには QoS-301 設 定 が 含 まれ、 現 在
の と こ ろアプ リ ケーシ ョ ンか ら のレ ジ ス タへの 直 接 書 き 込 みを 使 用 し てのみア ク セス で き ます。 こ の 設 定 は、
Vivado GUI か ら は 変 更 で き ません。 こ の 機 能 を 使 用 する と 、 そのパスの ト ラ ンザ ク シ ョ ン スロッ ト リングが 可
能 になるので、 DDR ト ラ フ ィ ッ ク が 大 量 な 場 合 の HP ポー ト のパフ ォーマン スが 改 善 さ れます。 こ の 機 能 は、 L2
キ ャ ッ シ ュ 局 所 性 に 優 れていない メ モ リ 集 約 型 ソ フ ト ウ ェ アが 実 行 さ れる 場 合 に 使 用 する のが 最 適 です。 詳 細
は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] ( リンク) を 参 照 し
てください。
DDR コ ン ト ローラー 手 法 の 競 合 緩 和
ACP 競 合 ソ ース と 同 様 、 HP パフォーマンスは 特 に DDR コント ローラーでのシステム ロー ド の 影 響 を 受 け ます。 競
合 の 発 生 する 可 能 性 の 最 も 高 い ソースは、CPU または ACP ア ク セ ス を 処 理 する ためのキ ャ ッ シ ュ ライン リ ク エ ス ト
を 作 成 する L2 キャッシュです。 CPU と ACP の 競 合 は、 512KB の L2 キャッシュの 容 量 を 超 えるメモリ アクセス パ
ターンによって 異 なり ます。 セン ト ラル スイッチからのイーサネッ トおよび USB トラフィックでは、DDR コ ン ト
ローラーへの 大 量 の ト ラ フ ィ ッ ク も 駆 動 で き ます。
• 競 合 の 監 視 : デザ イ ン 目 標 が 満 た さ れない 場 合 は、 競 合 を 監 視 し て 測 定 する こ と が 重 要 にな り ます。HP パフォー
マンスの 場 合 、 L2 キャッシュ、 イーサネッ ト コ ン ト ロー ラ ー、 および HP ポー ト を 監 視 で き ます。 コ ア 内 で イ
ベン ト カウンターを 使 用 すると L2 キャッシュおよびイーサネッ ト コント ローラーを 監 視 できるほか、 PL 内 に
インプリ メント されたザイ リンクスの AXI パフォーマンス モニ ターを 使 用 する と HP ポー ト も 監 視 で き ます。
• 問 題 と な る 競 合 の 量 : DDR へのシステム トラフィックの 合 計 が DDR コ ン ト ローラーの 論 理 的 な 最 大 値 に 近 づ
いた 場 合 は、 ほ と んどの 競 合 緩 和 テ ク ニ ッ ク でパフ ォーマン ス を 明 ら かに 改 善 する こ と がで き ます。 た と えば、
ZC702 ボード 上 で 533MHz で 実 行 される 32 ビット DDR コ ン ト ローラーでは、 論 理 上 は メ モ リ スループ ッ ト の
4.3GB/s を 維 持 できます。 DDR コントローラーは、 公 平 にアービトレーションされて、 複 数 の 高 スループット
ソースを 維 持 するよ うに 設 計 されています。 DDR コ ン ト ローラーの 使 用 率 が 低 い 場 合 、 競 合 の 影 響 は 見 られま
せん。
• 接 続 さ れた PL メモリ インターフェイス ジェネレーター (MIG) の 使 用 : ザイ リ ンクスからはオフチップ DDR へ
の PL メモリ インターフェイスが 提 供 されており、 HP から DDR コント ローラーへのデータ パ ス を 補 足 ま たは
置 換 で き ます。 こ の 追 加 さ れた メ モ リ は PS メモリ マップから 隔 離 したり、 GP ポー ト を 使 用 し て ア ク セ ス で き
ます。 詳 細 は、 ザイ リ ンク ス アンサー 58387 [ 参 照 71] を 参 照 して く ださい。
MIG は 通 常 、 イーサネ ッ ト およびビデオ フレームなどの 1 つのマスタ ーか ら の 連 続 し た ア ド レ ス に 大 き なバル
ク データ を 転 送 する ための、 パフ ォーマン スに 優 れた メ モ リ オプシ ョ ンです。 またこれは、 この PL DDR への
CPU のダイ レ ク ト アクセスが 32 ビッ トの GP ポー ト を 介 してお り 、MIG パフ ォ ーマ ン ス が 制 限 さ れてい る ので、
PS ア ク セスか ら 隔 離 さ れたデータ をバ ッ フ ァーする に も 最 適 なオプシ ョ ンです。 こ れ 以 外 の 場 合 、 PS DDR コン
ト ローラーを 使 用 する と 、 HP ワーク ロードに 優 れたメモ リ パフ ォーマン スが 提 供 さ れます。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
システム 管 理 のハー ド ウ ェ ア アシスタンス
このセクショ ンでは、 Zynq-7000 AP SoC PS でシ ス テム 管 理 を 可 能 にするハー ド ウ ェ ア コ ンポーネン ト について 説 明
し ます。 シ ス テム 管 理 には、 ユーザー 指 定 入 力 に 基 づいたシ ス テム レベルのパ ラ メ ーターの 制 御 が 含 まれます。 チ ッ
プ レベルの 管 理 には、 ダ イ 温 度 の 制 御 、 エ ラーの 管 理 、 シ ス テム 休 止 中 の 低 消 費 電 力 モー ド の イ ンプ リ メ ンテーシ ョ
ン、 ペ リ フェ ラルへのセキュア アクセスおよび 非 セキュア アクセスの 管 理 が 含 まれます。
ソフトウェア コンポーネントは、 システム 管 理 を 実 行 する 上 で 重 要 な 役 割 があります。 このセクションでは、
Zynq-7000 AP SoC のシステム 管 理 のハード ウ ェア アシ ス タ ン ス 機 能 について 説 明 し ます。
ザイ リンクス Analog‐to‐Digital コンバーター
ザイ リ ンクス Analog-to-Digital コンバーター (XADC) は、 PL に 含 まれ、 温 度 および 電 源 センサーを 監 視 しやす く する
柔 軟 なアナロ グ インターフェイスです。 XADC には、 JTAG、 DRP および PS-XADC の 3 つのインターフェイスが 含
まれ、 これらを 使 用 してシステム アプ リ ケーシ ョ ンで 温 度 および 電 圧 ス テータ ス を 監 視 し て、 適 切 なア ク シ ョ ン を 実
行 でき る よ う になっています。 JTAG および DAP インターフェイスは、7 シ リーズ FPGA すべてに 含 まれますが、
PS-XADC インターフェイスは Zynq-7000 AP SoC にしか 含 まれません。
図 3-26 は、XADC による AXI XADC DRP インターフェイスと PL-JTAG または PS-XADC インターフェイス 間 のアー
ビトレーションを 示 しています。
X-Ref Target - Figure 3-26
TrustZone セキュ リテ ィ
図 3‐26 : XADC のアービ ト レーシ ョ ン
ARM の TrustZone テ ク ノ ロ ジでは、 ハー ド ウ ェ ア、 ソ フ ト ウ ェ ア、 および メ モ リ を 含 め、 複 数 レベルでのシ ス テム 全
体 のセキ ュ リ テ ィ がサポー ト されます。 Zynq-7000 AP SoC PS アーキテクチャでは、 スーパーバイザー、 システム、
ユーザー モード など 複 数 の 動 作 モード がサポー ト されてお り 、 アプ リ ケーシ ョ ン レベルで 異 な る 保 護 レベルが 提 供
されています。
セキュア エリアと 通 常 ( 非 セキ ュア) エリアの 2 つのエ リ アは、 モニター モー ド と 呼 ばれる プ ロ セ ッ サ モードを 使 用
して 切 り 替 えられます ( 図 3-27)。 TrustZone テクノロジは、APU、 L1 キャッシュ コント ローラー、 メモリ マネージ メ
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
ント ユニッ ト、 SCU、 SLCR、 ト リプル タイマー カ ウ ン ター、 ウ ォ ッ チ ド ッ グ タイマー、I2C、 GPIO、 SPI、 CAN、
UART、 QSPI、 NOR、 DDR メモリ コント ローラー、 L2 キャッシュ コント ローラー、 AXI イ ン タ ー コ ネ ク ト 、 オ ン
チップ メモリ、 DMAC、 ギガビット イーサネッ ト コント ローラー、 SDIO コ ン ト ローラー、 および USB コ ン ト ロ ー
ラーなど、 多 くの PS コンポーネントにインプリ メント されます。
X-Ref Target - Figure 3-27
DDR メモリ コントローラー
図 3‐27 : セキュア エリアと 非 セキュア エリアの 切 り 替 え
64MB セグメ ン ト の DDR メモリはコンフィギュレーションでき、 各 セグメントは 制 御 レジスタの TZ_DDR_RAM
(0xF8000430) を 使 用 してセキュアまたは 非 セキュアにコンフ ィ ギュレーシ ョ ンできます。
• ビッ ト 値 0 は、 関 連 する メ モ リ セグ メ ン ト のセキュア メモリ 領 域 を 示 します。
• ビッ ト 値 1 は、 関 連 する メ モ リ セグ メ ン ト の 非 セキュア メモリ 領 域 を 示 します。
DDR メモリのセキュア セグ メ ン トへの 非 セキュア ア ク セスがあ る 場 合 、DECERR 応 答 が ト ラ ンザ ク シ ョ ンの イ ニシ
エーターに 戻 り ます。 ト ラ ンザク シ ョ ンがマス ク されて DDR メ モ リ への 書 き 込 みがない 状 態 にな る と 、 読 み 出 し ト
ラ ンザ ク シ ョ ンがすべて 0 に 戻 り ます。
L2 キャッシュ コントローラー
L2 キャッシュ コント ローラーでは、キャッシュされたデータへ NS ビ ッ ト を 追 加 する こ と で TrustZone テクノロジが
サポー ト されます。 この 方 法 では、キャ ッシュ コン ト ローラーがセキュアおよび 非 セキュアを 2 つの 別 々の メ モ リ 空
間 にあ る も の と し て 処 理 さ れます。 読 み 出 し 転 送 では、 キ ャ ッ シ ュ コ ン ト ローラーは 外 部 メ モ リ に ラ イ ン フィル コ
マンドを 送 信 し、 外 部 メモリからプロセッサにセキュ リ ティ エラーを 伝 搬 します。 エラーがある 場 合 は L2 キャッ
シュのラインは 割 り 当 てられません。
DDR エラー リカバリ
誤 り 訂 正 符 号 (ECC) メカニズムは、16 ビッ ト DDR でサポー ト されます。 これによ り 破 損 した DDR データ が 復 元 で
き ます。 各 16 ビッ トごとに ECC の 10 ビットでは、 1 ビッ ト エ ラーの 訂 正 と 2 ビッ ト エラーの 検 出 がサポート され
ます。 ECC が 書 き 込 み 用 に イ ネーブルにな る と 、 ECC コードが 計 算 されてデータ と 一 緒 に DDR に 書 き 込 まれます。
ECC が 読 み 出 さ れる と 、 DDR コント ローラーでは 格 納 された ECC コードに 対 してデータが 確 認 されます。ECC をイ
ネーブルにしないで DDR メモリに 書 き 込 んでから、 ECC を イ ネーブルに し て 読 み 出 す と 、 ECC エラーになります。
エ ラーが 訂 正 可 能 な 場 合 は、 コ ン ト ローラーがデータ を 訂 正 し て、 割 り 込 みま たは AXI 応 答 を 生 成 せずにそれを 送 信
し ます。エ ラーが 訂 正 で き ない 場 合 は、コ ン ト ローラーが 破 損 し たデータ と 一 緒 に AXI SLVERR 応 答 を AXI マスター
に 送 信 し ます。 PS の AXI マスターは L2 または DMA 割 り 込 み、 CPU プリフェッチまたはデータ 例 外 も 生 成 します。
こ の 場 合 、 同 じ AXI SLVERR 応 答 が PS AXI マスターに 送 信 されます。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
低 消 費 電 力
Zynq-7000 AP SoC の 消 費 電 力 は、 PL の 電 源 オフ、 プロセ ッ サのス タ ン ド バイ モード、 PS サブシ ス テ ム の ク ロ ッ ク
ゲーテ ィ ング、 PLL コンフィギュレーション、 I/O 電 圧 制 御 など、 さ ま ざ ま な 方 法 で 最 適 化 で き ます。
PL が 使 用 されない 場 合 は、 PL 全 体 の 電 源 をオフにで き ます。 ただ し、 PL の 電 源 をオフにする と コ ンフ ィ ギュ レー
シ ョ ンの 内 容 が 失 われる ため、 次 の 電 源 投 入 時 に も う 一 度 コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン を 実 行 する 必 要 があ り ます。 PL
の 電 源 をオフにする タ イ ミ ン グ と 、 必 要 な と き に 再 び PL をコンフィギュレーションし 直 すタイ ミングは、 システム
ソフトウェアで 決 定 されます。
クロック ゲーテ ィ ング
PS には、 複 数 のク ロ ッ ク ド メ イ ンが 含 まれ、 それぞれの ク ロ ッ ク に ク ロ ッ ク を 停 止 する ゲーテ ィ ング 制 御 が 含 まれ
ます。 システム ソフトウェアでは、 クロック ドメインが 使 用 されていない 場 合 に、 特 定 のクロックのゲーティング
を イ ネーブルにで き ます。 こ れに よ り 、 ダ イナ ミ ッ ク 消 費 電 力 が 削 減 さ れます。
アドレス 0xF8000000 で 開 始 されるシステム レベルの 制 御 レジスタ (SLCR) を 使 用 す る と 、 ク ロ ッ ク をデ ィ ス エーブ
ルにでき ます。
たとえば、SPI コ ン ト ローラーが 使 用 さ れていない 場 合 、 SPI_CLK_CTRL (0xF8000158) レジスタに 適 切 な 値 を 書 き 込
むこ とで、 コン ト ローラーの 基 準 クロッ クをディ スエーブルにできます。
図 3-28 は、 SPI 基 準 ク ロ ッ ク の ク ロ ッ ク ゲーテ ィ ングがどの よ う に 動 作 する かを 示 し ています。
X-Ref Target - Figure 3-28
図 3‐28 : クロック ゲーテ ィ ング
ハー ド ウ ェ ア リ コ ン フ ィ ギュ レーシ ョ ンの 管 理
パーシ ャル リコンフィギュレーションとは、FPGA チップの 一 部 をリ コンフィギュレーションする 機 能 のことで、
チッ プ 上 の 残 り のロ ジ ッ ク に 影 響 を 与 え る こ と な く 別 のロ ジ ッ ク ファンクションをインプリ メントできます。このテ
ク ノ ロ ジを 使 用 する と 、 FPGA に 時 分 割 方 式 で 別 のフ ァ ン ク シ ョ ン ブロッ クをインプリ メン トできます。
ヒント : パーシ ャル リコンフィギュレーションに 関 するその 他 の 詳 細 へのリンクは、Documentation Navigator の
[Partial Reconfiguration] デザイ ン ハブに 含 まれます。 詳 細 は、 181 ページの 「 関 連 するデザ イ ン ハブ」 を 参 照 して く
ださい。
FPGA のパーシャル リ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンは、 次 の コ ン ス ト ラ ク ト を 使 用 する と サポー ト さ れます。
• 電 源 電 圧 をパワーダ ウ ンせずに SRAM FPGA のパーシ ャル リコンフィギュレーションをイネーブルにするコン
フィギュレーション セレク ト ライン
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
• パーシ ャル リコンフィギュレーションに 使 用 されるコンフィギュレーション データ を 格 納 で き る コ ン フ ィ ギ ュ
レーシ ョ ン ラ ッチ
Zynq-7000 AP SoC PL アーキテ ク チ ャ の 場 合 、 基 本 的 なプ ロ グ ラ マブル ユニッ ト は LUT、 DSP48、 および BRAM か
ら 構 成 されるコンフ ィギュレーシ ョ ン フレームです。パーシャル コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンでは、 リ コ ン フ ィ ギ ュ レー
ション エージ ェ ン ト と し て 動 作 する PCAP (Processor Configuration Access Port) を 使 用 してコンフ ィ ギュレーシ ョ ン フ
レームが リ プログラムされます。 各 コンフ ィ ギュレーシ ョ ン フ レームには、 それぞれ 最 上 位 / 最 下 位 ア ド レ ス ビッ ト、
メジャー アドレス、およびマイナー ア ド レ スで 識 別 さ れる 一 意 のア ド レ スがあ り ます。 ザ イ リ ン ク ス Vivado ツール
フ ローを 使 用 する と パーシ ャル ビッ トスト リームが 生 成 され、このパーシャル ス トリームが PCAP で 解 析 されて、フ
レームが リ コンフ ィ ギュレーシ ョ ンされます。
パーシ ャル リコンフィギュレーションには、 従 来 のフル コンフィギュレーションに 比 べて 次 のよ うな 利 点 がありま
す。
• ハー ド ウ ェ ア リ ソース 使 用 率 の 削 減 : デザイ ン フ ァ ン ク シ ョ ン をダ イナ ミ ッ ク に 時 分 割 する こ と で、 さ ら に 多
く の ロ ジ ッ ク を 既 存 デバイ スにフ ィ ッ ト で き ます。
• 生 産 性 と ス ケーラ ビ リ テ ィ の 増 加 : 既 に 検 証 済 みのデザ イ ンに、 変 更 し た フ ァ ン ク シ ョ ンのみを イ ンプ リ メ ン ト
できます。
• 保 全 性 の 向 上 と シ ス テム ダウンタイムの 削 減 : 新 し いフ ァ ン ク シ ョ ンがで き た ら、シ ス テム 稼 働 中 にそれ ら をダ
イナ ミ ッ ク に 挿 入 で き ます。
図 3-29 は、 パーシ ャル リ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン 手 法 を 概 念 的 に 示 し ています。 ス タ テ ィ ッ ク デザイ ンは 変 更 され
ず、パーシ ャル リコンフィギュレーション モジュールと スタテ ィ ッ ク デザ イ ン 間 の 通 信 が 確 立 さ れます。ス タ テ ィ ッ
ク ロジックおよびパーシャル リコンフィギュレーション モジ ュール 間 の 通 信 には、 双 方 向 通 信 エンテ ィ テ ィ および
トライステート ゲー ト を 含 む 通 信 マ ク ロ のセ ッ ト が 使 用 さ れます。
X-Ref Target - Figure 3-29
図 3‐29 : パーシ ャル リ コ ン フ ィ ギュ レーシ ョ ンの 概 念
Zynq-7000 AP SoC には、パーシャル リ コンフ ィ ギュ レーシ ョ ンを 使 用 した リ コンフ ィ ギュ レーシ ョ ン 可 能 な PL 部 分
が 含 まれます。 PL は、 PS デバイ ス コンフィギュレーション インターフェイスの 一 部 である PCAP (Processor
Configuration Access Port) を 使 用 してプログラムされます。 PCAP ブロックは、 PCAP-APB ブリッジ (APB トランザク
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
ションを PCAP 読 み 出 し/ 書 き 込 み ト ラ ンザ ク シ ョ ンに 変 換 ) を 使 用 して CPU とシステム メ モ リ と 通 信 し ます。 ザ イ
リンクス Vivado デザイ ン ツールを 使 用 し て 生 成 さ れたパーシ ャル ビッ トスト リームは PS DDR メ モ リ に 格 納 で き 、
パーシ ャル リ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン 手 法 を 使 用 し て PCAP インターフェイスを 介 してそれらを 取 り 出 して PL をコ
ンフィギュレーショ ンできます。
パーシ ャル リコンフィギュレーションの 用 語
「リコンフィギャラブル パーテ ィ シ ョ ン」 と は、 パーシ ャル リ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン 用 に 選 択 さ れた FPGA の 物 理
的 位 置 の こ と で、 残 り のデザ イ ンは、 「ス タ テ ィ ッ ク ロ ジ ッ ク」 と 呼 ばれます。 特 定 のデザ イ ン インプリ メンテー
ションは、「リコンフィギャラブル モジュール」 と 呼 ばれます。 コンフ ィ ギュ レーシ ョ ンでは、 完 全 な FPGA デザイ
ンが 定 義 さ れ、リ コ ン フ ィ ギ ャ ラ ブル モジュールと スタテ ィ ッ ク ロジック、リ コンフィギャラブル モジュールのパー
シャル ビットスト リームを 含 むフル ビッ トスト リームが 生 成 されます。
システム レベルの 考 慮 事 項
デザイ ン フローでパーシャル リ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン を 使 用 する 場 合 は、 次 の よ う なシ ス テム レベル 考 慮 事 項 が
あります。
推 奨 : Vivado でパーシャル リ コ ンフ ィ ギ ュ レーシ ョ ンを 使 用 し て 設 計 する 方 法 については、 Documentation Navigator
の [Partial Reconfiguration] デザイ ン ハブを 参 照 して く ださい。 詳 細 は、 181 ページの 「 関 連 するデザ イ ン ハブ」 を 参
照 してください。
ハー ド ウ ェ ア デザイ ン フロー
部 分 的 に リ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン 可 能 なデザ イ ン を 作 成 する には、 まず リ コ ン フ ィ ギ ャ ラ ブルなモジ ュール と ス タ
ティック デザイ ン フローを 使 用 してデザインを 作 成 します。パーシャル リコンフィギュレーション デザイ ン フ ロ ー
を 使 用 する には、 次 の 手 順 に 示 すよ う に Vivado デザイ ン ツールが 必 要 です。
• ザイ リ ンクス Vivado デザイ ン ツールを 使 用 し、 ターゲ ッ ト の 評 価 プ ラ ッ ト フ ォーム を 指 定 し てパーシ ャル リコ
ンフィギュレーショ ン プ ロ ジ ェ ク ト を 作 成 し た ら、 ネ ッ ト リ ス ト および 制 約 フ ァ イルを イ ンポー ト し ます。
• リコンフィギャラブル パーテ ィ シ ョ ン を 定 義 し ます。 こ のパーテ ィ シ ョ ンに よ り 、 複 数 のデザ イ ンに 共 通 の ロ
ジ ッ クおよび 配 線 が 同 一 であ る こ と が 確 実 にな り ます。
• 対 応 する ネ ッ ト リ ス ト および 制 約 フ ァ イルを 追 加 し て、 リ コ ン フ ィ ギ ャ ラ ブル パーテ ィ シ ョ ン 用 の リ コ ン フ ィ
ギャラブル モジ ュールを 作 成 し ます。 特 定 の リ コ ン フ ィ ギ ャ ラ ブル モジ ュールに し か 適 用 さ れない 制 約 は、 モ
ジュール レベルで 指 定 し、 対 応 する ネ ッ ト リ ス ト と 共 に 供 給 する 必 要 があ り ます。 ス タ テ ィ ッ ク ロジックに 適
用 さ れる 制 約 と すべての リ コ ン フ ィ ギ ャ ラ ブル モジ ュール 間 で 共 有 さ れる 制 約 は、 最 上 位 の 制 約 フ ァ イルに 含 め
る 必 要 があ り ます。
• パーテ ィ シ ョ ンの 物 理 的 なサ イ ズ と 必 要 な リ ソース タ イ プを 設 定 し て、 リ コ ン フ ィ ギ ャ ラ ブル パーテ ィ シ ョ ン
をフロアプランします。 ザイ リンクス FPGA では、 CLB (フリ ップフロップ、 LUT、 分 散 RAM、 マルチプ レ ク
サーなど)、 BRAM、 DSP ブ ロ ッ ク 、 およびその 他 の 関 連 する 配 線 リ ソースの リ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンがサポー
ト さ れます。 リ コ ン フ ギ ャ ラ ブル パーテ ィ シ ョ ンは、 リ コ ン フギ ャ ラ ブル モジュールで 必 要 な リ ソースが 含 ま
れる よ う にフ ロ アプ ラ ンする 必 要 があ り ます。 基 本 的 に、 配 線 リ ソ ースには 20% のオーバーヘ ッ ド があ る と 考
えてください。PL 内 のス タ テ ィ ッ ク ロジックに 対 する リ コンフギャラブル パーテ ィ シ ョ ンの 位 置 は、 データ フ
ローおよびリ コンフギャラブル モジ ュール と 残 り のデザ イ ン と の 通 信 方 法 に よ って 異 な り ます。まずフ ロ アプ ラ
ンなしで リ ソース 使 用 率 を 最 大 にしてコンフ ィ ギュレーシ ョ ンをインプ リ メ ン ト し、ほとんどの リ ソースが 配 置
さ れる 領 域 を 見 つけて、 その 領 域 の 近 く にすべての リ ソ ース を 含 む 大 き さ のパーテ ィ シ ョ ン を 作 成 する のが 簡 単
な 方 法 です。
• リコンフギャラブル デザイ ン コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン を 構 築 する には、 最 も 困 難 な コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン を
最 初 に イ ンプ リ メ ン ト し ます。
• パーシ ャル リコンフィギュレーションのコンフィギュレーション 検 証 ユーティ リティを 実 行 して、リコンフギャ
ラブル モジ ュールの イ ンプ リ メ ンテーシ ョ ン 間 の 一 貫 性 を 検 証 し ます。
• リコンフギャラブル モジ ュールに 対 する フルおよびパーシ ャル ビッ トスト リームを 生 成 します。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
図 3-30 は、パーシ ャル リコンフィギュレーションをインプリメントするハードウェア デザイ ン フローを 示 していま
す。
X-Ref Target - Figure 3-30
図 3‐30 : パーシ ャル リ コ ン フ ィ ギュ レーシ ョ ンのハー ド ウ ェ ア デザイ ン フロー
システム デザイ ン フロー
Zynq-7000 AP SoC へのパーシ ャル リコンフィギュレーションのインプリメントには、AXI-PCAP ブ リ ッ ジ を 含 むデ
バイス コンフィギュレーション (DevC) インターフェイスが 使 用 されます。
次 の 例 は、 パーシ ャル リコンフィギュレーションのブート シーケ ン スの 概 要 を 示 し ます。
1. パワー オン リセット 後 、BootROM が 外 部 メ モ リ インターフェイスまたはブート モード (SD フラッシュ メモリ)、
および 暗 号 ステータス ( 非 セキ ュ ア) を 判 断 します。BootROM は、FSBL (First Stage Boot Loader) をオンチップ RAM
(OCM) に 読 み 込 むのに DevC の DMA を 使 用 します。
2. BootROM がシャ ッ ト ダウンして CPU の 制 御 が FSBL に 移 行 し、 FSBL が PCAP を 介 してフル ビ ッ ト ス ト リ ーム
を 使 用 して PL をコンフィギュレーションします。
3. FSBL がベア メ タル OS のユーザー アプ リ ケーシ ョ ン を 読 み 込 み、 制 御 を こ のアプ リ ケーシ ョ ンに 移 行 し ます。
4. ユーザー アプ リ ケーシ ョ ンが、 ス ター ト ア ップ 中 にパーシャル ビットスト リームを DDR メ モ リ に 読 み 込 みま
す。 こ れは、 PCAP インターフェイスでのコンフィギュレーション スループ ッ ト を 最 大 にし、 コ ンフ ィ ギュ レー
シ ョ ン 時 間 を 短 縮 し て、 キ ャ ッ シ ュ を 利 用 する ためです。
5. アプ リ ケーシ ョ ンでは、 残 りの FPGA はア ク テ ィ ブな 状 態 のま ま 中 断 せずに、 パーシ ャル ビッ トスト リームを
使 用 し て 定 義 済 み PL 領 域 をいつで も 変 更 で き ます。 こ れには、 PCAP を 介 して DDR から PL に リ コ ン フ ギ ャ ラ
ブル モジュール ビッ トスト リームを 転 送 します。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
6. 1 つのコ ンフ ィ ギ ュ レーシ ョ ン エンジンで、 フル コンフィギュレーションとパーシャリ リコンフィギュレー
シ ョ ンの 両 方 が 処 理 さ れます。 パーシ ャル ビットスト リームにはコンフィギュレーション フレームのアドレス
指 定 情 報 が 含 まれてい る ので、パーシ ャル ビッ トスト リームを PL に 読 み 込 む 際 に リ コ ン フ ギ ャ ラ ブル モジュー
ルの 物 理 的 な 位 置 を 指 定 する 必 要 はあ り ません。
105 ページの 図 3-31 は、 パーシャル リコンフィギュレーションのシステム レベルのフローを 示 しています。 ザイ リ
ンクス デバイ ス コンフィギュレーション ドライバーにより PCAP ブロ ッ クへのア ク セス 用 に 下 位 の API が イ ン プ リ
メントされており、ユーザー アプ リ ケーシ ョ ンから この API を 呼 び 出 し てパーシ ャル リコンフィギュレーション フ
ローを 開 始 できます。 ユーザー アプ リ ケーシ ョ ンで、 パーシャル ビットスト リームの 格 納 された DDR のソース ア
ド レ スが 認 識 さ れてい る 必 要 があ り ます。
X-Ref Target - Figure 3-31
図 3‐31 : パーシ ャル リコンフィギュレーションのシステム レベルのフ ロー
この 例 では、 パーシャル ビットスト リームを PS-DDR メ モ リ か ら 読 み 出 す 方 法 を 示 し ています。 通 常 、 ビ ッ ト ス ト
リームはデバイス コンフィギュレーション イ ン ターフ ェ イ スでア ク セス 可 能 な 任 意 の 外 部 メ モ リ に 含 める こ と がで
きます。
U‐Boot および Linux を 使 用 したリ コンフ ィギュレーシ ョ ンの 管 理
リコンフギャラブル ビッ トスト リームを PL にダ イナ ミ ッ ク に 読 み 込 むには、 Linux および U-Boot を 使 用 で き ます。
アプ リ ケーシ ョ ンが Linux で 実 行 さ れていて、 ハー ド ウ ェ アの 一 部 を リ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンする 必 要 があ る 場 合
は、 アプ リ ケーシ ョ ンか ら Linux カーネルにリクエストを 送 信 して、 適 切 なビットストリームとそのハードウェア デ
バイスをサポートする 該 当 カーネル モジ ュールを 読 み 込 むこ と がで き ます。
FSBL の 実 行 時 間 が ク リ テ ィ カルな 場 合 は、 パーシ ャル リ コンフィギュレーショ ンを 使 用 してデザインを 分 割 して、
FSBL の 実 行 中 に 小 さ なビ ッ ト ス ト リ ームが よ り 高 速 に 読 み 込 まれる よ う に し ます。 こ れに よ り 、 ブー ト 時 間 が 全 体
的 に 削 減 さ れます。 U-Boot では、 残 り のデザ イ ンが コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン さ れて 初 期 化 さ れます。 デザ イ ンの 分 割
は、 特 定 の PL フ ァ ン ク シ ョ ン を 特 定 の 時 間 内 に 開 始 する 必 要 があ る 場 合 に 使 用 する と 便 利 です。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
パーシ ャル リ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン さ れたビ ッ ト ス ト リ ームは、 暗 号 キーを 使 用 し て 暗 号 化 で き ます。 復 号 化 は、
アプ リ ケーシ ョ ン 要 件 に 基 づいて U-Boot または Linux のいずれかを 使 用 し て 実 行 で き ます。 暗 号 が 解 除 さ れた ら、そ
のビッ ト ス ト リームを 使 用 して PCAP インターフェイスで PL をコンフィギュレーションできます。
APU からの GP およびダイレク ト PL アクセス
このセクショ ンでは、 AXI 汎 用 イ ン ターフ ェ イ ス を 使 用 し た APU からの PL のレジスタおよびメモリへのアクセス、
PL の AXI スレーブ ア ド レ ス 要 件 、 セキ ュ リ テ ィ およびパフ ォーマン スに 関 する 問 題 などについて 説 明 し ます。 典 型
的 な 使 用 例 と し て、 ARM コアによるダイレク ト PL ア ク セス を 処 理 する シ ス テム デザイ ンを 示 し ます。
PS の APU は、 PS-PL インターフェイスの 一 部 である GP マスター AXI インターフェイスを 使 用 して PL のレジスタ
およびメモリにアクセスできます。 PL にインプリ メン ト されたスレーブへの AXI ト ラ ンザ ク シ ョ ン を 開 始 する のに
APU で 使 用 される GP マスター AXI インターフェイスは、 2 つあ り ます。
M_AXI_GP ポー ト には、 次 の 機 能 があ り ます。
• AXI3 プロ ト コル
• 32 ビ ッ ト のデータ バス 幅
• 12 ビッ トのマスター ポー ト ID 幅
• マスター ポー ト には 8 読 み 出 し 8 書 き 込 みを 発 行 する 機 能 あ り
表 3-3 は、 システムのア ド レ ス 空 間 をそれぞれ 1GB 占 める AXI インターフェイス (M_AXI_GP0 および M_AXI_GP1)
を 示 しています。
表 3‐3 : GP ポー ト のア ド レス 範 囲
インターフェ
イス
下 位 ア ド レス
上 位 ア ド レス
M_AXI_GP0 0x40000000 0x7FFFFFFF
M_AXI_GP1 0x80000000 0xBFFFFFFF
表 3-3 に 示 すア ド レ ス 範 囲 内 の APU アクセスはすべて、 PS のインターコネク ト を 通 り、 そのアドレスに 基 づいて、
PS のインターコネク トによ り M_AXI_GP0 または M_AXI_GP1 のいずれかに 配 線 されます。 APU か ら 開 始 さ れた ト
ランザクションがこれらのアドレス 範 囲 外 になると、 そのト ランザクションはマスター HP ポー ト には 配 線 さ れませ
ん。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
図 3-32 は、 PL の AXI スレーブにアクセスする APU で 使 用 されるパス を 示 しています。
X-Ref Target - Figure 3-32
パフォーマンス
図 3‐32 : GP ポー ト を 介 し て PL スレーブにアクセスする APU
GP ポー ト は、 パフ ォーマン ス と スループ ッ ト を 増 加 する FIFO バッファーを 含 む HP ポー ト と は 異 な り 、 FIFO バ ッ
ファーなしで PS マスター インターコネク ト ポー ト に 直 接 接 続 さ れています。 こ のため、 GP ポー ト はあ く まで 汎 用
ポー ト であ り 、 高 パフ ォーマン ス 用 には 設 計 されていません。 GP ポー ト には、 M_AXI_GP インターフェイス クロッ
クの 38 サイクル 分 のレイテンシがあり ます。
AXI マスター GP ポー ト のデザイ ン 考 慮 事 項
• AXI インターコネク トが PS GP マスター AXI インターフェイスと HP AXI スレーブ イ ン タ ーフ ェ イ ス に 接 続 さ
れる 場 合 は、マスター ポー ト GP からの HP スレーブ ポー ト ア ク セス をデ ィ スエーブルする 必 要 があ り ます。 IP
インテグレーターの [Adress Editor] ビューの processing_system7 の 下 で、 HP ポー ト のア ド レ ス の 割 り 当 て を 解 除
して、 アドレスが 競 合 しないよ うにしてください。
• GP イ ン ターフ ェ イ スへのア ク セスは、 デフ ォル ト ではキ ャ ッ シュに 格 納 されません。 TLB (Translation Lookaside
Buffer) を 変 更 する と ア ク セス をキ ャ ッ シ ュ で き ます。
• GP インターフェイスと AXI インターコネク トを PL で 使 用 する 場 合 は、 シ ス テム ソフトウェアが AXI イ ン タ ー
コネク ト に 存 在 しないア ド レスにアクセス しないよ う にして く ださい。 これによ り、 AXI インターコネク トが 永
久 にロックアップされることはなくなります (AXI インターコネク トで 設 定 されるタイムアウトはなし)。
• PS-PL 境 界 の 電 圧 変 換 器 は、 APU がマス ター GP インターフェイスを 使 用 して PL の AXI ス レーブにア ク セ スす
る 前 に コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンする 必 要 があ り ます。 こ れは、 通 常 FSBL で 実 行 されます。
使 用 例
図 3-33 は、 PS の GP マスター AXI インターフェイスが PL の AXI スレーブ レジスタにどのよ うにアクセスし、ペリ
フェラルをコンフィギュレーションして、 ステータスを 読 み 出 して、 DDR メモリにアクセスしているかを 示 してい
ます。
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第 3 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ンの 考 慮 事 項
X-Ref Target - Figure 3-33
図 3‐33 : PL の AXI スレーブにアクセスする APU
GP0 ポー ト は、 PL の DDR コント ローラーを 介 して PS か ら 使 用 可 能 な DDR メ モ リ 容 量 を 増 加 する ために DDR コン
ト ローラーに 接 続 さ れます。 GP1 ポー ト は、 AXI IIC および AXI GPIO IP ブロックをコンフィギュレーショ ンするた
めに 使 用 さ れます。 PL の DDR メモリのキャッシュを 可 能 にするには、 TLB を 変 更 する 必 要 があ り ます。
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第 4 章
ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
本 章 では、Zynq ® -7000 AP SoC デザ イ ン を 設 計 する 際 に 考 慮 する 必 要 のあ る 次 の よ う な ソ フ ト ウ ェ ア デザイ ン 問 題 に
ついて 説 明 し ます。
• 110 ページの 「プ ロ セ ッ サ コンフィギュレーション」 : プロセッサをシステム 要 件 を 満 たすよ うにコンフィギュ
レーシ ョ ンする こ とは、 エンベデッ ド シ ス テムの イ ンプ リ メ ンテーシ ョ ンでは 重 要 な 考 慮 事 項 です。 こ のセ ク
ションでは、 ユーザーのアプリケーション 要 件 を 満 たすように ARM コ アを 最 適 化 する 方 法 を 示 し ます。
• 114 ページの 「OS および RTOS の 選 択 」 : このセクションでは、エンベデッ ド システムに 最 適 なソフ ト ウェア プ
ラットフォーム (OS、 RTOS、 またはベアメタル) を 選 択 する 際 の 長 所 と 短 所 について 説 明 し ます。
• 122 ページの 「ラ イ ブ ラ リ および ミ ド ルウ ェ ア」 : ラ イ ブ ラ リ を 使 用 する と 、 よ く 使 用 さ れる 便 利 なフ ァ ン ク シ ョ
ンをユーザー アプ リ ケーシ ョ ンで 再 利 用 で き る よ う に、1 つの 場 所 にまとめることができます。ミ ドルウェアは、
オペレーテ ィ ング システムの 上 に 位 置 する もので、 ソ フ ト ウ ェア ス タ ッ ク を 中 央 に 集 中 する こ とで 複 雑 さを 軽
減 します。 これがないと、アプリ ケーシ ョ ン 層 でソフ ト ウェア スタックが 重 複 してしまいます。このセクション
では、ラ イブラ リ と ミ ドルウ ェアを 使 用 してアプ リ ケーシ ョ ン プ ロ グ ラ ミ ン グの 生 産 性 と 信 頼 性 を 向 上 する 方 法
について 説 明 し ます。
• 125 ページの 「ブー ト ローダー」 : エンベデッ ド シ ス テムのアプ リ ケーシ ョ ンは、 さ ま ざ ま な 方 法 で 起 動 で き ま
す。 こ のセ ク シ ョ ンでは、 電 源 投 入 か ら アプ リ ケーシ ョ ン 実 行 までの Zynq-7000 AP SoC ブー ト フロー オプシ ョ
ンについて 説 明 します。
• 129 ページの 「 ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 ツール」 : このセクションでは、 Zynq-7000 AP SoC のソフ ト ウェア コ ン ポーネ
ン ト を 構 築 する ために 使 用 で き るザイ リ ン ク ス ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 ツールについて 説 明 し ます。
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
プロセッサ コンフィギュレーション
エンベデッ ド システムで SoC を 完 全 に 使 用 する には、 シ ス テム 要 件 を 満 たすよ う にプ ロ セ ッ サを コ ン フ ィ ギ ュ レー
シ ョ ンする こ と が 重 要 です。 こ のセ ク シ ョ ンでは、 その 際 に 考 慮 すべき 点 について 説 明 し ます。 内 容 は、 Zynq-7000
AP SoC シ ス テム 用 に 記 述 さ れていますが、 ほかのシ ス テムに も 適 用 で き ます。
クロック 速 度 と 複 数 コア
消 費 電 力 と パフ ォーマン スのバ ラ ン スが 良 い と 、 エンベデ ッ ド シ ス テムが 効 率 的 な も のにな り ます。 プ ロ セ ッ サを 最
大 ク ロ ッ ク 周 波 数 よ り も 低 い 周 波 数 で 実 行 する よ う に コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンする と 、 消 費 電 力 を 削 減 で き る こ と が
あります。 オペレーティング システムで 複 数 のプロセッサ コ アがサポー ト さ れる 場 合 は、 単 一 のコ アを 高 周 波 数 で
実 行 する よ り も、 複 数 の コ ア を 低 周 波 数 で 実 行 する 方 が 消 費 電 力 が 抑 え ら れます。 どれ く ら い 消 費 電 力 が 削 減 で き る
かは、 消 費 電 力 要 件 と 低 ク ロ ッ ク 周 波 数 で 実 行 さ れる 複 数 のプ ロ セ ッ サ コ アの 消 費 電 力 を 解 析 し て、 高 ク ロ ッ ク 周 波
数 で 実 行 さ れる 単 一 の コ アの 結 果 と 比 較 する と わか り ます。
プロセッサのクロック 周 波 数 は、 システム ソ フ ト ウ ェ アでダ イ ナ ミ ッ ク に 変 更 で き ます。 両 方 のプ ロ セ ッ サ コアを
実 行 する 場 合 、 それらは 常 に 同 じ 周 波 数 で 実 行 さ れます。 コ ア 間 に 拡 張 可 能 なマルチス レ ッ ド ソ フ ト ウ ェ ア を 使 用 す
ると、マルチコア シ ス テム を 完 全 に 利 用 で き ます。 こ の よ う な ソ フ ト ウ ェ アでは、 シ ス テム を 最 大 ク ロ ッ ク 周 波 数 に
しなくても、 スレッドを 並 列 に 実 行 することでパフォーマンスを 上 げることができます。
SMP および AMP コンフィギュレーション
マルチコア プ ロ セ ッ サを 使 用 する と 決 めた 場 合 、 オペレーテ ィ ング システム 選 択 も 含 め、 ソフ ト ウェア システム デ
ザ イ ンが 変 わ り ます。 マルチ コ ア SoC のほ と んどにシステムを 非 対 称 マルチプロセッサ (AMP) または 対 称 マルチプ
ロセッサ (SMP) と し て 実 行 する オプシ ョ ンがあ り ます。
AMP コンフィギュレーションの 場 合 は、 各 プロセッサ コアが 異 なる ( 通 常 は 関 連 のない) タスクに 対 して 使 用 され、
それぞれが 別 々に 動 作 し、 メ ッ セージを 交 換 する ために さ ま ざ ま な タ イ ミ ン グでほかのコ アに 信 号 を 送 った り 、 ほか
の コ ア と 同 期 し た り し ます。 通 常 、 メ ッ セージの 伝 送 に 使 用 さ れる メ モ リ を 除 き、 それぞれのコ アに 独 自 の メ モ リ ア
ドレス 空 間 があります。 実 際 には、AMP コンフ ィ ギュレーシ ョ ンは 通 常 異 なるオペレーテ ィ ング システムや 同 じオ
ペレーティ ング シ ス テム 内 の 異 な る 独 立 し た イ ン ス タ ン ス を 実 行 する ために 使 用 さ れます。
SMP コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンでは、 複 数 のプ ロ セ ッ サを 使 用 し て 同 じ 動 作 環 境 内 で タ ス ク が 実 行 さ れます。 た と え
ば、 マルチ コ ア Linux では 複 数 タ ス ク が 同 時 に 実 行 さ れます。 異 な る プ ロ セ ッ サ コ アで 異 な る タ ス ク を 発 行 する に
は、 共 通 のス ケジ ューラーが 使 用 さ れます。 各 コ アのシ ス テム ビ ューは 同 じ なので、 動 作 は 対 称 にな り ます。
APM および SMP コンフィギュレーションが 違 えば、 異 なるキャッシュ コ ヒーレンシおよびメモリ 共 有 インプリメン
テーシ ョ ンが 使 用 されます。 システムの AMP または SMP のビヘイビアーは、 プロセッサ コアのシステム 制 御 プラ
イベート レジスタ ( 例 : ARM v7 コアの CP15 など) を 使 用 する と 制 御 で き ます。
図 4-1 および 図 4-2 は、 それぞれ AMP および SMP システムの 典 型 的 な 例 を 示 し ています (プロセッサはプロセッサ
コアのこと)。
図 4-1 は、 AMP の 例 を 2 つ 示 し ています。
• 例 1 の 場 合 、 各 プ ロ セ ッ サがプ ラ イベー ト メモリに 割 り 当 てられ、そのメモリはプロセッサ 間 では 共 有 されませ
ん。 どち らのプロセ ッ サから も 共 有 メ モ リ とペ リ フ ェ ラル セッ トにアクセスできます。
• 例 2 の 場 合 、 1 つのプ ロ セ ッ サが メ モ リ 操 作 すべてを 実 行 し ますが、 こ の CPU か ら ペ リ フ ェ ラ ルにはア ク セ ス で
きません。2 つ 目 のプ ロ セ ッ サか ら はペ リ フ ェ ラ ルにア ク セスで き ますが、 こ の CPU か ら メ モ リ 操 作 は 実 行 で き
ません。
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
図 4-2 の 場 合 、 どのプ ロ セ ッ サか ら もすべてのペ リ フ ェ ラ ル と メ モ リ に 同 等 にア ク セスで き ます。
X-Ref Target - Figure 4-1
図 4‐1 : 典 型 的 な AMP コンフィギュレーション
X-Ref Target - Figure 4-2
コ プ ロセ ッ サの 使 用
図 4‐2 : 典 型 的 な SMP コンフィギュレーション
ハー ド ウ ェ ア コ プ ロ セ ッ サを 使 用 する と 、 シ ス テム パフ ォーマン ス を 改 善 で き ます。 た と えば、 NEON 専 用 命 令 を
使 用 する と 、 多 く の 浮 動 小 数 点 ま たは SIMD 演 算 を 実 行 する 際 のシ ス テム パフォーマンスを 改 善 できます。 これらの
命 令 では、 ARM Cortex-A9 MPCore プロセッサの NEON メディア プ ロ セ ッ サの 機 能 が 使 用 さ れます。
NEON テ ク ノ ロ ジは 消 費 電 力 最 適 化 さ れていますが、 ほ と んどの コ プ ロ セ ッ サで 多 く の 消 費 電 力 が 必 要 と さ れます。
ただ し、 コ プ ロ セ ッ サは 特 定 タ ス ク 用 に 設 計 さ れてい る ので、 こ れ ら の タ ス ク を 実 行 する 際 は、 メ イ ン プロセッサを
使 用 する よ り も 高 速 で 消 費 電 力 効 率 に 優 れています。 コ プ ロ セ ッ サは CPU のバン ド 幅 を 削 減 する ので、 ワー ク ロー
ド を 減 少 する と CPU 消 費 電 力 を 削 減 で き ます。
コ プ ロ セ ッ サは、その 使 用 のために 設 計 さ れた 特 定 の 命 令 を 実 行 し ます。た と えば、「ザ イ リ ン ク ス Zynq-7000 AP SoC
Spectrum Analyzer パーツ 2 - ARM NEON ラ イ ブ ラ リ の 構 築 に 関 する テ ク ニカル ヒント」 の Wiki ページ [ 参 照 62] に
は、 NEON ライブラリを 使 用 して Zynq-7000 AP SoC の NEON 機 能 を ターゲ ッ ト にする 方 法 について 説 明 されていま
す。
キャ ッ シ ュの 考 慮 事 項
キャッシュはシステム パフ ォーマン ス を 大 き く 改 善 する 可 能 性 があ る ので、 で き る 限 り 使 用 する よ う に し て く だ さ
い。 ほ と んどの SoC には、 L1 および L2 キャッシュが 含 まれています。 各 CPU コ アには、 そのコ アで 使 用 さ れ る よ
う に 個 別 に コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン 可 能 な 専 用 の L1 キ ャ ッ シ ュ が 通 常 含 まれます。 L2 キ ャ ッ シ ュは、 通 常 すべての
CPU コ アで 共 有 さ れます。キ ャ ッ シ ュ 間 の コ ヒ ーレ ンシはス ヌープ 制 御 ユニ ッ ト (SCU) によ り 維 持 されます。 コ ヒ ー
レンシは AMP または SMP マルチプロセッサ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンで 決 定 さ れます。
キャッシュは、 イネーブルになる 前 は 無 効 です。 L1 命 令 キ ャ ッ シ ュは、 ブー ト プロセスの 最 初 で ( 通 常 は FSBL
(First-Stage Boot Loader) によ り) イ ネーブルにす る 必 要 が あ り 、 こ れ よ り 後 はデ ィ ス エーブルにす る こ と はで き ま せ
ん。 L1 および L2 データ キャッシュは、 後 でコンフィギュレーションおよびイネーブルにできます。
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
すべてのキ ャ ッ シ ュ 操 作 は、 キ ャ ッ シ ュ ラインで 実 行 されます。 キャッシュ コント ローラーは、 キャッシュ ウェイ
または 物 理 アドレスでキャッシュ ラインをライトバックし、 無 効 化 できます。
通 常 、 SoC には Strongly Ordered (プ ロ グ ラ ムの 記 述 順 序 どお り に ロー ド および 格 納 を 実 行 ) のメモリやデバイス メ
モリなどの 順 番 の 異 なるメモリが 含 まれており、システムはそのメモリでキャッシュ 操 作 を 使 用 したり、しなかった
り で き ます。 ま た、 プ ロ グ ラ ム 特 定 の ラ イ ト スルーやラ イ ト バ ッ ク などのキ ャ ッ シ ュ 方 法 があ る こ と も あ り ます。
システム ペリフェラルが CPU と 共 有 さ れる メ モ リ を 使 用 する 場 合 、ソ フ ト ウ ェ アでその メ モ リ と CPU 間 のコ ヒ ーレ
ンシを キ ャ ッ シ ュ 操 作 を 使 用 し て 維 持 する 必 要 があ り ます ( 費 用 が 高 い)。 同 様 に、 複 雑 なシ ス テ ムの 中 には、パフ ォー
マンスを 向 上 するためにペリ フェラルがキャ ッシュされたメモリにアクセスするものもあ り ます。 このよ う な 場 合 、
ペリフェラル キャッシュ、 メモリ、 および CPU キ ャ ッ シ ュ 間 の コ ヒ ーレ ンシは ソ フ ト ウ ェ アで 維 持 する 必 要 があ り
ます。 コ ヒ ーレ ンシを 維 持 する 際 の ソ フ ト ウ ェ ア オーバーヘッドによ り、 レイテンシが 発 生 します。 レイテンシは、
ACP (アクセラレータ コヒーレンシ ポー ト ) などのキャッシュ コヒーレンシ ポー ト から 提 供 されるハード ウ ェア コ
ヒ ーレ ンシを 使 用 する と 回 避 で き ます。
Zynq-7000 AP SoC システムには、 プロセッサ キャッシュへの 外 部 ポート アクセスを 可 能 にする ACP が 含 まれます。
ACP を 使 用 する と 、 DMA エンジンや 暗 号 化 ア ク セ ラ レータ コアのよ うなその 他 のキャッシュがないマスター ペリ
フェラルおよびアクセラレータ と、プロセッサ コアの L1 キャッシュとの 間 にキャッシュ コ ヒーレンシがあるように
できます。
パワーオン リ セ ッ ト 後 のプ ロセ ッ サ ステート
Zynq-7000 AP SoC では、 両 方 のプロセ ッサ コアがパワーオン リセット (POR) 後 に 開 始 し ます。CPU0 がア ド レス 0x0
で 開 始 し、 BootROM が FSBL (First-Stage Boot Loader) を 読 み 込 みます。 CPU1 は、 wait-for-event (WFE) ループに 送 信
されます。 割 り 込 みがあると、CPU1 がウェークアップして WFE ステートでなくなり ます。 後 で CPU1 を 開 始 する に
は、 通 常 ブー ト ローダー、 カーネル、 ま たは 同 等 の ソ フ ト ウ ェ アが 使 用 さ れます。
ほ と んどの 場 合 、 DDR メモリは POR で 初 期 化 さ れないので、 FSBL はオンチップ メ モ リ な ど の よ り 単 純 な メ モ リ に
読 み 込 まれ、 SoC のア ド レス 0x0 にマップされます。
ARM プロセッサは POR 後 の SVC (スーパーバイザー ) モー ド で 開 始 し ます。 こ の 後 、 カーネルま たは 同 等 の ソ フ ト
ウェアが ARM プ ロ セ ッ サのモー ド を 必 要 に 応 じ て 変 更 し ます。
割 り 込 み 処 理
ARM コ アには、 割 り 込 み 処 理 用 に 汎 用 割 り 込 みコ ン ト ローラー (GIC) と プ ラ イベー ト ペ リ フ ェ ラ ル 割 り 込 み コ ン ト
ローラー (PPI) が 含 まれます。 GIC には、 プ ロ セ ッ サ 間 通 信 、 シ ス テム 割 り 込 みの 配 線 および 優 先 順 位 付 けを 柔 軟 に
行 う 機 能 があ り ます。 ソ フ ト ウ ェ アでは、 最 大 224 までの 独 立 し た 割 り 込 みを 制 御 で き ます。 各 割 り 込 みは 1 つまた
は 両 方 のプロ セ ッ サ コ アに 分 配 さ れ、 ハー ド ウ ェ アの 優 先 順 位 付 けが 行 われ、 オペレーテ ィ ン グ システムと ARM
TrustZone テ ク ノ ロ ジの ソ フ ト ウ ェ ア 管 理 層 間 が 配 線 さ れます (113 ページの 「セキ ュ ア コンフィギュレーシ ョ ン」 を
参 照 )。 ま た、 その 下 の 割 り 込 みで 指 定 し た 優 先 度 が 無 視 さ れる よ う にで き る プ ラ イ オ リ テ ィ マスク レジスタもあり
ます。
GIC とは 異 なり、 プロセッサ シ ス テムの 制 御 レ ジ ス タ で 割 り 込 みマス ク を 設 定 する と 、 プ ロ セ ッ サ コアが 送 信 され
るすべての 割 り 込 みをマスクできます。ARM プロセッサでは、 各 プロセッサ コアに 対 して IRQ および FIQ ラ イ ン を
個 別 にマス ク で き ます。
割 り 込 みハン ド ラーは、 カーネルのブー ト ア ッ プの 始 めにコ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン さ れる 必 要 があ り ます。 有 効 な 割
り 込 みソースは、 次 の 3 つです。
• プライベート ペリフェラル 割 り 込 み (PPI) :
これらのプロセッサ コ アご と の 割 り 込 みの 機 能 には 制 限 があ り ます。 こ の 割 り 込 みには、 FIQ、 CPU ウォッチ
ドッグ、CPU タイマー、FPGA ロ ジ ッ ク か ら 割 り 込 み 信 号 を 含 む 可 能 性 のあ る 一 部 の IRQ などが 含 まれます。
• 共 有 ペ リ フ ェ ラ ル 割 り 込 み (SPI) :
これらの 割 り 込 みはプロセッサ コ ア 間 で 共 有 さ れます。 SPI を 特 定 プロセッサ コ アに 分 配 する 方 法 は、 GCI で 決
定 さ れます。 こ れらは 通 常 ハー ド ウ ェ ア 割 り 込 みで、 多 数 あ る 場 合 があ り ます。
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
• ソ フ ト ウ ェ ア 生 成 割 り 込 み (SGI) :
こ れ ら は、 シ ス テムの 特 定 の SGI レ ジ ス タ に 割 り 込 みを 書 き 込 むこ と で 生 成 さ れた 同 期 割 り 込 みです。
GCI レ ジ ス タは、 上 記 に リ ス ト さ れてい る 割 り 込 みを 処 理 する ために コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンで き ます。 図 4-3 は、
GIC v1.0 (PL310) の 割 り 込 み 配 線 メ カニズム を 示 し ています。
X-Ref Target - Figure 4-3
図 4‐3 : 割 り 込 み 処 理
タイマー
各 プロセ ッ サ コアには、 そのプロセッサ コ アの コ ンテキ ス ト で 使 用 可 能 なプ ラ イベー ト タイマーがそれぞれ 含 まれ
ます。 タ イ マーは、 シ ス テム 全 体 ではな く 、 コ アの ラ ン タ イ ム を 監 視 する のに 便 利 です。 SoC にも、 システム 全 体 の
タ イ ミ ング 情 報 を 示 すグ ローバル タ イ マーが 含 まれます。 こ れら の タ イ マーで 生 成 さ れる 割 り 込 みは、 プ ラ イベー ト
ペリフェラル 割 り 込 み (PPI) で、 プロセ ッ サ コ アご と に 割 り 当 て られます。 タ イ マー 割 り 込 みは、 ス ケジ ュー リ ン グ
および 時 分 割 タ ス ク に 使 用 さ れる ので、 シ ス テム 操 作 には 欠 かす こ と がで き ません。
MMU コンフィギュレーション
Linux などのほとんどのオペレーシ ョ ン システムでは、 仮 想 メモリ シ ス テムが 必 要 です。 メ モ リ 管 理 装 置 (MMU) は、
仮 想 メ モ リ ア ク セ ス を 処 理 するハー ド ウ ェ ア ブロックで、 アドレス 変 換 にページ テーブルなどのデータ 構 造 を 使 用
します。 オペレーティング システムのカーネルは MMU をコ ンフ ィ ギュ レーシ ョ ン して、 ページ テーブルを 設 定 し
て 仮 想 メ モ リ システムをインプリ メン トする 必 要 があり ます。 TrustZone テクノロジのセキュア モード など、 オペ
レーテ ィ ング システム モードが 違 えば、 異 なるページ テーブルが 必 要 にな り ます。
セキュア コンフィギュレーション
Zynq-7000 AP SoC には、 TrustZone テクノロジ メカニズムを 使 用 して、 セキュアと 非 セキュアの 2 つのエリアにシス
テム を 分 割 する オプシ ョ ンがあ り ます。 セキ ュ ア 操 作 を 実 行 する ためにセキ ュ ア エ リ アを 使 用 する には、 プ ロ セ ッ サ
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
モード はモニター モード (セキュア モード) に 切 り 替 え る 必 要 があ り ます。ま た、 別 のエ リ アには 別 の MMU コ ン フ ィ
ギ ュ レーシ ョ ンが 必 要 です。
TrustZone テクノロジの 詳 細 は、 99 ページの 「TrustZone セキュ リ ティ」 を 参 照 して く ださい。
OS および RTOS の 選 択
オペレーテ ィ ング システム ソ フ ト ウ ェ アに よ り 、 操 作 が 管 理 さ れ、 コ ン ピ ューター システムのハードウェア リソー
スが 保 護 さ れます。 OS および RTOS では、 マルチタ ス ク のサポー ト および リ ソース 使 用 の 管 理 をサポー ト で き ます。
ベア メ タル ソ フ ト ウ ェ アは、 必 要 最 小 限 のシ ス テム 管 理 フ ァ ン ク シ ョ ン と し て 使 用 で き ます。 こ のセ ク シ ョ ンでは、
シ ス テム 管 理 の タ イ プの 比 較 、 ハー ド ウ ェ ア 要 件 、 使 用 可 能 な OS および RTOS ポー ト 、 複 数 OS の 実 行 、 開 発 ツー
ルおよびデバ ッ グ ツールについて 説 明 します。
ま た、 モ ノ リ シ ッ ク およびマ イ ク ロ カーネル 間 のセキ ュ リ テ ィ 考 慮 事 項 も あ り ます。 Linux の よ う な 完 全 機 能 のモ ノ
リシック OS では、セキュアおよび 非 セキュア メモリ 領 域 に 対 して MMU が 使 用 されますが、マイ ク ロ カーネル RTOS
では MMU が 使 用 されません。 このため、マイ ク ロ カーネル RTOS からはモノ リシック カーネルと 同 じメモリ 保 護 は
提 供 さ れません。 詳 細 は、 ザ イ リ ン ク ス セキュ リ テ ィ ソ リューション ウェブページ [ 参 照 46] を 参 照 して く ださい。
エンベデッ ド システム ソフトウェアのタイプ
表 4-1 では、 ベア メ タル、 RTOS、 OS シ ス テム 管 理 ソ フ ト ウ ェ アの 機 能 を 比 較 し ています。
表 4‐1 : ベアメ タル ソフトウェア、 RTOS、 OS の 比 較
ベアメ タル ソフトウェア RTOS 汎 用 OS
機 能 単 純 単 純 ~ 高 度 アドバンス
ハー ド ウ ェ ア 抽 象 なし 最 小 限 ハイレベル
マルチタ ス ク なし あり あり
リアルタイム 保 証 応 答 時 間 保 証 応 答 時 間 できるだけ 速 く
メモリ 管 理 なし 基 本 的 な メ モ リ 保 護 高 度 な 仮 想
メモリ 管 理
コード フッ トプ
リント
小 (KB) 小 ~ 中 (KB ~ MB) 中 ~ 大 (MB)
例
SDK を 使 用 したベア メ タル
ソフトウェア
VxWorks、 FreeRTOS
Windows Embedded、 Linux
オープン ソース
検 討
Vivado ® および SDK ツールで
使 用 可 能 (これらのツールに
は 特 定 の ラ イ セン スが 必 要 )
オープン ソース ラ イ セン ス で 使
用 でき る ものも あれば、 有 償 バー
ジョンもあり
オープン ソース ライセン
スで 使 用 できるものもあ
れば、 有 償 バージ ョ ン も あ
り
シ ス テム 管 理 ソ フ ト ウ ェ アの 選 択 は、 次 の 要 素 に 基 づき ます。
• 以 前 の 経 験 / 既 存 ソ リ ューシ ョ ン : こ の 方 法 でシ ス テム 管 理 ソ フ ト ウ ェ ア を 選 択 する と 、 時 間 および 検 証 作 業 を 削
減 で き ます。 既 存 OS または RTOS に 追 加 機 能 を 含 めた も のを 使 用 し て も、 シ ス テム 設 計 を 簡 略 化 で き ます。 こ
れは、 異 な る 機 能 をサポー ト する 新 規 OS または RTOS を 使 用 する 際 には、 その OS について 学 ぶ 必 要 があ る か
らです。
• 機 能 : OS および RTOS では、 その 機 能 と ミ ドルウ ェア サポー ト が 異 な り ます。 USB のミ ドルウェア ス タ ッ ク 、
TCP/IP、 ファイル システム サポー ト などのシステム デザ イ ン 全 体 の 必 要 性 に 基 づいて 1 つを 選 択 する こ と が 重
要 です。
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
• コンフィギュアビリティ : RTOS の 中 には GUI ベースの コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン オプシ ョ ン があ る も の も あ り 、
キ ャ ッ シ ュ を イ ネーブルに し た り 、 割 り 込 みの 優 先 度 を 決 めた り 、 RTOS の tick 周 期 (OS の 周 期 的 な 処 理 間 隔 )
を 選 択 する ために 使 用 さ れます。 Linux の よ う な 完 全 機 能 の OS は、 menuconfig の よ う な ツールを 使 用 し て 機
能 をコンフィギュレーションできます。 これらのコンフィギュレーション インターフェイスおよびツールによ
り 、 時 間 が 削 減 さ れ、 使 用 可 能 な 機 能 のオプシ ョ ンがわか り やす く な り ます。
• パフォーマンス : 割 り 込 みおよびタ ス ク 切 り 替 え レ イ テンシは、 OS および RTOS によって 異 なり ます。 OS ま た
は RTOS を 選 択 する 際 は、 ハー ド リアルタイム、 ソフト リ アルタ イ ム、 レ イ テンシ 全 体 をすべて 検 証 し て く だ
さい。
• メモリ サイズ : OS、 RTOS、 アプリケーション タスクのメモリ サイズ 要 件 は、 OS または RTOS を 選 択 す る 際 に
予 測 する 必 要 があ り ます。
• コスト : GNU ライセンス ベースの OS または RTOS には 無 償 の も のがあ り ます。 ベンダーに よ っ ては、 サポー ト
およびサービス モデルに 基 づいて 有 償 の も の も あ り ます。
° ベア メ タル BSP およびド ライバーは、 SDK の よ う なザ イ リ ン ク ス 開 発 環 境 で 無 償 で 提 供 さ れています。
° RTOS は、 その 機 能 およびサポー ト モデルに よ って、 無 償 ま たは 有 償 の 商 用 ラ イ セン スに 基 づいて 選 択 さ れ
ます。
° Linux は、 その 機 能 およびサポー ト モデルに よ って、 無 償 ま たは 有 償 の 商 用 ラ イ セン スに 基 づいて 選 択 さ れ
ます。
° これらには、USB ミドルウェア スタックまたは RTOS ファイル システム ス タ ッ ク の よ う なサポー ト お よ び
追 加 機 能 が 含 まれます。
• アプ リ ケーシ ョ ン 要 件 :
° アプ リ ケーシ ョ ンに 既 製 ラ イ ブ ラ リ を 含 む 高 度 な ソ フ ト ウ ェ アが 必 要 な 場 合 は、 Linux の よ う な 完 全 機 能 の
OS を 考 慮 して く ださい。
° 多 くのタスクに 対 してハード リ アルタ イ ム 応 答 が 必 要 な 場 合 は、 freeRTOS のよ うな RTOS を 考 慮 して く だ
さい。
° アプ リ ケーシ ョ ンに 完 全 機 能 の OS と リ アルタ イ ム 応 答 の 両 方 が 必 要 な 場 合 、 リ アルタ イ ム パ ッ チを 含 む
Linux SMP ( 対 称 マルチプ ロ セ ッ シング) のよ うなマルチ OS 環 境 か、 デュ アル ARM コ ア ま たはハ イ パーバ
イザーで 実 行 される Linux および RTOS を 使 用 した AMP ( 非 対 称 マルチプ ロ セ ッ シン グ) を 考 慮 し て く だ さ
い。
OS または RTOS を 実 行 するハードウェア 要 件
OS または RTOS には、 次 が 必 要 です。
• システム タイマー : これは、 Linux OS のジフ ィのよ う なカーネル ハー ト ビー ト のハー ド ウ ェ ア タ イ マーです。
こ の タ イ マーは、ス ケジ ュー リ ングおよび 遅 延 などのすべての 時 間 に 関 連 する カーネル アクティビティに 対 して
OS または RTOS で 使 用 されます。
• メモリ フッ トプリント : RTOS の RAM および ROM の 容 量 は、 5KB ~ 30KB にな り ます。 Linux OS の 場 合 は、
カーネルおよびサービス コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンの 選 択 に 基 づいて、 数 KB ~ 100MB にな り ます。
• メ モ リ 管 理 装 置 (MMU) : Linux の よ う な 完 全 機 能 の 汎 用 OS に 必 要 で、 RTOS イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン に よ っ て
は メ モ リ 保 護 に 使 用 さ れます。
Zynq-7000 AP SoC には、 RTOS および Linux の よ う な 完 全 機 能 の OS を 実 行 するハー ド ウ ェ ア リ ソ ース がすべて 含 ま
れます。 リ アルタ イム ソ リ ューシ ョ ンの 時 間 決 定 性 の 達 成 は、 リ ソースの 割 り 当 て と ア ク セ ス 時 間 の よ う なその 他 の
要 因 、 ソ リ ューシ ョ ン アーキテクチャ 全 体 などによ って 異 な り ます。
OS および RTOS のポー ト
次 のセ ク シ ョ ンでは、 Zynq-7000 AP SoC への OS および RTOS ポー ト の 複 数 の 例 を 示 し てい ますが、 全 リ ス ト が こ の
情 報 だけに 限 定 さ れる わけではあ り ません。
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
Linux OS および PetaLinux ツール
ザイ リ ンクスの Linux ディス ト リビューションには、Linux OS と 、 完 全 な コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン、ビル ド 、Zynq-7000
AP SoC 用 の 展 開 環 境 などが 含 まれます。 PetaLinux は、 完 全 な 機 能 を 持 ち、 統 合 およびテ ス ト 済 みで、 資 料 化 さ れて
いるので、 ザイ リ ンクス カスタマーには 推 奨 される Linux 展 開 メ カニズムです。 PetaLinux はザ イ リ ン ク ス 製 品 なの
で、 その 他 のザイ リ ン ク ス ツール と 同 じ レベルの 製 品 管 理 、 サポー ト 、 バグ トラッキング、 拡 張 などがザイリンク
スから 提 供 されています。
PetaLinux ツールを 使 用 し て 構 築 さ れた Linux OS は、 安 定 し て 完 全 にテ ス ト さ れた Linux カーネル (ザイ リ ンクス Git
サーバーか ら も ダウ ン ロー ド 可 能 ) に 基 づいていますが、 PetaLinux の 方 がザイ リ ン ク ス Git サーバーか ら ダ ウ ン ロー
ド 可 能 な も の よ り も 多 く の 機 能 が 含 まれます。 PetaLinux には、 イ ンス ト ーラー、 開 発 ツール、 ボード サポー ト パッ
ケージ (BSP)、 プラ ッ ト フォーム 管 理 ユーテ ィ リ テ ィ、 アプ リ ケーシ ョ ンおよびラ イブラ リ フ レーム ワー ク および 資
料 が 含 まれます。 PetaLinux は、 PetaLinux ライセンス ページに 示 す と お り 、 無 償 の 商 用 ラ イ セン スに 基 づいて 使 用 で
きるようになっています。PetaLinux ユーザーはすべてフ ォーラ ム ベースの コ ミ ュ ニテ ィ サポー ト を 受 ける こ とがで
き ます。 商 用 ラ イ セン ス を 取 得 し てい る ユーザーは、 ザ イ リ ン ク スか ら 直 接 サポー ト を 受 け る こ と も で き ます。 詳 細
は、 ザイ リ ン ク ス Linux Wiki ページ [ 参 照 54] およびザイ リ ンクス PetaLinux Wiki ページ [ 参 照 56] を 参 照 して く ださ
い。
ザイ リ ンクスの PetaLinux ツールでは、 Zynq-7000 AP SoC の 完 全 機 能 の OS に 対 し て Linux BSP の コ ン フ ィ ギ ュ レー
シ ョ ン、 カ ス タ マ イ ズ、 構 築 、 およびパ ッ ケージがサポー ト さ れます。 こ れら の BSP のコンフィギュレーショ ンおよ
び 使 用 方 法 については、 ザ イ リ ン ク ス PetaLinux ツールのウェブサイ ト [ 参 照 48] を 参 照 して く ださい。
OS および RTOS のエコシステム
前 述 の と お り 、 Zynq-7000 AP SoC には、 ザイ リ ン ク ス OS および RTOS ポー ト だけで な く 、 サー ド パーテ ィ お よ び
Alliance メ ンバーか ら の 製 品 をサポー ト する 強 力 なエ コ シ ス テムが 含 まれます。 こ れ ら の 製 品 には、 サポー ト さ れる
機 能 、 コ ンテキ ス ト スイッチ パフ ォーマン ス、 割 り 込 みレ イ テンシ、 テ ク ニカル サポー ト 、 およびフ ァ イル システ
ム、 USB、 PCIe、 イーサネットなどのミドルウェア サポー ト において 違 いがあ り ます。
表 4-2 および 次 のセクシ ョ ンでは、 サードパーティおよびアラ イアンス メンバーのエコシステム ソリューションに
ついて 示 されています。 その 他 の 情 報 は、 ザイ リ ン ク ス Zynq-7000 AP SoC のエコシステムのウ ェブページ [ 参 照 47]
を 参 照 して く ださい。
表 4‐2 : OS、 RTOS、 およびミドルウェア 製 品
Alliance メンバー OS、 RTOS、 およびミドルウェア 製 品 詳 細
Adeneo Embedded Windows Embedded Compact 7、 Linux、 Android、 および QNX [ 参 照 84]
Discretix セキュ リ ティ 中 心 のソフ ト ウェアおよび IP ソ リューション [ 参 照 77]
ENEA Software AB OSE RTOS および ENEA Linux [ 参 照 78]
eSOL uITRON 4.0 RTOS、 T-Kernel RTOS および IDE [ 参 照 79]
Green Hills Software INTEGRITY RTOS [ 参 照 81]
Express Logic ThreadX RTOS [ 参 照 80]
iVeia Android On Zynq-7000 AP SoC [ 参 照 84]
Mentor Graphics Nucleus RTOS [ 参 照 85]
Micrium µC/OS RTOS [ 参 照 86]
MontaVista Software MontaVista Carrier Grade Linux [ 参 照 87]
Open Kernel Labs OKL4 Microvisor [ 参 照 90]
QNX QNX Neutrino RTOS [ 参 照 91]
Quadros
RTXC RTOS
機 能 の 詳 細 は、 117 ページの 「Quadros Systems の 機 能 」 を 参 照 し
てください。
[ 参 照 92]
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
表 4‐2 : OS、 RTOS、 およびミドルウェア 製 品 ( 続 き)
Alliance メンバー OS、 RTOS、 および ミ ド ルウ ェ ア 製 品 詳 細
Real Time Engineers Ltd. FreeRTOS [ 参 照 93]
Sciopta Sciopta RTOS [ 参 照 94]
Sierraware
オープン ソースの SierraVisor Hypervisor および SierraTEE Trusted
Execution Environment
[ 参 照 95]
SYSGO PikeOS [ 参 照 96]
[ 参 照 97]
Timesys LinuxLink [ 参 照 99]
Wind River VxWorks、 Linux、 および Workbench IDE [ 参 照 100]
Quadros Systems の 機 能
Quadros Systems からの RTXC RTOS には、 次 の よ う な 機 能 があ り ます。
• どの ROM および RAM バジェットにもフィットするような 小 さいスケーラブルなフットプリント ( 通 常 25KB
以 下 )
• ソース コードを ARM DS-5 開 発 ツールを 使 用 する 作 業 中 のプ ロ ジ ェ ク ト 用 のサンプル コード と 共 に 提 供
• アプ リ ケーシ ョ ンの RTOS を 構 築 しやすくするための RTXCgen グラフィカル コンフィギュレーション プ ロ グ
ラム
• システム パフ ォーマン スおよびビヘイ ビ アーを 視 覚 化 する RTXCview グラフィカル トレース ツール
• 非 対 称 マルチプ ロ セ ッ シング (AMP) に 使 用 可 能 な RTXC/mp
• ラ イ セン ス 使 用 料 あ り
次 の ミ ド ルウ ェア スタックは、 RTXC RTOS と 共 にサポート されます。
• イーサネッ ト TCP/IP v4 および v6
• イーサネッ ト パケ ッ ト の 優 先 順 位 付 け
• イーサネッ ト セキュ リ テ ィ スイート
• アプ リ ケーシ ョ ン サーバー :
° AJAX、 JSON、 および XML-RPC
° 持 続 的 ソ ケ ッ ト (WebSockets) を 含 むリ モー ト デバイ ス 管 理
° リモート GUI
• USB ホス トおよびデバイス
• 高 パフ ォーマン スのフ ェ イルセーフ ファイル システム
° NAND および NOR
° SD、 MMC、 およびフラッシュ ドライブ
Zynq-7000 AP SoC および ZC702 開 発 ボー ド のサポー ト
• タ イ マー 初 期 化
• UART 初 期 化
• MMU 初 期 化
• 割 り 込 みコ ン ト ローラーの 設 定 および 初 期 化
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
• 命 令 およびデータ キ ャ ッ シ ュ の 初 期 化
• ARM Vector Floating Point (VFP) および NEON のア ドバンス サポー ト
° VFP または NEON を 使 用 する タ ス ク に 対 し て VFP レ ジ ス タ の コ ンテキ ス ト 拡 張 を 明 示 的 ま たは 自 動 的 に イ
ネーブル
° コンテキスト ス イ ッ チのオーバーヘ ッ ド を 削 減 する VFP および NEON レジスタ セ ッ ト を オプシ ョ ン でサ
ポー ト
° VFP および NEON レジスタ セッ トの 割 り 込 みレイテンシおよびコンテキス ト ス イ ッ チのオーバーヘ ッ ド を
最 小 限 にする Lazy Swapping を 使 用
° 手 動 に よ る 一 時 停 止 および 自 動 ま たは 手 動 の 再 開 と いった VFP コ ンテキ ス ト の 制 御 。 詳 細 レベルの 制 御 に
より、VFP および NEON 以 外 の 実 行 パスで VFP レジスタのコンテキス ト オーバーヘ ッ ド を 最 小 限 にで き ま
す。 隔 離 さ れたフ ァ ン ク シ ョ ン を 除 き、 大 部 分 が 整 数 の 環 境 (VFP または NEON をほとんど 必 要 と しないタ
スク) で 便 利 です。 Lazy Swapping と 一 緒 に 使 用 する と 、 明 示 的 な 一 時 停 止 制 御 を 使 用 し てシ ス テム ス ルー
プ ッ ト 全 体 を 改 善 で き ます。
Real Time Engineers Ltd.
FreeRTOS は、 カ ス タ ム コー ド を 明 ら かにする 必 要 な く 無 償 で 使 用 で き ます。 FreeRTOS では、 タ ス ク および 割 り 込 み
サービ ス ルーチン 間 の 通 信 および 同 期 のために、 リ アル タイム タスク、 キュー、バイナリ セマフォ、 カウンテ ィ ン
グ セマフォ、ミ ューテッ ク スなどがサポー ト されます。FreeRTOS メモリ フットプリントは 約 4 ~ 9KB です。 freeRTOS
でサポー ト される ミ ドルウ ェア スタックには、 次 が 含 まれます。
• FAT ファイル システム
• UDP/IP および TCP/IP スタック
• CLI
• Safety
• CyaSSL SSL/TSL
マルチ OS
Zynq-7000 AP SoC のデュ アル コア ARM Cortex-A9 MPCore プロセッサの CPU コ ア 両 方 で 実 行 さ れ る 複 数 のオペレー
ティング シ ス テム を イ ネーブルにする 方 法 は 複 数 あ り ます。 対 称 および 非 対 称 マルチプ ロ セ ッ シング オプシ ョ ンの
詳 細 は、 次 を 参 照 し て く だ さ い。
• 『Zynq-7000 All Programmable SoC ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 者 向 けガ イ ド 』 (UG821) [ 参 照 7]
• ザイ リ ンクス マルチ OS サポー ト Wiki ページ [ 参 照 55]
単 純 な AMP
単 純 なマルチ OS の AMP インプリ メンテーションには、たとえば Linux OS およびベアメ タル アプ リ ケーシ ョ ン の 実
行 、 ま たは 2 つのベア メ タル アプ リ ケーシ ョ ンの 実 行 を 含 むこ と がで き ます。
ARM プロセッサの 2 つの CPU コアは、 メモリ とペリフェラルを 共 有 します。 非 対 称 マルチプロセッシング (AMP)
は、 どち ら の コ ア も 独 自 のオペレーテ ィ ング システムまたはベアメ タル アプ リ ケーシ ョ ンを 実 行 できる メ カニズム
で、 共 有 リ ソース を 介 し て こ れら のアプ リ ケーシ ョ ンが 疎 結 合 さ れます。 図 4-4 は、 Linux OS およびベアメ タル アプ
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
リケーションを 使 用 した AMP の 例 を 示 し ています。 120 ページの 図 4-5 は、 Linux OS および RTOS を 使 用 した AMP
の 例 を 示 し ています。
X-Ref Target - Figure 4-4
図 4‐4 : Linux OS およびベアメ タル アプリケーシ ョ ンを 使 用 した AMP
図 4-4 に 示 すよ う に、 Linux OS およびベアメ タル アプ リ ケーシ ョ ンを 使 用 した AMP は 次 の よ う に 動 作 し ます。
• Linux は CPU0 で 実 行 されます。
° この 後 、 Linux が FSBL に よ り メ モ リ に 読 み 込 まれた CPU1 実 行 フ ァ イルを 開 始 し ます。
• ベア メ タル アプ リ ケーシ ョ ンは CPU1 の 専 用 メ モ リ 空 間 で 実 行 さ れます。
° MMU0 は Linux で 通 常 どお り 使 用 さ れます。 MMU1 はベア メ タル アプ リ ケーシ ョ ンのメモ リ コ ン テ キ ス ト
を 定 義 する ために 使 用 さ れますが、 特 別 の コー ド は 必 要 あ り ません。
° ベア メ タル アプ リ ケーシ ョ ンは、 Linux メモリ コ ンテキス ト 内 では 実 行 されません。
° Linux は CPU1 で 使 用 さ れる メ モ リ を 認 識 し ません。
アプ リ ケーシ ョ ンを 含 めるために MMU を 使 用 できます。
° MMU は、 アプ リ ケーシ ョ ンが 通 常 ア クセスでき るア ド レス ( メモリ と AXI デバイ ス) を 定 義 します。
° CPU1 の Linux メ モ リ 空 間 ま たは 共 有 デバイ ス (ICD または SCU) へのア ク セ ス は 制 限 さ れませんが、 そのよ
うなアクセスが 発 生 した 場 合 は Linux で 検 出 で き、 適 切 な 操 作 を 実 行 で き ます。
• インプリ メンテーション 方 法
° Linux とベアメタル アプ リ ケーシ ョ ン 間 の 通 信 には OCM が 使 用 されます。
° OCM キ ャ ッ シ ュは 決 定 性 を 向 上 する ためデ ィ スエーブルにな り ます。
• こ の 使 用 例 は、 ザ イ リ ン ク ス テクニカル サポー ト によ り サポー ト されます。
詳 細 は、 次 の 資 料 を 参 照 し て く だ さ い。
• 『シンプルな AMP : 2 つの Cortex-A9 プ ロ セ ッ サ 上 で 動 作 するベア メ タル システム』 (XAPP1079) [ 参 照 37]
• 『シンプルな AMP : 2 つの Zynq SoC プ ロ セ ッ サ 上 で 動 作 する Linux およびベア タル システム』 (XAPP1078) [ 参
照 36]
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
X-Ref Target - Figure 4-5
図 4‐5 : Linux OS および RTOS を 使 用 した AMP
図 4-5 に 示 すよ う に、 Linux OS および RTOS を 使 用 した AMP は 次 の よ う に 動 作 し ます。
• ファームウェアはアドレス 0x0000_0000 の 専 用 メ モ リ 空 間 で 実 行 さ れます。
° FreeRTOS カーネルは、 Linux メモリ コンテキス ト 内 で 実 行 されません。
° Linux は、 ほかのデバイ ス メ モ リ を 読 み 出 すの と 同 じ よ う に、 こ のア ド レ ス 空 間 を 読 み 出 しおよび 書 き 込 み
できます。
• MMU は、 フ ァーム ウ ェ アの Linux への 影 響 を 制 限 し ます。
° MMU は、 アプ リ ケーシ ョ ンが 通 常 ア クセスでき るア ド レス ( メモリ と AXI デバイ ス) を 定 義 します。
° 粒 度 は 1MB です。 2 つのデバイ スが 1MB 領 域 にあ る 場 合 は、 それら を 隔 離 する こ と はで き ません。
° GIC は、 フ ァーム ウ ェ ア と Linux 間 で 共 有 さ れます。
- 割 り 込 みは、 GIC によ りファームウェアまたは Linux に 配 線 されます。
- ファームウェアにより GIC のリコンフィギュレーションが 阻 止 されることはありません。
• Linux カーネルによ り フ ァームウ ェアの 破 損 は 回 避 されません。
° ただ し、 違 反 は 明 示 的 な 呼 び 出 し ま たは 特 定 タ イ プの ク ラ ッ シ ュ か ら し か 発 生 し ません。
° システム デザ イ ンおよび 包 括 的 なテ ス ト に よ り 、 実 際 の 懸 念 を 軽 減 で き る こ と があ り ます。
• インプリ メンテーション 方 法
° ほかのフ ラ ッ ト RTOS に 適 用 可 能 です。
° カーネルおよびユーザー 空 間 などの 仮 想 メ モ リ を 使 用 し て RTOS に 適 用 可 能 な 場 合 があ り ます。
120 ページの 図 4-5 に 示 す Linux OS および FreeRTOS AMP デザイ ンの 概 要 は、 『PetaLinux ツール ユーザー ガイド :
Zynq All Programmable SoC Linux-FreeRTOS AMP ガイド』 (UG978) [ 参 照 17] を 参 照 して く ださい。
ARM Cortex‐A9 TrustZone
Zynq-7000 AP SoC では Trusted Base System Architecture 仕 様 の 推 奨 事 項 に 基 づいた ARM Cortex-A9 TrustZone テ ク ノ ロ
ジがサポー ト されます。 このテク ノ ロジを 使 用 する と、 Trusted Execution Environment (TEE)、 セキュリティ 意 識 の 高
いアプ リ ケーシ ョ ン、 セキュア サービ ス、 または Trusted Application (TA) を サポー ト す る プ ラ ッ ト フ ォ ーム を 開 発 で
きます。TEE は 小 型 のセキ ュ ア カーネルで、 GlobalPlatform の 産 業 フ ォーラ ムで 展 開 された TEE 仕 様 に 従 って、 標 準
API を 使 用 し て 通 常 開 発 さ れます。
TrustZone テクノロジでは、 通 常 ド メインに 加 え、 モニター モードおよびセキ ュ ア ドメインとして 知 られる 操 作 モー
ド を 作 成 する こ と で 別 の Rich Operating System および TEE 環 境 を 開 発 で き ます。 セキ ュ ア ド メ イ ン には、 通 常 ド メ
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
イ ン と 同 じ 機 能 があ り ますが、 別 の メ モ リ 空 間 で 動 作 し ます。 セキ ュ ア モニ ターは、 仮 想 ゲー ト キーパー と し て 動 作
し、 ド メ イ ン 間 の 移 行 を 制 御 し ます。
開 発 およびデバ ッ グ ツール
ユーザー アプ リ ケーシ ョ ン をサポー ト する のに 使 用 可 能 な 開 発 およびデバ ッ グ ツールについて、 次 に 説 明 し ます。
ザイリンクス ソフトウェア 開 発 キット (SDK)
ザイ リ ンクス ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 キ ッ ト (SDK) には、 ソ フ ト ウ ェア プ ラ ッ ト フ ォーム 開 発 用 の ド ラ イバー、 ラ イ ブ ラ
リ、ボード サポー ト パッケージ、 完 全 オペレーティング システムなどを 含 むさまざまなザイ リンクス ソフトウェア
パッケージが 含 まれます。
ヒント : ソフトウェア 開 発 キッ トおよびエンベデッド デザイ ンの 使 用 に 関 するその 他 の 情 報 への リ ン クは、
Documentation Navigator の [Software Development Kit] デザイ ン ハブを 参 照 して く ださい。 詳 細 は、 181 ページの 「 関
連 するデザ イ ン ハブ」 を 参 照 して く ださい。
ザイ リ ンクス SDK は、 次 を 含 む 完 全 な 開 発 環 境 です。
• プラッ ト フォームを 認 識 した BSP 生 成
• メモリ テス トから TCP/IP エコー サーバーまでの 範 囲 のサンプル アプ リ ケーシ ョ ン コードの 生 成
• クロスコンパイル ツール
• アプ リ ケーシ ョ ン プロファイ リ ング
• リンカー スクリプトの 生 成
• JTAG を 使 用 したデバッグ インターフェイス
• ターゲッ ト 通 信 フレームワーク
• リモート デバ ッ グ
• ヘテロジニアス マルチコアのデバッ グ
• フラッシュ ローダー
• セキ ュ アおよび 非 セキ ュ ア 環 境 用 のブー ト ファイル 作 成
• FSBL (First-Sage Boot Loader) の 生 成
SDK では、 JTAG を 介 した Linux カーネルのデバッ グ、 および TCF (Target Communications Framework ) エージ ェ ン ト
と GNU GDB インフラスト ラクチャを 使 用 したのスレッド レベルのデバッグがサポート されます。
ARM DS‐5 Development Studio
ARM DS-5 Development Studio は、 Linux、 Android、および RTOS デバ ッ グ をサポー ト する 完 全 な 開 発 環 境 です。 DS-5
で Zynq-7000 AP SoC を 使 用 する 詳 細 については、 『Xilinx XC702 DS-5 Getting Connected Guide』 [ 参 照 101] お よ び
『ARM® DS-5 ツールチェーンを 使 用 したZynq-7000 プラッ ト フォーム ソフトウェアの 開 発 』 (XAPP1185) [ 参 照 42] を
参 照 し て く だ さ い。
IAR
IAR システムのデバッガーでは、 OS および RTOS カーネル レベルのデバッグがサポート されます。 詳 細 は、 IAR の
Integrated Solutions Partner Program ウェブサイト [ 参 照 83] を 参 照 して く ださい。
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
ライブラリおよびミ ドルウェア
このセクションでは、ライブラリとミドルウェアを 使 用 してアプリケーション プ ロ グ ラ ミ ン グの 生 産 性 と 信 頼 性 を 改
善 する 方 法 について 説 明 し ます。
ライブラリ
ラ イ ブ ラ リ は、 共 通 の 便 利 な フ ァ ン ク シ ョ ン をプ ロ グ ラ ムで 再 利 用 可 能 な 1 つのユニ ッ ト にま と める 便 利 な 方 法 で
す。 ラ イ ブ ラ リ はイ ンプ リ メ ンテーシ ョ ンの 詳 細 を 抽 象 化 し た も ので、 プ ロ グ ラ ムに 簡 単 に 統 合 で き る テ ス ト 済 みお
よび 最 適 化 済 みのビヘイ ビ アーを 提 供 し ます。 ラ イ ブ ラ リ では、 ス タ テ ィ ッ ク およびダ イ ナ ミ ッ ク リンクがサポート
されます。
ライブラリは、 よく 使 用 されるライブラリとドメイン 別 ライブラリに 分 類 できます。
• よく 使 用 されるライブラリの 例 は、GNU C、 GNU C++ ライブラリ、POSIX Pthread ライブラリなどです。
• ドメイン 別 ライブラリの 例 は、Intel Threading Building Blocks ( 並 列 処 理 )、 FFmpeg audio、 OpenCV、 DRM (Direct
Rendering Manager)、KMS (Kernel Mode Setting)、ARM OpenMAX DL サンプル ソフトウェア ライブラリ (オーディ
オ/ビデオ 処 理 )、 および MATLAB エンジン ライブラリ ( 数 学 的 処 理 ) などです。
ライブラリの 利 点
• ビヘイビアーおよびコードを 再 利 用 できるよ うにします (1 回 記 述 する だけで 何 回 も 再 利 用 )。
• 下 位 のハー ド ウ ェ アおよび ソ フ ト ウ ェ アを 抽 象 化 する こ と で、 アプ リ ケーシ ョ ン 開 発 の 速 度 が 上 が り ます。
• テス ト リ ソ ース を 削 減 する 簡 単 に 管 理 可 能 な コー ド を 提 供 し ます。
たとえば、 GNU C はテ ス ト 済 みの ラ イ ブ ラ リ なので、 バグは 定 期 的 に 修 正 さ れます。 こ のため、 ラ イ ブ ラ リ を 使 用
する こ と で、 かな り のテ ス ト および 開 発 リ ソース を 節 約 で き ます。
スタンドアロン システムのザイ リ ン ク ス ライブラリ
ザイ リ ンクス ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 キ ッ ト (SDK) には、Zynq-7000 AP SoC プロセッシング システム (PS) およびプログラ
マブル ロジック (PL) コ ンポーネン 用 の 再 利 用 可 能 な ラ イ ブ ラ リ と ド ラ イバーのセ ッ ト が 含 まれます。 こ れら の ラ イ
ブラ リ およびド ラ イバーには、 次 が 含 まれます。
• libxil.a : ペリフェラルのデバイス ドライバー
• LibXil MFS : メモリ ファイル システム
• LibXil FFS : オープン ソース インプリ メンテーションに 基 づく 汎 用 の FAT ファイル システム。 主 に SD/eMMC ド
ライバーと 一 緒 に 使 用 され、 ドライバーとのリンク 用 にグルー レイヤーがインプリ メントされています。
• LibXil Flash : パラレル フラッシュ デバイ ス 用 に 読 み 出 し、 書 き 込 み、 削 除 、 ロ ッ ク、 ロ ッ ク 解 除 、 デバイ ス 特
有 のフ ァ ン ク シ ョ ンなど を 提 供 する ラ イ ブ ラ リ
• LibXil Isf : SPI/QSPI でザイ リ ン ク スのイ ンシステム フラッシュ ハー ド ウ ェ アおよびシ リ アル フ ラ ッ シュをサ
ポー ト する イ ンシステム フラッシュ ライブラリ
• LibXil SKey : ユーザー 定 義 の eFUSE ビットのプログラミング メ カニズム を 提 供 する ラ イ ブ ラ リ 。 PS eFUSE は
RSA プライマリ キー ハッシュ ビッ トおよびユーザー 機 能 ビッ トを 保 持 します。 これらのビッ トは、Zynq-7000
AP SoC プロセ ッサ 機 能 の 一 部 を イネーブルまたはデ ィ スエーブルにでき ます。
• lwIP : サード パーテ ィ の 軽 量 TCP/IP ネッ ト ワーク ライブラリ
ライブラリは、 リンケージ オブジェ ク ト のタ イプにによってス タテ ィ ッ ク と ダイナ ミ ッ クの 2 種 類 に 分 類 さ れます。
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
スタティ ック ライブラリ
スタティック ライブラリは、 リンク 後 にアプリケーション イメージの 一 部 になるオブジェクト ファイルのコレク
ションです。Linux の 場 合 、 こ れら の ラ イ ブ ラ リ はアーカ イ ブ と 呼 ばれます。 ス タ テ ィ ッ ク ラ イ ブ ラ リ のフ ァ イル 名
は、 通 常 .a で 終 わ り ます。
利 点
• 使 用 方 法 が 簡 単 で、 外 部 依 存 性 はコ ンパイル 時 に 解 決 さ れます。
• コ ンパイル 時 間 が 短 縮 さ れます。
• 実 行 速 度 がわずかに 上 昇 し ます。 理 論 上 、 実 行 フ ァ イルに リ ン ク さ れた ス タ テ ィ ッ ク ELF ライブラリのコード
は、 共 有 ラ イ ブ ラ リ やダ イナ ミ ッ ク に 読 み 込 まれた ラ イ ブ ラ リ よ り も 1% ~ 5% 速 く 実 行 さ れます。
• リンカーはアプリケーションで 必 要 とされるオブジェクト フ ァ イルを 検 索 し て 抽 出 する ので、 makefile のリンク
手 順 が 単 純 にな り ます。
欠 点
• スタティック ラ イ ブ ラ リ を 変 更 し た 場 合 、 すべての 依 存 アプ リ ケーシ ョ ン を 再 構 築 する 必 要 があ り ます。
• 実 行 フ ァ イルの メ モ リ フットプリントが 大 きくなります。
• オブジェ ク ト ラ イ ブ ラ リ を 共 有 する プ ロ セスが 同 時 に 実 行 さ れる 場 合 、 コー ド と オブジ ェ ク ト ライブラリの
データ セ ク シ ョ ンが 各 プ ロ セスのア ド レ ス 空 間 にコ ピーさ れます。
使 用 する 状 況
スタティック リ ン ク を 使 用 する と 、 ターゲ ッ ト アプ リ ケーシ ョ ン と 一 緒 に 依 存 ラ イ ブ ラ リ を 配 信 する 必 要 はな く な
る ので、 アプ リ ケーシ ョ ン を 配 信 する 最 も 簡 単 な 方 法 であ る こ と が よ く あ り ます。
ダイナミ ック ライブラリ
ダイナミ ック ラ イ ブ ラ リ は、 それら を 使 用 する アプ リ ケーシ ョ ンが 実 行 さ れた と き に 読 み 込 まれます。 オブジ ェ ク ト
ラ イ ブ ラ リ の 単 一 コ ピーが 複 数 アプ リ ケーシ ョ ン 間 で 共 有 さ れる ので、 その ラ イ ブ ラ リ の コー ド およびデータ セク
シ ョ ンはアプ リ ケーシ ョ ンのア ド レ ス 空 間 の 一 部 にはな り ません。 共 有 さ れたオブジ ェ ク ト は、 それぞれのアプ リ
ケーシ ョ ン プログラム エリアにはコピーされません。 代 わりに、そのライブラリを 必 要 とする 最 初 のアプリケーショ
ンが 実 行 さ れた と き に、 オブジ ェ ク ト ラ イ ブ ラ リ の 単 一 コ ピーが ラ ン タ イ ム 時 に メ モ リ に 読 み 込 まれます。
Linux の 場 合 、 ダ イナ ミ ッ ク ライブラリ フ ァ イルの 命 名 規 則 に よ り 、 最 初 に lib が 付 いて、 その 後 ラ イ ブ ラ リ 名 、
.so と い う 文 字 列 が 付 いて、 バージ ョ ン 番 号 が 付 き ます。 バージ ョ ン 番 号 は、 イ ン ターフ ェ イ ス ま たはイ ンプ リ メ ン
テーシ ョ ンが 変 更 さ れる と 増 加 し ます。
利 点
• スタティック ライブラリよりも 実 行 ファイルのメモリ フットプリントが 小 さくなります。
• オブジェ ク ト ラ イ ブ ラ リ が 変 更 さ れた 場 合 は、 依 存 する アプ リ ケーシ ョ ン を 単 に 実 行 し 直 すだけです。
欠 点
• ライブラリは、 ランタイム ローダーに 依 存 します。 Linux の 場 合 、 ダ イナ ミ ッ ク ローダー (ld.so) は GNU C ラ イ
ブ ラ リ の 一 部 で、 すべての 依 存 する 共 有 ラ イ ブ ラ リ を 読 み 込 みます。
• シンボル リ ロ ケーシ ョ ンは、 ラ ン タ イ ム 時 に 実 行 さ れます。 こ のため、 共 有 ダ イナ ミ ッ ク ラ イ ブ ラ リ を 使 用 す
るアプリケーションは、スタティ ック ラ イ ブ ラ リ の 同 等 の も の よ り も 実 行 する のに 少 し 時 間 がかか る こ と があ り
ます。
ターゲッ ト プ ラ ッ ト フ ォームで 実 行 フ ァ イルを 実 行 する には、 カ ス タ ムの 共 有 ラ イ ブ ラ リ パスをダイナミ ッ ク リン
カーの 検 索 パスに 追 加 しておく 必 要 があ り ます。 LD_LIBRARY_PATH 環 境 変 数 は、 カ ス タ ム 共 有 ラ イ ブ ラ リ が 一 部
の 特 定 ロ ケーシ ョ ンに 含 まれる ラ ン タ イ ム リンカーに 指 定 されます。
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
使 用 する 状 況
ダイナミ ック ラ イブラ リ は、 ラ イブラ リ が 複 数 のアプ リ ケーシ ョ ン 間 で 共 有 される 場 合 に 使 用 し ます。 た と えば、
GNU C ライブラリのようなエンベデッド ランタイム ラ イ ブ ラ リ を こ の 方 法 で 使 用 し ます。
ザイ リ ンクス Zynq-7000 AP SoC のテクニカル ヒントには、ZC702 プラッ ト フォームで ARM NEON ラ イ ブ ラ リ を 使
用 する 例 が 示 されています。 詳 細 は、「ザイリンクス Zynq-7000 AP SoC Spectrum Analyzer パー ト 2 - ARM NEON ラ
イブラ リの 構 築 に 関 するテクニカル ヒント」 [ 参 照 62] を 参 照 して く ださい。
このテクニカル ヒントには、Zynq-7000 AP SoC ZC702 プラッ ト フォームをターゲッ トにしたフィルター フ ァ ン ク
シ ョ ンのセ ッ ト を 取 得 し て、 構 築 する プ ロ セスが 説 明 さ れています。 Zynq-7000 AP SoC の 処 理 機 能 の 利 点 を 活 かす こ
と ので き る 多 く のアプ リ ケーシ ョ ンで、 フ ィ ルターで 使 用 さ れる 複 雑 な 計 算 、 ビデオ 操 作 、 信 号 処 理 が 実 行 さ れます。
ARM コ ミュニティ 内 のオープン ソース プロジェク トには、NEON に よ り 高 速 化 さ れる 共 通 の 便 利 な 関 数 の ラ イ ブ ラ
リ が 含 まれてお り 、 アプ リ ケーシ ョ ンの 開 発 時 に 使 用 で き ます。 こ れが、 Ne10 プロジェク トおよび Ne10 ライブラリ
に 発 展 し ています。
ミドルウェア
ミドルウェアは、オペレーティング システムとアプリケーショ ン 層 間 で 実 行 されるライブラ リ セ ッ ト です。 エンベ
デッ ド シ ス テムの 場 合 、 ミ ド ルウ ェ アはオペレーテ ィ ング システムの 上 にあるシステム ソフトウェアのこともあれ
ば、 オペレーテ ィ ン グ シ ス テムの 一 部 と し て 含 まれる こ と も あ り ます。 た と えば、 TCP/IP 通 信 ス タ ッ ク の よ う な 共
通 の ミ ド ルウ ェアは 典 型 的 な 近 代 のオペレーテ ィ ング システムの 一 部 です。
ミ ドルウェアは、 ソフ ト ウェア スタ ッ クを 中 央 に 集 中 する こ とで 複 雑 さを 軽 減 します。 これがないと、 アプリケー
ション 層 でソフトウェア スタックが 重 複 してしまいます。 ミ ドルウェアには、 MOM (Message-Oriented Middleware)、
RPC (Remote Procedure Call)、ネッ ト ワーク プロ ト コル (デバイ ス ド ラ イバー 層 の 上 、アプ リ ケーシ ョ ン 層 の 下 ) な ど、
さまざまな 種 類 があります。
例
• TCP/IP スタック
• USB ホス ト スタック
• CAN (Controller Area Network) スタック
• マルチ メディ ア ミドルウェア スタック
利 点
• 強 力 なアプ リ ケーシ ョ ン を 高 速 開 発
• アプ リ ケーシ ョ ン 独 自 の も ののみを 実 行
• ス ケーラ ビ リ テ ィ および 抽 象 性 をサポー ト
• 信 頼 性
使 用 例
lwIP は、 BSD ラ イ セン ス 下 で 使 用 可 能 なオープン ソースの TCP/IP プロ ト コル セッ トで、 オペレーティング シ ス テ
ムと 一 緒 に 使 用 はできますが、 オペレーティング シ ス テム と の 依 存 関 係 がないス タ ン ド ア ロ ン ス タ ッ ク です。 使 用
例 では、lwIP (lightweight IP) ネッ ト ワーク スタックなどのミ ドルウェアをスタンドアロン アプ リ ケーシ ョ ンに 統 合 す
る 方 法 を 示 します。
ザイ リ ンクス ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 キ ッ ト (SDK) では、lwIP ソフトウェアをカスタマイズできます。lwIP ス タ ッ ク では、
IP、 ICMP、 IGMP、 UDP、 TCP、 およびその 他 のネットワーク プロ ト コルがサポート されます。 lwIP ス タ ッ ク を 使 用
する と、 アプリ ケーシ ョ ン コ アの 開 発 に 集 中 し て、 TCP/IP インプリ メンテーションは lwIP ス タ ッ ク に 任 せる こ と が
できます。
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
オープン ソースのネッ ト ワーク ス タ ッ ク をアプ リ ケーシ ョ ン 開 発 に 統 合 する 方 法 については、 『LightWeight IP (lwIP)
アプ リ ケーシ ョ ン 例 』 (XAPP1026) [ 参 照 35] を 参 照 して く ださい。
ブー ト ローダー
ブー ト ローダーは、オペレーテ ィ ング シ ス テムな どの 次 のレベルの ソ フ ト ウ ェ アの 実 行 を 準 備 する ためにシ ス テム を
初 期 化 する ソ フ ト ウ ェ アです。 通 常 、 各 オペレーシ ョ ン システムにはそれ 専 用 のブート ローダーのセッ トが 含 まれま
す。 ブー ト ローダーには、 OS カーネルを 起 動 する 複 数 の 方 法 が 含 まれる ほか、 カーネル 環 境 をデバ ッ グ ま たは 修 正
するためのコマンド も 含 まれます。
ブー ト プロセスの 詳 細 は、 完 全 なシステム デザイ ン と、 OS 選 択 ( 組 み 込 み Linux、 RTOS、 またはベアメタル OS) に
よって 異 なります。 ブート ステージ 数 は、 システム デザイ ンにっ よ って 変 わ り ます。 こ のセ ク シ ョ ンでは、 電 源 投
入 から アプ リ ケーシ ョ ン 実 行 までの Zynq-7000 AP SoC のブー ト フローについて 説 明 します。
ブート プロセス
Zynq-7000 AP SoC ブー ト プ ロ セスには、 シ ス テム 要 件 に 基 づいてマルチス テージ ブートにできます。 このセクショ
ンでは、 大 き く 3 つに 分 けたブー ト ステージとブート プロセスでのそれぞれの 役 割 について 説 明 し ます。125 ページ
の 図 4-6 は、 組 み 込 み Linux と Zynq-7000 AP SoC でのアプ リ ケーシ ョ ン コード の 起 動 をステージ 別 に 示 しています。
電 源 が SoC に 適 用 される と、 ブー ト プロセスが BootROM から 開 始 されます。 このプロセスによ り、 オンチップ メ
モリ (OCM) から FSBL (First-Stage Boot Loader) が 読 み 込 まれて 実 行 さ れ 始 めます。 FSBL は 特 定 の 初 期 化 を コ ン フ ィ
ギュレーションし、 ソフ ト ウェア アーキテ ク チ ャ に 基 づいて、 組 み 込 み Linux の 場 合 は U-Boot のよ うな SSBL
(Second-Stage Boot Loader) を 初 期 化 し て 実 行 し ます。 FSBL と SSBL のいずれかま たは 両 方 が RTOS (ま たは 組 み 込 み
Linux) とアプリケーション コー ド を 開 始 し ます。
X-Ref Target - Figure 4-6
図 4‐6 : ブート フロー
ステージ 0
パワーオンまたはリセッ ト で、 ARM コアは BootROM からの 初 期 化 コードを 実 行 します。 BootROM コードは、 各
Zynq-7000 AP SoC に 含 まれる 工 場 で 予 めプロ グ ラ ム 済 みのコー ド なので、 変 更 でき ません。 BootROM コードでは、
ブー ト モード ピ ン を 読 み 出 し て 次 のレベルの ローダーのデバイ スでの 位 置 が 決 定 さ れます。 ブー ト モード 設 定 に
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
よって、FSBL が NAND、 パラレル NOR、 シリアル NOR (Quad-SPI)、 または SD (Secure Digital) フラッシュ メ モ リ か
ら OCM にコピーされます。
図 4-7 は、 標 準 ( 非 セキュア) ブー ト フローを 示 しています。セキュア ブー ト フ ローについては、 36 ページの 「エン
ベデ ッ ド デバイ スのセキ ュ リ テ ィ 」 を 参 照 して く ださい。
X-Ref Target - Figure 4-7
図 4‐7 : 非 セキュア ブート フロー
ステージ 1
FSBL が BootROM か ら 実 行 制 御 を 受 け 取 り 、 ブー ト モー ド 設 定 に 基 づいて、OCM または execute-in-place フ ラ ッ シ ュ
のいずれか ら 実 行 し ます。 FSBL は PS を 初 期 化 し、 ブー ト デバイ スのビ ッ ト ファイルを 検 索 します。 見 つかったら、
FSBL はそのビ ッ ト ファイルを PL に 書 き 込 みます。ビ ッ ト フ ァ イルが 見 つかったかど う かに 関 係 な く 、FSBL はブー
ト デバイ スか ら イ メ ージすべてが 読 み 出 さ れる まで、 アプ リ ケーシ ョ ン バイナリ とデータ フ ァ イルを メ モ リ に 読 み
込 みます。 こ の 後 、 FSBL が 読 み 込 まれた 最 初 のアプ リ ケーシ ョ ン バイナリ を 実 行 し 始 めます。
通 常 、 FSBL は 外 部 RAM を 初 期 化 し て、 SSBL (Second-Stage Boot Loader) またはスタンドアロン アプ リ ケーシ ョ ン を
読 み 込 みます。 ソ フ ト ウ ェ ア アーキテ ク チ ャ に 基 づいて、 組 み 込 み Linux の よ う な 完 全 機 能 の OS の 場 合 は、 SSBL
(た と えば、 組 み 込 み Linux の 場 合 は U-Boot) が 初 期 化 さ れて 実 行 さ れます。 FSBL と SSBL のいずれか ま たは 両 方 が
RTOS (ま たは 組 み 込 み Linux) と アプ リ ケーシ ョ ン を 開 始 し ます。 こ の 後 、 FSBL は、 組 み 込 み Linux の よ う な 完 全 機
能 の OS の 場 合 は SSBL の 開 始 ア ド レ スにジャ ンプするか、 RTOS またはアプリ ケーシ ョ ンにジャンプして、 の 制 御
を 移 行 します。
ステージ 1 では、 OCM メモリにフィッ トするサイズであればユーザー アプ リ ケーシ ョ ンを 含 める こ とができます。
Zynq-7000 AP SoC では、 セキュア ブー ト および 非 セキ ュ ア ブー ト の 両 方 の 方 法 がサポー ト さ れます。 BootROM コー
ド フローは、 それぞれ 次 のようになります。
セキュア ブー ト の 場 合 、 SoC の 主 なセキ ュ リ テ ィ 目 的 は 信 頼 性 の 基 盤 を 構 築 する こ と にあ り ます。 こ の 基 盤 は、 電 源
が 投 入 さ れてか ら 制 御 がアサー ト さ れる までの イ ンテグ リ テ ィ 、 機 密 性 、 認 証 を 使 用 し て 構 築 さ れます。 SoC には、
こ の 信 頼 性 を 維 持 する 方 法 も 含 まれます。 SoC では、 PL のビルト イン Advanced Encryption Standard (AES-256) と ハ ッ
シュ ベースの メ ッ セージ 認 証 符 号 (HMAC) エンジン、 および PS の RSA 認 証 機 能 を 使 用 し て こ れが 実 行 さ れます。
SoC は、 セキ ュ ア モード から 非 セキ ュ ア モー ド に 変 更 さ れない 限 り 、 安 全 にブー ト さ れます。 最 初 の 決 定 は、 FSBL
の 初 期 読 み 込 み 時 点 です。 FSBL が 暗 号 化 さ れる 場 合 、 BootROM コードが 安 全 にブート され、 制 御 が FSBL に 移 行 し
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
ます。 FSBL が 暗 号 化 さ れない 場 合 、 AES 256 と HMAC エンジンがディ スエーブルにな り、 JTAG ポー ト にア ク セ ス
できるようになります。 RSA 認 証 を イ ネーブルにする には、 RSA Enable eFUSE をプ ロ グ ラ ムする 必 要 があ り ます。
ザイ リ ンクス デザイ ン ツールでは、ソ フ ト ウ ェアおよびビ ッ ト ス ト リーム パーテ ィ シ ョ ンが 公 開 キーの RSA アルゴ
リ ズム を 使 用 し て 認 証 さ れる のかど う か、 それに 続 く イ メ ージが AES および HMAC を 使 用 し て 暗 号 化 および 認 証 さ
れるのかど う かが 指 定 で き ます。 暗 合 化 さ れないパーテ ィ シ ョ ン を 指 定 する こ と も で き ます。 こ れに よ り 、 パーテ ィ
ション ベースで 公 開 キーおよび 秘 密 キーのアルゴ リ ズムの 両 方 を 使 用 で き ます。
ま た、 コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン 時 間 が 重 要 な 場 合 は、 暗 号 化 さ れたパーテ ィ シ ョ ン よ り も 暗 号 化 さ れていないパー
テ ィ シ ョ ンの 方 がコ ンフ ィ ギュ レーシ ョ ン 速 度 が 速 く なるので、セキ ュ リ テ ィ と ブー ト 時 間 の ト レード オフがあ る こ
と があ り ます。 た と えば、 比 較 的 大 き いオープン ソースの U-Boot または Linux イ メ ージの 場 合 、 イ メ ージが 暗 号 化
さ れていない 方 が 読 み 込 みが 高 速 に 実 行 さ れます。 セキ ュ ア 機 能 のいずれかを 選 択 する 場 合 は、 最 初 の FSBL は 最 低
でも AES-256 で 暗 号 化 し て、 HMAC で 認 証 する 必 要 があ り ます。
128 ページの 図 4-8 はセキュア ブー ト モード の FSBL フローを 示 し、129 ページの 図 4-9 は 非 セキ ュ ア ブー ト モード
の FSBL フローを 示 しています。
Zynq-7000 AP SoC のセキュア ブー ト に 関 する 情 報 は、 次 を 参 照 し て く ださい。
• 『Zynq-7000 All Programmable SoC でのセキュア ブー ト 』 (WP426) [ 参 照 33]
• 『Zynq-7000 All Programmable SoC のセキュア ブー ト 』 (XAPP1175) [ 参 照 40]
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
X-Ref Target - Figure 4-8
図 4‐8 : セキュア ブートの FSBL フロー
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
X-Ref Target - Figure 4-9
図 4‐9 : 非 セキュア ブートの FSBL フロー
ステージ 2
このステージは、U-Boot のよ うな SSBL (Second-Stage Boot Loader) または RTOS やアプ リ ケーシ ョ ンにな り ます。 組 み
込 み Linux の よ う な 完 全 機 能 の OS の 場 合 、 SSBL の U-Boot が CPU0 で 実 行 されて、 OS がブー ト する 環 境 が 初 期 化 お
よび 設 定 されます。 この 初 期 化 では、 フラ ッ ト メモリを 使 用 するために MMU がコンフィギュレーシ ョ ンがされます
( 仮 想 および 物 理 的 ローケーシ ョ ンが 同 じ)。 この 後 、ブートローダーがカーネル イ メージ (ブー ト モード 設 定 ご と) と
ブー ト 引 数 などのその 他 の 情 報 を RAM にフ ェ ッ チ し、 制 御 を 組 み 込 み Linux などの OS に 渡 し ます。
Linux の 場 合 、OS が 2 つ 目 のプ ロ セ ッ サ コアを 検 出 してイネーブルにし、MMU とデータ キャッシュをコンフィギュ
レーシ ョ ンおよびア ク テ ィ ベー ト し てか ら、 その 他 の 操 作 を 実 行 し てシ ス テム 全 体 をアプ リ ケーシ ョ ンで 使 用 で き る
ようにします。
各 ス テージでの 実 際 の 実 行 内 容 に 制 限 はあ り ませんが、 特 定 のス テージで 実 行 し た 方 がほかのス テージで 実 行 する よ
り も 簡 単 に 実 行 で き る も のはあ り ます。 た と えば、 NTFS USB ド ラ イ ブか ら のフ ァ イルの 読 み 出 し は Linux か ら 実 行
で き ますが、 ブー ト ローダーか ら 実 行 する 場 合 は さ ら に 開 発 作 業 が 必 要 にな り ます。 U-Boot は、 そのよ う な 要 件 に 適
応 する よ う になっています。
アーキテ ク チャの 詳 細 、 プ ロ グ ラ ミ ン グ モデル、 OS の 考 慮 事 項 、 Zynq-7000 AP SoC で Linux およびアプリ ケーシ ョ
ン を 実 行 する 全 開 発 手 順 については、 『Zynq-7000 All Programmable SoC ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 者 向 けガ イ ド 』 (UG821) [ 参
照 7] を 参 照 して く ださい。
ソフトウェア 開 発 ツール
ザイ リ ンクスでは、 次 のよ うなさまざまなソフ ト ウェア 開 発 ツールを 提 供 しており、Zynq-7000 AP SoC で 使 用 される
さまざまなソフトウェア コ ンポーネン ト を 構 築 する ために 使 用 で き ます。
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
• ボード サポー ト パッケージ (BSP) : 低 レベル ハー ド ウ ェ アにア ク セスする ために 使 用 さ れる API のセ ッ ト です。
これらの API は、 それら がア ク セスするペ リ フ ェ ラ ル と 実 行 する フ ァ ン ク シ ョ ンに 基 づいて 分 類 さ れます。 BSP
には、 ス ター ト ア ップ、 CPU 初 期 化 および EABI コード も 含 まれます。
• スタンドアロン (ベア メ タル) アプ リ ケーシ ョ ン : マルチタ ス ク の よ う な 複 雑 なカーネル 機 能 はサポー ト し ない
単 純 なアプ リ ケーシ ョ ンで、 BSP API を 使 用 して 低 レベル ハー ド ウ ェ アにア ク セス し ます。
• FSBL (First Stage Boot Loader) : PS ハー ド ウ ェ ア 初 期 化 を 実 行 し、 ビ ッ ト ス ト リ ーム を 使 用 し てフ ァ ブ リ ッ ク に
読 み 込 み、 オプシ ョ ンでその 他 のデータ と SSBL (Second-Stage Boot Loader) を 読 み 込 む 小 型 のアプ リ ケーシ ョ ン
です。 FSBL はスタンドアロン (ベア メ タル) アプ リ ケーシ ョ ンの 例 です。
• U-Boot (Second Stage Boot Loader) : カーネルの 実 行 を 開 始 する ために 必 要 なハー ド ウ ェ ア 初 期 化 を 実 行 し ます。
終 了 する と 、 Linux カーネルが 読 み 込 まれて 実 行 が 開 始 さ れます。
• Linux カーネル : Linux はオープン ソースのオペレーティング システムです。Zynq-7000 AP SoC には、Linux カー
ネルのハー ド ウ ェ アに 依 存 するパーツ (デバイ ス ドライバーなど) が 提 供 さ れています。 カーネルのハー ド ウ ェ
アに 依 存 しないパーツ (ファイル システム、 ネッ ト ワーキングなど) は、 その 他 の Linux マ シ ン と 類 似 し てい ま
す。 カーネルは、 必 要 に 応 じ て コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン さ れ、 ARM プロセッサをターゲッ トにします。
• ユーザー アプ リ ケーシ ョ ン : 通 常 のユーザー アプ リ ケーシ ョ ンは Linux 環 境 で 実 行 さ れ、ハー ド ウ ェ アに 依 存 し
ません。 ハード ウェア アクセスはドライバー API か ら 実 行 さ れます。
• デバイ ス ツリー ブロブ (.dtb) : デバイ ス ツリーは、ハードウェア (PS ペリフェラル、 ARM プ ロ セ ッ サ、 お よ び
PL ペリフェラル) でサポート されるコンポーネン トおよび 機 能 を 記 述 したノードおよびプロパティのの 構 造 で
す。 ノ ー ド には、 ハー ド ウ ェ ア コンポーネントのマップ ア ド レ ス、 割 り 込 み 番 号 、 デフ ォル ト 設 定 などの 情 報
が 含 まれます。 デバイ ス ツ リ ーはコ ンパイルされ、 起 動 時 に Linux カーネルに 提 供 さ れます。 起 動 中 は、 カーネ
ルが こ の 情 報 を 使 用 し て 対 応 するデバイ ス ド ラ イバーを 読 み 込 みます。
ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 ツールは、ハー ド ウ ェ ア プラッ ト フォームでソフ ト ウェアを 選 択 してデバッグおよびプロファイル
する ために も 使 用 さ れます。
Zynq-7000 AP SoC のソフ ト ウェア 開 発 ツールには、 次 が 含 まれます。
• GUI ベースのツール チェーン : これらのツールは、 グラフィカル ユーザー イ ン タ ーフ ェ イ ス で 提 供 さ れます。
ツールおよび 構 築 機 能 は、 メ ニ ュー オプシ ョ ンから 選 択 でき ます。 これが 終 了 したら、 コンパイ ラ/ リンカーが
バ ッ ク グ ラ ウ ン ド で 開 始 さ れ、 コ ンパイルの 進 捗 状 況 が 表 示 さ れます。 GNU ツールは GUI ベースのツール
チェーン アプ リ ケーシ ョ ンに 統 合 さ れています。 た と えば、 GUI ベースのツール チェーンには、 ザイ リ ンクス
ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 キ ッ ト (SDK) があ り ます。
IDE ( 統 合 開 発 環 境 ) を 使 用 する と 、 次 の よ う な さ ま ざ ま な ソ フ ト ウ ェ ア コ ンポーネン ト を 構 築 で き ます。
° BSP
° スタンドアロン プラッ ト フォームのユーザー アプ リ ケーシ ョ ン
° Linux プラッ ト フォームのユーザー アプ リ ケーシ ョ ン
• コマンド ライン ベースのツール チェーン : これらのツールは ARM プ ロ セ ッ サ 用 に コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン さ
れた 標 準 GNU ツール (gcc など) です。Zynq-7000 AP SoC の 開 発 ツールでは、CodeSourcery (ARM アーキテク チ ャ
をサポートする Mentor Graphics 社 からの gcc) が 使 用 されます。 コ ンパイ ラおよび リ ンカー オプシ ョ ンは、 コ マ
ンド ラインまたは makefile を 使 用 して 提 供 されます。 コマン ド ライン ベースのツール チ ェ ーン の 例 と し ては、
arm-linux-xilinx-gnueabi-gcc があ り ます。
GNU ベースのツール チェーン を 使 用 する と 、 次 の よ う な さ ま ざ ま な ソ フ ト ウ ェ ア コンポーネントを 構 築 できま
す。
° Linux カーネルおよびデバイ ス ドライバー
° デバイ ス ツ リー ブロブ (.dtb)
° ユーザー アプ リ ケーシ ョ ン
° 再 利 用 可 能 な ラ イ ブ ラ リ
• ハイブリ ッ ド ツール チェーン : これらのツールは、 GUI とコマンド ライン ベースのツールが 組 み 合 わ さ れた も
ので、 すべてのプロジェ ク ト コンポーネントのコンフィギュレーションは GUI ベースのツールで 実 行 さ れます
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
が、 各 コ ンポーネン ト ビルドはコマン ド ライン ツールを 使 用 し て 実 行 さ れます。 PetaLinux は、 ハイ ブ リ ッ ド
ツール チェーンの 例 です。
ARM プロセッサ 用 にコンフィギュレーショ ンされる GNU ツールは、 ハイブ リ ッ ド ツール チ ェーン に 統 合 さ れ
ています。 ハイブ リ ッ ド ツール チェーン を 使 用 する と 、 次 の よ う な さ ま ざ ま な ソ フ ト ウ ェ ア コンポーネントを
構 築 で き ます。
° Linux カーネルおよびデバイ ス ドライバー
° デバイ ス ツ リー ブロブ (.dtb)
° ユーザー アプ リ ケーシ ョ ン
° 再 利 用 可 能 な ラ イ ブ ラ リ
° 完 全 にパ ッ ケージ さ れた イ メ ージ
GUI ベースのツール チェーン
ザイ リ ンクス SDK は、 Eclipse に 基 づいた 統 合 開 発 環 境 (IDE) で、 ソ フ ト ウ ェア アプ リ ケーシ ョ ンの 作 成 、 コ ンパイ
ル、 デバッグをするための 環 境 を 提 供 し ます。
SDK はバッ ク グ ラ ウ ン ド で GNU ベースのコ ンパイ ラ ツール チ ェーン を 実 行 し ます。サポー ト さ れ る ユーテ ィ リ テ ィ
には、 GCC コンパイラ、 リンカー、 GDB デバ ッ ガーなどのほか、 JTAG デバ ッ ガー、 フ ラ ッ シ ュ プ ロ グ ラ マ、 ラ イ
ブラ リなどのその 他 のユーティ リティがあります。 また、 このツールではすべてのザイ リンクス IP コア、 サンプル
アプ リ ケーシ ョ ン、 ソフ ト ウェア サービ ス パッケージ、 ベアメ タル BSP の ド ラ イバーが 統 合 さ れます。 こ れ ら の コ
ンポーネン ト を 統 合 する と 、 アプ リ ケーシ ョ ン を 構 築 で き ます。 SDK では、 アセンブ リ 、 C、および C++ を 使 用 した
アプ リ ケーシ ョ ンの 開 発 がサポート されます。
ザイ リ ンクス SDK には、 次 の 機 能 が 含 まれます。
• Zynq-7000 AP SoC および MicroBlaze プロセッサをサポート
• Eclipse C/C++ Development Tooling (CDT) がベース
• Vivado ツールに 直 接 イ ン ターフ ェ イ スする 完 全 IDE
• マルチコア、 ハード ウ ェア、 ソ フ ト ウ ェア デバ ッ グ 機 能 を 含 め、 全 ソ フ ト ウ ェ ア デザ イ ンおよびデバ ッ グ プロ
セスをサポート
• エデ ィ ター、 コ ンパイ ラ、 ビル ド ツール、 フラ ッシュ メ モ リ 管 理 、 JTAG、 および GDB デバ ッ ガーを 統 合
• Mentor 社 の Sourcery CodeBench Lite のザイ リ ン ク ス エデ ィ シ ョ ンでサポー ト
• カスタム ライブラリおよびデバイス ドライバー
• SDK には、 サポー ト されるすべてのザイ リ ン ク ス ハー ド ウ ェ ア IP コア、 POSIX 準 拠 のカーネル ラ イ ブ ラ リ 、
ネ ッ ト ワーキングおよびフ ァ イル 処 理 ラ イブラ リ に 対 し て、 ユーザーがカ ス タマ イ ズ 可 能 な ド ラ イバーが 含 まれ
ています。 ラ イ ブ ラ リ および ド ラ イバーは、 必 要 な 機 能 、 メ モ リ 要 件 、 およびハー ド ウ ェ ア 機 能 に 基 づいてカ ス
タマイズできます。
• 管 理 さ れた makefile、ハードウェア プ ラ ッ ト フ ォームの 管 理 、 リ モー ト デバ ッ グ、 ハー ド ウ ェ ア と ソ フ ト ウ ェ ア
デバ ッ グ 間 の ク ロ ス プローブのサポート、 フラッシュ プログラ ミ ング、 ブート イメージ (boot.bin) 作 成 、 リ ン
カー ス ク リ プ ト の 生 成 、 リ ポジ ト リ 管 理 、 および FPGA プログラ ミ ング
• プロファイ リ ングのサポート
ザイ リ ンクス SDK のデバッ ガーには、 次 の 機 能 が 含 まれます。
• Eclipse Target Communication Framework (TCF) がベース
• ホモジニアスおよびヘテロジニアス マルチプロセッサのサポー ト
• ターゲッ ト プラッ ト フォームでの Linux アプ リ ケーシ ョ ン デバ ッ グ
• 階 層 プ ロ フ ァ イ リ ング
• ベア メ タルおよび Linux アプ リ ケーシ ョ ンの 開 発
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
• 対 称 マルチプ ロ セ ッ シングおよび 非 対 称 マルチプ ロ セ ッ シング デザイ ンのサポー ト
• コアごとのハードウェアおよびソフ ト ウェア ブレー ク ポ イ ン ト の 関 連 付 け
• NEON ライブラリのサポート
アプ リ ケーシ ョ ンは、 スタン ドアロンまたは Linux プラッ ト フォーム モデルのいずれかに 基 づいて 開 発 されます。
スタンドアロン プラッ トフォーム
スタンドアロン プ ラ ッ ト フ ォームの 場 合 、 アプ リ ケーシ ョ ンはモ ノ リ シ ッ ク で 実 行 可 能 な コー ド と し て 構 築 さ れま
す。 マルチ タ ス ク はサポー ト さ れないので、 デバ イ ス ド ラ イバーはアプ リ ケーシ ョ ン と 一 緒 に 読 み 込 まれ、 アプ リ
ケーシ ョ ンがド ラ イバー API を 直 接 起 動 し ます。
スタンドアロン ソフトウェア プラッ ト フォームは、 アプリケーションがプロセッサ フ ァ ン ク シ ョ ンに 直 接 ア ク セ ス
する 場 合 に 使 用 されるシングル スレッド 環 境 です。 スタンドアロン ソフトウェア プラッ ト フォームでは、 プログラ
ム プ ロ フ ァ イ リ ングがサポー ト さ れ、 プ ロ セ ッ サ 割 り 込 み 処 理 、 例 外 処 理 、 およびキ ャ ッ シ ュ 処 理 などのフ ァ ン ク
シ ョ ンが 提 供 さ れます。
スタンドアロン プラッ ト フォームは、 オペレーティング システムを 必 要 と しない 小 型 の 専 用 システムで 使 用 されま
す。 ス タ ン ド ア ロ ン プラッ ト フォームの 長 所 は、 次 のとおりです。
• 通 常 シンプルなすばやいアプ リ ケーシ ョ ン 開 発 が 可 能
• コンテキスト ス イ ッ チおよびマルチ タ ス ク が 使 用 さ れないので、 全 体 的 な 複 雑 さ は 最 小 限 にな る
• 開 発 者 が 上 か ら 下 までのシ ス テム イ ンプ リ メ ンテーシ ョ ン を よ り 詳 細 に 包 括 的 に 理 解 可 能
• 新 し いハー ド ウ ェ アの 最 初 の 開 発 段 階 には 理 想 的
• このプラッ ト フォームを 使 用 してコンソール (テキス ト) ベースのアプ リ ケーシ ョ ン を 構 築 可 能
スタンドアロン プラッ ト フォームの 短 所 は、 次 のとおりです。
• マルチタ ス ク を 必 要 と する 複 雑 なアプ リ ケーシ ョ ン システムが 構 築 できない
• GUI ベースのアプ リ ケーシ ョ ンには 向 かない
スタンドアロン アプ リ ケーシ ョ ンの 開 発 手 順 は、 次 の と お り です。
• 新 しいワークスペースを 作 成 してハード ウェア プラッ ト フォームをワークスペースにインポート (ハー ド ウ ェ
ア プラッ ト フォームは Vivado デザイ ン ツールからエク スポー ト )
• 新 しいボード サポー ト パッケージ (BSP) およびアプリ ケーシ ョ ンを 作 成
• 既 存 BSP およびソフ ト ウェア アプ リ ケーシ ョ ンをワーク スペースにインポート。 SDK のボード サポー ト パ ッ
ケージ (BSP) には、 提 供 されている API が 使 用 される 場 合 に ソ フ ト ウ ェ ア アプ リ ケーシ ョ ン で 使 用 で き る ラ イ
ブラ リおよびドライバーが 含 まれます。
• BSP 設 定 を 修 正
• BSP およびアプリ ケーシ ョ ンを 構 築
• ソフトウェア アプ リ ケーシ ョ ンをデバッグ
• ソフトウェア アプ リ ケーシ ョ ンをプロファ イル
図 4-10 は、 SDK ツールを 使 用 し た 開 発 サ イ ク ルを 示 し ています。
SDK 使 用 方 法 の 詳 細 は、 次 の 資 料 を 参 照 し て く だ さ い。
• 『K7 Embedded TRD 2013.2』 [ 参 照 49]
• 『OS およびラ イ ブ ラ リ 資 料 コ レ ク シ ョ ン』 (UG643) [ 参 照 5]
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
X-Ref Target - Figure 4-10
図 4‐10 : SDK ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 フ ロー
Linux プラッ トフォーム
Linux は、 マルチプロセス オペレーテ ィ ング システムで、 Linux プラッ ト フォーム 用 に 記 述 されたアプリケーション
は Linux を 実 行 する どのシ ス テム と も 互 換 性 があ り ます。アプ リ ケーシ ョ ンは Linux ライブラリ API を 使 用 する ので、
抽 象 的 な 方 法 でハー ド ウ ェ ア リソースにアクセスします。
Linux プラッ ト フォームのアプリケーショ ン 開 発 は、 ハードウェア プラ ッ ト フォームに 依 存 しないほかの Linux アプ
リ ケーシ ョ ン 開 発 プ ロ セス と 類 似 し ています。 SDK ワー ク スペースでアプ リ ケーシ ョ ン を 作 成 する 手 順 は、 Linux プ
ラットフォーム BSP が 選 択 される 点 を 除 き、 スタンドアロン プラッ ト フォームと 類 似 しています。
GNU ベース コンパイラのツール チェーン
Zynq-7000 AP SoC は、 次 の 2 つの 方 法 の GNU ツール チェーンの 起 動 をサポー ト しています。
• GNU オープン ソース ツール チェーン
• PetaLinux フレームワーク
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
これらについて、 次 のセ ク シ ョ ンで 説 明 し ます。
GNU オープン ソース ツール チェーン
オープン ソース ツール チェーンは、 Mentor Graphics 社 の CodeSourcery ツール チェーンに 基 づいています。 Sourcery
CodeBench は、 ARM、 Power、 ColdFire およびその 他 のアーキテクチャのエンベデッ ド C/C++ 開 発 のための 完 全 開 発
環 境 です。 Sourcery CodeBench Lite Edition には、 次 が 含 まれます。
• GNU C および C++ コンパイラ
• GNU アセンブラーおよびリ ンカー
• C および C++ ランタイム ライブラリ
• GNU デバ ッ ガー
ARM プロセッサの 場 合 、 ツール チェーンでは ARM アーキテクチャのバージ ョ ン 7 を 含 むアクテ ィブ アーキ テ ク
チャに 対 して ARM、 Thumb、 および Thumb-2 命 令 がサポー ト さ れます。
GNU オープン ソース ツール チェーンの 詳 細 は、ザイ リ ンクス Zynq-7000 AP SoC Linux Wiki ページ [ 参 照 63] を 参 照
してください。
PetaLinux フレームワーク
PetaLinux ツールは、Zynq-7000 AP SoC のザイ リ ン ク ス ハー ド ウ ェ ア デザイ ン フ ローで 使 用 で き る 開 発 環 境 です。 ソ
リ ューシ ョ ンには、 デザ イ ンの 生 産 性 を 上 げる よ う にエンベデ ッ ド Linux シ ス テム を 構 築 、 開 発 、 テ ス ト 、 展 開 する
のに 必 要 なすべてが 含 まれます。
PetaLinux は、 主 に 次 の 3 つのエレ メ ン ト から 構 成 されています。
• 前 もってコンフィギュレーショ ンされたバイナリ ブー ト 可 能 イ メ ージ
• ザイ リ ンクス デバイ ス 用 に 完 全 にカ ス タ マ イ ズ 可 能 な Linux オペレーテ ィ ング システム
• コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン、 ビル ド 、 展 開 などの 複 雑 な タ ス ク を 自 動 化 する ツールおよびユーテ ィ リ テ ィ を 含 む
PetaLinux ツール
PetaLinux は、 完 全 な 機 能 を 持 つ 統 合 さ れてお り 、 テ ス ト 済 みで、 資 料 が 提 供 さ れてい る ので、 ザ イ リ ン ク ス カスタ
マーに 推 奨 される Linux 展 開 メ カニズムです。 PetaLinux BSP には、 完 全 な 統 合 およびテ ス ト 済 みのザ イ リ ン ク ス デ
バイス 用 Linux オペレーテ ィ ング システムが 提 供 されています。
• BSP
• ブー ト ローダー
• Linux カーネル
• Linux アプ リ ケーシ ョ ンおよびラ イブラ リ
• C および C++ アプ リ ケーシ ョ ン 開 発
• デバ ッ グ
• スレッドおよび FPU サポー ト
• ネッ ト ワークおよびファームウェア コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン を 簡 単 に リ モー ト か ら 管 理 で き る 統 合 ウ ェ ブ サー
バー
PetaLinux は 安 定 し ていて 完 全 にテ ス ト された Linux バージ ョ ンに 基 づいていますが、 PetaLinux ツールにはザ イ リ ン
クス Git サーバーか ら 使 用 可 能 な も の よ り も 多 く の も のが 含 まれます。 PetaLinux ツールには、 イ ン ス ト ーラー、 開 発
ツール、 BSP、 プラ ッ ト フォーム 管 理 ユーテ ィ リ テ ィ、 アプ リ ケーシ ョ ンおよびラ イブラ リ フレームワーク、および
ザイ リ ンクス オープン ソース Linux (OS) には 含 まれない 資 料 などが 含 まれます。
PetaLinux ユーザーはすべて、 コ ミ ュニテ ィ (フォーラム ベース) サポー ト を 使 用 で き ます。 商 用 ラ イ セン スでは、 ザ
イリンクスから 直 接 サポートを 受 けることができます。
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第 4 章 : ソフトウェア デザイ ンの 考 慮 事 項
PetaLinux ツール チェーンの 詳 細 は、 ザイ リ ンクス PetaLinux ツールのウェブサイ ト [ 参 照 48] を 参 照 して く ださい。
JTAG デバッ ガー
GUI ベースの SDK にはデバ ッ グ 機 能 が 含 まれてお り 、 次 の 方 法 で コー ド をデバ ッ グで き ます。
• 1 つの 手 順
• ブレークポイン ト
• メモリ ウォッチ
• 分 解
• 呼 び 出 し ス タ ッ ク
• プロセッサ レジスタ ダンプ
SDK には、デバ ッ グ 機 能 を 使 用 する さ ま ざ ま な 方 法 が 含 まれます。シ ス テム デバ ッ ガーは、Vivado ハー ド ウ ェ ア サー
バー (TCF に 基 づ く ) に 基 づいています。 システム デバ ッ ガーでは、 JTAG または TCP/IP リ ン ク を 使 用 し たデバ ッ グ
操 作 が 実 行 さ れます。 Linux では、 JTAG リンクはローカル デバ ッ グ、 TCP/IP リンクは TCF エージ ェ ン ト と の 通 信 に
使 用 さ れます。 デバ ッ ガーは、 XSDB と 呼 ばれるコマンド ライン デバ ッ ガー と し て も 使 用 でき ます。 XSDB は、 SDK
を 起 動 し な く て も 使 用 で き ます。
GUI ベースの SDK デバ ッ ガーの 詳 細 については、 『K7 Embedded TRD 2013.2』 を 参 照 し て く だ さ い。 [ 参 照 49]
コマンド ライン XMD デバッ ガーの 詳 細 は、『エンベデッ ド システム ツール リファレンス マニュアル』 (UG1043) [ 参
照 21] を 参 照 して く ださい。
JTAG プロファイラー
GUI ベースの SDK には、 ソ フ ト ウ ェア プ ロ フ ァ イ ラーも 含 まれます。 プ ロ フ ァ イ ラーでは、 関 数 呼 び 出 し、 各 関 数
ご と にプ ロ セ ッ サで 費 や さ れる 時 間 、 プ ロ セ ッ サ 使 用 のグ ラ フ ィ ッ ク 表 示 など を 監 視 する こ と がで き ます。 デバ ッ グ
機 能 と 同 様 、 プ ロ フ ァ イ ラーは TCF ベースの XMD ツールに 基 づいており、 プロフ ァ イ リ ング 操 作 を JTAG リ ン ク を
使 用 し て 実 行 し ます。
詳 細 は、『AXI インターフェイス ベース KC705 エンベデッ ド キッ ト MicroBlaze プロセッサ サブシステム ソ フ ト ウ ェ
ア チュート リ アル』 (UG915) [ 参 照 12] を 参 照 して く ださい。
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第 5 章
ハー ド ウ ェ ア デザイ ン フロー
本 章 では、Zynq ® -7000 AP SoC デザ イ ン を 設 計 する 際 に 考 慮 する 必 要 のあ る 次 の よ う な ソ フ ト ウ ェ ア デザイ ン 問 題 に
ついて 説 明 し ます。
• 137 ページの 「Vivado IDE を 使 用 した IP サブシ ス テムの 構 築 」 : Vivado ® Design Suite では、 こ のセ ク シ ョ ン で
説 明 する さ ま ざ ま なツールを 使 用 し て IP サブシステムを 構 築 でき ます。
• 138 ページの 「ルール ベースの 接 続 」 : デザイ ン 検 証 プロセス (ブロック デザイ ンでデザイ ン ルール チ ェ ッ ク
を 実 行 し て 警 告 およびエ ラーを レポー ト ) を 実 行 する こ と でエ ラーを 見 つけ る こ と がで き ます。こ のセ ク シ ョ
ンでは、 こ のデザ イ ン 検 証 プ ロ セスについて 説 明 し ます。
• 138 ページの 「 階 層 的 な IP サブシステムの 作 成 」 : Vivado IP インテグレーター ツールを 使 用 する と 、 階 層 IP サ
ブシ ス テム を 作 成 で き ます。
• 138 ページの 「[Board Part Interfaces] タブ」 : IP インテグレーターの [Board Part Interfaces] タ ブには、 特 定 ボー ド
に 含 まれるすべての イ ン ターフ ェ イ スが 表 示 さ れます。
• 138 ページの 「ブ ロ ッ ク デザ イ ンの 生 成 」 : ブロック デザイ ン または IP サブシステムを 作 成 したら、 ソース コー
ド、 IP 制 約 、 および 構 造 ネ ッ ト リ ス ト を 生 成 で き ます。 こ れが 終 了 し た ら、 上 位 HDL デザ イ ンに 統 合 する か、
合 成 およびイ ンプ リ メ ンテーシ ョ ン を 実 行 し ます。
• 139 ページの 「 再 利 用 のための IP の 作 成 と パッ ケージ 化 」 : Vivado IP パ ッ ケージ ャーを 使 用 する と 、 カ ス タ ム IP
およびサードパーティ IP を Vivado IP カ タ ロ グで 使 用 でき る よ う に 準 備 でき ます。 このよ う にする と、 カ ス タ ム
IP を Vivado Design Suite を 使 用 してデザインにインスタンシエー ト できます。
• 140 ページの 「カ ス タ ム イ ン ターフ ェ イ スの 作 成 」 : Vivado Design Suite では、 すべての メ モ リ マップ イ ン タ ー
フェイスで AXI イ ン ターフ ェ イ スが 使 用 される よ う にする 必 要 があ り ます。 Vivado Design Suite には、 カ ス タ ム
IP インターフェイスを AXI イ ン ターフ ェ イ ス 規 格 に 準 拠 する よ う 変 換 する ウ ィ ザー ド があ り ます。
• 140 ページの 「カ ス タ ム IP の 管 理 」 : Vivado IP カタログには、 別 のソースから IP を 追 加 で き る ビル ト イ ン の リ
ポジ ト リ 管 理 機 能 が 含 まれます。
• 141 ページの 「Vivado 高 位 合 成 (HLS)」 : 高 位 合 成 (HLS) を 使 用 する と 、C、C++、OpenCL Kernel または SystemC
デザイ ン 仕 様 を レジス タ トランスファー レベル (RTL) イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン に 変 換 し 、 それを ザ イ リ ン ク ス
All Programmable デバイ スに 合 成 で き ます。
概 要
プログラマブル デバイ スの 集 積 度 が 増 加 し、 よ り 複 雑 にな り 、 ス ケジ ュールが 短 く な る につれ、 サー ド パーテ ィ IP
およびデザ イ ンの 再 利 用 が 必 須 になって き ています。 ザ イ リ ン ク スでは、 設 計 者 が 直 面 する こ れら の 課 題 を 認 識 し、
Vivado ® Design Suite に 新 たな 機 能 を 追 加 し、これらの 課 題 に 対 処 できるようにしました。この 機 能 は、Vivado IP イ
ンテグ レーター と 呼 ばれます。
IP イ ンテグ レーターを 使 用 する と 、ブ ロ ッ ク デザイ ンを 作 成 でき ます。ブロ ッ ク デザイ ン と は、ユーザーがコ ン フ ィ
ギュレーションした IP およびインターコネク ト を 含 む IP サブシステムのこ とです。 IP インテグレーターは、 Vivado
デザイ ン ツールで Zynq ® -7000 AP SoC、 MicroBlaze プロセッサ デザイ ン、 およびプロセ ッ サ ベース でないデザ イ
ン を 含 むエンベデ ッ ド プロセッサ デザ イ ン を 作 成 する ための 機 能 です。 Vivado HLS か ら の 高 位 合 成 モジ ュール、
System Generator からの DSP モジュール、 IP の 作 成 およびパ ッ ケージ 化 フ ローを 使 用 し て 作 成 し たカ ス タ ム IP を イ
ンスタンシエートするために 使 用 します。 デザインは、 IP インテグレーター GUI を 使 用 してインタ ラ クテ ィブに 作
成 でき るほか、 Tcl プログラ ミ ング イ ン ターフ ェ イ ス を 使 用 し て も 作 成 で き ます。
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第 5 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ン フロー
詳 細 は、 『Vivado Design Suite ユーザー ガイド :IP インテグレーターを 使 用 した IP サブシステムの 設 計 』 (UG994) [ 参
照 18] を 参 照 して く ださい。
Vivado IDE を 使 用 した IP サブシステムの 構 築
Vivado IDE では、 IP インテグレーター GUI、 Tcl スクリプト フロー、 または IP インテグレーターの 一 部 である 設 計
アシスタンスを 使 用 して、 IP サブシステムを 構 築 でき ます。
GUI を 使 用 した IP サブシステムの 作 成
IP インテグレーターには、 IP サブシ ス テム を 作 成 する ための 高 度 な GUI 環 境 があ り ます。 さ ま ざ ま な 自 動 化 機 能 を
使 用 し て、 IP コ ア を イ ン ス タ ンシエー ト し、 接 続 で き ます。 カ ス タ ム IP は、 IP インテグレーターで 使 用 できるよう
パ ッ ケージ 化 する こ と も 可 能 です。 デザ イ ン を GUI 環 境 で 再 構 成 し、 フ ローを 実 行 する 必 要 があ り ます。 デザ イ ンが
安 定 し た ら、 デザイ ンを 作 成 およびイ ンプ リ メ ン ト する ス ク リ プ ト を 記 述 でき ます。 GUI の 機 能 の 詳 細 は、 『Vivado
Design Suite ユーザー ガイド :IP インテグレーターを 使 用 した IP サブシ ス テムの 設 計 』 (UG994) [ 参 照 18] を 参 照 し て
ください。
スクリプト フローを 使 用 した IP サブシステムの 作 成
IP インテグレーターの GUI キャンバスでの 操 作 には、 等 価 の Tcl コマンドがあり ます。 これらの Tcl コ マ ン ド は、
Vivado Design Suite のジャーナル ファイルに 記 録 されます。 スクリプトはこのジャーナル フ ァ イ ルを 基 に 記 述 で き 、
作 成 し た ス ク リ プ ト を 使 用 し てデザ イ ン を 後 で 作 成 およびイ ンプ リ メ ン ト で き ます。
設 計 アシス タ ンス
プロセッサ ベースのデザ イ ン を 短 時 間 で 作 成 する には、 IP インテグレーターのブロック オート メーシ ョ ンおよびコ
ネクション オー ト メ ーシ ョ ン 機 能 を 使 用 し ます。 ブ ロ ッ ク オー ト メ ーシ ョ ン 機 能 は、 プ ロ セ ッ サおよび 関 連 の IP コ
アをコンフィギュレーショ ンするために 使 用 し、 コネクショ ン オー ト メーシ ョ ン 機 能 はデザイ ンの 異 なる ピン/ポー
ト への 反 復 的 な 接 続 に 使 用 し ます。 IP イ ンテグ レーターではボー ド も 認 識 さ れ、 ザ イ リ ン ク スの 評 価 ボー ド がサポー
ト さ れます。 評 価 ボー ド を ターゲ ッ ト ハー ド ウ ェ ア と し ている 場 合 、 IP イ ン テグ レーターでそのボー ド にあ るすべ
てのインターフェ イ スが 認 識 されるので、 コネクシ ョ ン オー ト メ ーシ ョ ン 機 能 を 使 用 し て、 デザ イ ンの I/O ポー ト を
ターゲッ ト ボード 上 の 既 存 のイ ン ターフ ェ イ スに 接 続 でき ます。 設 計 アシス タ ン スでは、 ク ロ ッ クおよび リ セ ッ ト も
接 続 で き ます。 [Signals] および [Board Interface] などの 複 数 のタブを 使 用 して、 ブロッ ク デザイ ンの 接 続 を 実 行 でき
ます。 設 計 アシ ス タ ン ス を 使 用 する と 、 接 続 をすばや く 実 行 で き、 意 図 し ないデザ イ ン エ ラーを 回 避 で き ます。
ブロック オー ト メーシ ョ ン
複 雑 な IP およびプロセッサ ベースのデザ イ ンの 中 には、IP インテグレーターでブロック オー ト メ ーシ ョ ン と 呼 ばれ
る 機 能 が 使 用 で き る も のがあ り ます。 こ の 機 能 を 使 用 する と 、 プ ロ セ ッ サ ベース ま たは IP ベースのサブシ ス テム と
よ く 使 用 さ れる コ ンポーネン ト をすばや く 統 合 で き ます。エンベデ ッ ド デザ イ ンの 基 本 的 な 構 築 ブ ロ ッ ク が 統 合 さ た
ら、 カタログから IP コ アを 追 加 し て こ の 基 本 的 なシ ス テム を 拡 張 し てい き ます。
コネクション オー ト メーシ ョ ン
ブロッ ク オー ト メ ーシ ョ ンが 実 行 さ れ、 基 本 的 なシ ス テムが 構 築 さ れた ら、 外 部 I/O ピ ン を 接 続 する 必 要 があ り ま
す。 こ れにはコ ネ ク シ ョ ン オートメーションを 使 用 できます。コネクション オー ト メ ーシ ョ ン を 使 用 する と 、 I/O ピ
ンへの 接 続 を 作 成 で き、 デザ イ ン 自 体 の 別 の ソースへの 接 続 も 作 成 可 能 です。 ボー ド が 認 識 さ れるので、 コ ネ ク シ ョ
ン オー ト メ ーシ ョ ン 機 能 でターゲ ッ ト ボー ド に 存 在 する 外 部 イ ン ターフ ェ イ スにブ ロ ッ ク デザ イ ンのポー ト を 接 続
し、 こ れ ら のポー ト の 物 理 制 約 を 作 成 で き ます。 そのため、 こ の 機 能 を 使 用 する こ と を 推 奨 し ます。
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第 5 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ン フロー
ルール ベースの 接 続
IP イ ンテグ レーターでは、 デザ イ ン を 構 築 し てい く 際 に リ アルタ イ ムで 基 本 的 なデザ イ ン ルール チェッ クが 実 行 さ
れますが、 デザ イ ン 作 成 中 に 何 ら かの 問 題 が 発 生 する 可 能 性 があ り ます。 た と えば、 ク ロ ッ ク ピ ンの 周 波 数 が 正 し く
設 定 さ れていない こ と があ り ます。 こ の よ う なエ ラーは、 デザ イ ン 検 証 を 実 行 する と 検 出 で き ます。 デザ イ ン 検 証 で
は、 ブロ ッ ク デザイ ンに 対 し てデザイ ン ルール チェッ クが 実 行 され、 デザインにエラーまたは 警 告 があればそれが
レポート されます。 このエラーまたは 警 告 メ ッセージをク リ ッ クする と、ブロッ ク 図 でその 部 分 がハイライ ト されま
す。 デザ イ ン フローの 後 半 までデザイン エ ラーに 気 づかない と い う 状 況 を 避 け る ため、 デザ イ ン を 検 証 する こ と を
お 勧 め し ます。
デザ イ ン 検 証 を 実 行 する と 、 ブ ロ ッ ク デザ イ ンのパラ メ ーター 伝 搬 も 実 行 さ れます。 これは、 IP インテグレーター
の 最 も 有 益 な 機 能 の 1 つです。 こ の 機 能 に よ り 、 IP コ アがデザイ ンにどのよ う に 接 続 されているかに 基 づいて、 パラ
メ ーターが 自 動 的 にア ッ プデー ト さ れます。 IP コ ア を 特 定 の 伝 搬 規 則 を 使 用 し てパ ッ ケージ 化 する と 、 ブ ロ ッ ク 図 の
生 成 時 に IP インテグレーターによりこれらのルールが 実 行 されます。
階 層 的 な IP サブシステムの 作 成
IP イ ンテグ レーターでは、 階 層 的 な IP サブシ ス テム を 作 成 で き ます。 こ の 機 能 は、 ブ ロ ッ ク を 多 数 含 むデザ イ ンで、
GUI のキ ャ ンバス 上 で 管 理 し に く い よ う な 場 合 に 便 利 です。 複 数 の 階 層 レベルがサポー ト さ れてお り 、 デザ イ ンでの
機 能 に 基 づいてブロ ッ ク をグループ 化 でき ます。 IP イ ンテグ レーター 内 で 階 層 を 使 用 する と 、 デザ イ ン をモジ ュール
化 でき、 IP インテグレーター キ ャ ンバスが 見 やす く な り ます。
デザイ ン オブジ ェ ク ト の 表 示 方 法 も 変 更 で き ます。 た と えば、 ク ロ ッ ク および リ セ ッ ト を 別 の 色 で 表 示 し た り 、 さ ま
ざ ま な レ イ ヤーを 表 示 ま たは 非 表 示 にで き ます。
[Board Part Interfaces] タブ
先 ほど 述 べた よ う に、 IP インテグレーターではボードが 認 識 されます。 ブロック デザイ ンのターゲ ッ ト を 特 定 のザ
イ リ ン ク ス 評 価 ボー ド に 設 定 する と 、 [Board Part Interfaces] タブにそのボードに 含 まれるすべてのインターフェ イ ス
が 表 示 されます。 [Board Part Interfaces] タブに 表 示 されるインターフェイスを 接 続 して、 プロセッサを 含 むターゲッ
ト デザイ ン またはプロセ ッ サを 含 まないターゲ ッ ト デザイ ンを 作 成 でき ます。 これは、 ブロ ッ ク デザ イ ン を 作 成 す
る ための 優 れた メ カニズムです。 接 続 に イ ン ターフ ェ イ ス を 選 択 する と 、 その イ ン ターフ ェ イ スに 接 続 可 能 なすべて
の IP コ アが 表 示 さ れます。 た と えば、 Kintex ® KC705 ボード では、 8 ビッ ト LED を 選 択 すると、 このインターフェ
イ スに 接 続 可 能 な 3 つの IP (GPIO、 I/O モジュール、 および MicroBlaze MCS IP) が 表 示 さ れます。 選 択 し た IP に 基 づ
いて、ボード 上 の LED に 接 続 する か、 設 計 アシ ス タ ン ス を 使 用 し てブ ロ ッ ク デザイ ンの 残 り の 部 分 に 接 続 でき ます。
ブロック デザイ ンの 生 成
ブロック デザイ ン または IP サブシステムを 作 成 したら、 ソース コード、 IP 制 約 、 および 構 造 ネ ッ ト リ ス ト を 生 成 で
き ます。 こ れが 終 了 し た ら、 上 位 HDL デザ イ ンに 統 合 する か、 合 成 およびイ ンプ リ メ ンテーシ ョ ン を 実 行 し ます。
ブロック デザイ ンを 独 立 させて 合 成
階 層 デザ イ ン フ ローを 使 用 する と、 デザ イ ン を 小 型 の 管 理 しやすいモジ ュールに 分 割 し て、 個 別 に 処 理 で き ます。
Vivado Design Suite では、 この 分 割 されたモジ ュールを 残 り のデザイ ンから 独 立 させて (アウ ト オブ コンテキスト
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第 5 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ン フロー
OOC) 合 成 で き ます。 IP インテグレーターでは、 OOC モジュールを 合 成 し、 デザイン チェッ クポイン ト (DCP) フ ァ
イルを 作 成 する のが 最 も よ く 使 用 さ れる フ ローです。 こ の よ う なブ ロ ッ ク デザ イ ンは、 よ り 大 型 の Vivado デザイ ン
の 一 部 と し て 使 用 さ れる 場 合 、 デザ イ ンのほかの 部 分 が 変 更 さ れる たびに 合 成 し 直 する 必 要 はないので、 ラ ン タ イ ム
が 大 幅 に 短 縮 さ れるので、 特 にデザ イ ン を 吟 味 する 初 期 段 階 で ラ ン タ イ ムが 問 題 と な る 場 合 に 考 慮 する 必 要 があ り ま
す。
リモート ブロック デザイ ンの 作 成
IP インテグレーターでは、 複 数 の Vivado Design Suite プ ロ ジ ェ ク ト で 再 利 用 可 能 な ス タ ン ド ア ロ ン ブロック デザ イ
ン を 作 成 で き ます。 デザ イ ン を 作 成 し た ら、 リ ビ ジ ョ ン 管 理 下 に 置 いて、 複 数 の 設 計 チームで 同 じ ブ ロ ッ ク デザイ ン
を 再 利 用 し て、 複 数 のプ ロ ジ ェ ク ト を 作 成 で き る よ う に し ます。 こ れはIP イ ンテグ レーターの 重 要 な 再 利 用 機 能 であ
り 、 チームでデザ イ ン を 開 発 する 場 合 に 考 慮 する 必 要 があ り ます。
再 利 用 のための IP の 作 成 とパ ッ ケージ 化
Vivado IP パ ッ ケージ ャーを 使 用 する と 、 カ ス タ ム IP およびサードパーティ IP を Vivado IP カタログで 使 用 できるよ
うに 準 備 できます。このようにすると、カスタム IP を Vivado Design Suite を 使 用 してデザインにインスタンシエート
できます。 次 の IP パ ッ ケージ 化 フ ローを 使 用 する と 、 ザ イ リ ン ク ス IP、 サードパーティ IP、 またはカスタム IP のい
ずれも Vivado Design Suite で 同 様 に 使 用 で き ます。
カスタム IP および IP サブシステムのパッケージ 化
Vivado の Create and Package IP ウ ィ ザー ド を 使 用 する と 、 Vivado IP カ タ ロ グか ら 使 用 可 能 なカ ス タ ム IP を 作 成 でき
ます。 IP コ アのパ ッ ケージ 化 には、 業 界 標 準 の IP-XACT フ ォーマ ッ ト が 使 用 さ れます。 パ ッ ケージ 化 さ れた IP の
ディレク ト リは、 Vivado Design Suite の [Project Settings] → [IP] → [Repository Manager] タブに 追 加 できます。 IP コア
の リ ポジ ト リ を 追 加 する と 、 その IP が IP カタログに 表 示 されるよ うになり、 選 択 してカスタマイズできます。
Vivado IP パ ッ ケージ ャーを 使 用 し た フ ローは、 次 の と お り です。
1. Vivado IP パ ッ ケージ ャーを 使 用 し て、 IP の HDL および 関 連 するデータ ファイルを 作 成 してパッケージ 化 しま
す。IP パ ッ ケージ ャーでは、 現 時 点 では SystemVerilog ソースは 最 上 位 と し てはサポー ト さ れません。SystemVerilog
ソースには Verilog または VHDL ラッパーが 必 要 です。
2. パッケージ 化 された IP をチーム メンバーまたはカスタマーに 提 供 します。
3. エンド ユーザーは、その IP ディレク ト リを Vivado Design Suite の [Project Settings] → [IP] → [Repository Manager]
タブに 追 加 します。
4. IP コアが IP カ タ ロ グに 表 示 さ れ、 ザ イ リ ン ク ス 提 供 の IP と 同 様 、 その IP を 選 択 およびカスタマイズできるよ
うになります。
Create and Package IP ウ ィザードでは、2 つの 方 法 でカ ス タ ム IP を 作 成 できます。1 つ 目 の 方 法 では、Create and Package
IP ウ ィザードで 1 つ 以 上 の AXI イ ン ターフ ェ イ ス を 含 む 新 規 IP コアを 作 成 します。インターフェイスを 作 成 したら、
カスタム IP を 挿 入 してインターフェ イ スに 接 続 します。 2 つ 目 の 方 法 では、 IP コアをパッケージ 化 し、 IP インテグ
レーターで 後 で 使 用 でき る よ う に IP カ タ ロ グに 含 めます。 こ の 方 法 は、 AXI インターフェイスを 含 むカスタム IP の
すべての HDL フ ァ イルがあ る 場 合 に 使 用 で き ます。
Create and Package IP ウ ィ ザー ド を 使 用 する と 、 ザ イ リ ン ク ス IP、 サードパーティ IP、 カスタム IP のどれでも、 同 じ
ように 設 定 できるようになります。IP の 作 成 およびパ ッ ケージの 詳 細 については、 『Vivado Design Suite ユーザー ガ
イド : カスタム IP の 作 成 およびパ ッ ケージ』 (UG1118) [ 参 照 22] を 参 照 して く ださい。
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第 5 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ン フロー
IP カタログのアップデート
Vivado IP カタログは、IP の 検 索 、 詳 細 情 報 の 確 認 、 関 連 資 料 の 表 示 を 実 行 可 能 な 統 合 リ ポジ ト リ です。 IP コアをパッ
ケージ 化 した 後 、 その IP コアを 含 む IP リポジト リを Vivado ツールで 指 定 し て、 Vivado IP カタログに IP コ ア を 追 加
できます。 これで、 新 し くパッケージ 化 された IP を IP インテグレーターで 使 用 できます。
カスタム イ ン タ ーフ ェ イ スの 作 成
Vivado Design Suite では、 すべての メ モ リ マップ インターフェイスで AXI インターフェイスが 使 用 されるようにす
る 必 要 があ り ます。Vivado Design Suite には、 カス タ ム IP インターフェイスを AXI イ ン ターフ ェ イ ス 規 格 に 準 拠 する
よう 変 換 するウィザードがあります。Create and Package IP ウ ィザードでは、3 種 類 の AXI インターフェイスを 生 成
できます。
• AXI4 :1 つのア ド レ ス フェーズを 使 用 して、 最 大 256 データ 転 送 サ イ ク ルのバース ト が 可 能 な メ モ リ マップ イ
ン ターフ ェ イ スに 使 用 し ます。
• AXI4-Lite : 軽 量 の 単 一 ト ラ ンザ ク シ ョ ンの メ モ リ マップ インターフェイスです。
• AXI4-Stream :アドレス フ ェーズの 要 件 を 削 除 し、 制 限 のないデータ バース ト サ イ ズを 使 用 で き る よ う に し ます。
Create and Package IP ウ ィザードでは、HDL、 ドライバー、テスト アプ リ ケーシ ョ ン、 バス ファンクション モデル
(BFM)、 およびテンプレート 例 を 含 む AXI4 ペ リ フ ェ ラ ルのテンプレー ト を 作 成 で き ます。 ペ リ フ ェ ラルが 作 成 さ れ
たら、 デザイン ファイルを 追 加 してカスタム IP を 完 成 します。 詳 細 は、『Vivado Design Suite ユーザー ガイド :IP を
使 用 し た 設 計 』 (UG896) [ 参 照 22] および 『Vivado Design Suite ユーザー ガイド :IP インテグレーターを 使 用 した IP サ
ブシ ス テムの 設 計 』 (UG994) [ 参 照 18] を 参 照 して く ださい。
カスタム IP の 管 理
Vivado IP カタログには、 別 のソースから IP を 追 加 で き る ビル ト イ ンの リ ポジ ト リ 管 理 機 能 が 含 まれます。 カ ス タ ム
IP が 表 示 される よ う にするには、ホ ス ト マシンからアクセス 可 能 なディ レ ク ト リ にカスタム IP を 置 き、Vivado Design
Suite を 起 動 して IP カタログで [IP Settings] ツールバー ボタンをク リ ックして、 新 しいユーザー リポジト リのディレ
ク ト リ を 指 定 し て、 新 規 IP がカタ ログに 含 まれる よ う にします。
リポジト リには、 次 の 2 種 類 があ り ます。
• 標 準 ザ イ リ ン ク ス リポジト リ : Vivado Design Suite には、 標 準 ザイ リ ン ク ス リポジト リが 含 まれています。 これ
らのリポジト リは 常 にオンになっており、 ザイ リンクス IP カ タ ロ グで 変 更 する こ と はで き ません。
• 設 定 さ れたユーザー リポジト リ : ユーザー リポジト リは、1 つ 以 上 の IP コアを 含 むアクティブなマシンからア
クセス 可 能 なディレク ト リです。
リポジト リ マネージ ャーを 使 用 する と 、 ユーザー リ ポジ ト リ を 追 加 ま たは 削 除 し た り 、 リ ポジ ト リ 間 の 優 先 順 位 を
指 定 で き ます。 IP は、 ベンダー、 ラ イ ブ ラ リ 、 名 前 、 バージ ョ ン (VLNV) に よ って 区 別 さ れます。
複 数 の リ ポジ ト リ が 参 照 さ れ、 同 じ IP の VLNV が 複 数 のロ ケーシ ョ ンにあ る 場 合 は、 優 先 順 位 の 最 も 高 い リ ポジ ト
リの IP コアが 表 示 されます。 ザイ リンクス IP リ ポジ ト リ は 常 にオンになってお り 、 優 先 順 位 は 一 番 低 く なっていま
す。
プ ロ ジ ェ ク ト の リ ポジ ト リ 設 定 を 変 更 する と 、リ ポジ ト リ マネージ ャーに よ り 変 更 がプ ロ ジ ェ ク ト 設 定 に 保 存 さ れる
ので、 そのプロ ジェ ク ト を どのマシンで 開 いて も、 変 更 された リ ポジ ト リ 設 定 が 使 用 されます ( リポジト リ パスが 有
効 であ る 場 合 )。
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第 5 章 : ハー ド ウ ェ ア デザイ ン フロー
Vivado 高 位 合 成 (HLS)
高 位 合 成 (HLS) を 使 用 する と 、 C、 C++、 OpenCL Kernel または SystemC デザイ ン 仕 様 を レジス タ トランスファー
レベル (RTL) イ ンプ リ メ ンテーシ ョ ンに 変 換 し、 それをザ イ リ ン ク ス All Programmable デバイ スに 合 成 でき ます。
HLS では、 デザイ ンに 対 して 2 種 類 の 合 成 を 実 行 し ます。
• アルゴ リ ズム 合 成 : 機 能 文 を 複 数 ク ロ ッ ク サイクル 数 の RTL 文 に 合 成 し ます。
• インターフェイス 合 成 : 関 数 引 数 (またはパラ メーター) を 特 定 のタ イ ミ ング プロ ト コルを 使 用 した RTL ポート
に 変 換 し、 デザイ ンがシステム 上 のほかのデザイ ン と 通 信 でき る よ う にし ます。
手 動 の RTL デザ イ ン と 同 様 に、 可 能 な イ ンプ リ メ ンテーシ ョ ンおよび 最 適 化 は 数 多 く あ り 、 その 組 み 合 わせ も 非 常
に 多 数 です。 HLS を 使 用 する と 、 ユーザーが こ の よ う な 詳 細 を 考 慮 する 必 要 はな く 、 短 時 間 で 最 適 なデザ イ ン を 作 成
できます。
HLS は 通 常 、 SDK またはサードパーティ ツールでソフ ト ウェア アプ リ ケーシ ョ ンのプ ロ フ ァ イ リ ン グ を 実 行 し て ソ
フトウェアのボトルネックを 特 定 した 後 に 使 用 されます。ボトルネックとなっている 関 数 を 特 定 したら、これらの 関
数 を HLS を 使 用 してハード ウ ェアに 移 動 します。 この HLS デザイ ンを IP コアとしてエクスポート し、 IP インテグ
レーターで 使 用 できます。 HLS では、 IP の 機 能 を 検 証 する ために 使 用 でき る シ ミ ュ レーシ ョ ン モデルも 生 成 でき ま
す。 詳 細 は、 『Vivado Design Suite ユーザー ガイド : 高 位 合 成 』 (UG902) [ 参 照 9] を 参 照 して ください。
まとめ
エンベデッ ド デザイ ンを IP イ ンテグ レーターでキ ャ プチャする には、 通 常 次 の 手 順 に 従 う 必 要 があ り ます。
1. Zynq-7000 AP SoC や MicroBlaze プロセッサなどのプロセッサ IP を 追 加 します。
2. プロセッサ IP をインスタンシエートすると、 設 計 アシスタンスが 使 用 できるよ うになります。 設 計 アシスタン
ス を 使 用 し て、 プ ロ セ ッ サおよびペ リ フ ェ ラ ルを コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン し ます。
3. 必 要 に 応 じ てプロ セ ッ サを さ らにカ ス タ マイ ズ し ます。 この 手 順 は、 ク ロ ッ ク、 リ セ ッ ト 、 I/O ポー ト などに 機
能 および 制 御 を 追 加 する 場 合 に 必 要 です。
4. ペリフェラルを 追 加 し、 設 計 アシスタンスがあればそれを 利 用 してペリフェラルを 接 続 します。
5. GPIO、 イーサネットなどの 外 部 インターフェイス 用 にコネクティビティ IP を 追 加 します。
6. 必 要 に 応 じ てプ ロ グ ラ マブル ロジックのカスタム ア ク セ ラ レータ を 追 加 し ます。
7. [Signals] タブまたは Make Connection ウィザードを 使 用 して、 クロックおよびリセット ド メ イ ン を 接 続 し て 確 認
します。
8. デザイ ン ルール チェ ッ ク を 実 行 し、 デザ イ ン を 検 証 し ます。 デザ イ ン 検 証 で 検 出 さ れたエ ラーま たは 警 告 を 解
決 し、 エ ラーがな く な る までデザ イ ンの 検 証 を 続 け ます。
9. デザ イ ン を 合 成 、 イ ンプ リ メ ン ト し、 ビ ッ ト ス ト リ ーム を 生 成 し ます。
10. ソフトウェア 開 発 のためデザインを SDK にエク スポー ト し ます。
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第 6 章
ソフトウェア デザイ ン フロー
この 章 では、 Zynq ® -7000 AP SoC でのソ フ ト ウ ェア デザイ ン フ ローについて 説 明 し、 ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 における さ
ま ざ ま な 役 割 に 関 する ガ イ ダン ス を 示 し ます。 各 役 割 のデザ イ ン フローについて、 ツール フローの 概 要 、 およびザ
イ リ ン ク スおよびパー ト ナーか ら 提 供 さ れてい る 各 段 階 の ソ リ ューシ ョ ン を 示 し ます。 よ り 詳 細 な 情 報 が 必 要 な 場 合
は、 こ のガ イ ド のほかのセ ク シ ョ ンおよび 外 部 資 料 への 参 照 が 示 さ れています。
ASIC および ASSP とは 異 なり、 Zynq-7000 AP SoC にはプログ ラマブル ロジック (PL、 デバイスのハードウェアでコ
ンフィギュレーショ ン 可 能 な FPGA 部 分 ) とプロセッシング システム (PS、 2 つの ARM Cortex-A9 コア) が 含 まれま
す。 PL のハー ド ウ ェ ア 設 計 およびコ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンは、 ザ イ リ ン ク ス Vivado ® ツールを 使 用 し て 実 行 し ます。
詳 細 は、 第 5 章 「ハードウェア デザイ ン フロー」 を 参 照 して く ださい。 Vivado ツールからのハード ウェア デザイ ン
フ ァ イルは、 ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 用 にザ イ リ ン ク ス SDK に 送 信 されます。 図 6-1 に、Zynq-7000 AP SoC でのハード ウ ェ
アとソフトウェアの 開 発 フローを 示 します。
X-Ref Target - Figure 6-1
図 6‐1 : ハー ド ウ ェ アおよびソ フ ト ウ ェ アの 開 発 フ ロー
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第 6 章 : ソフトウェア デザイ ン フロー
142 ページの 図 6-1 を 見 る と、ハード ウェア フローからソフトウェア フ ローに 送 信 さ れる フ ァ イル (ハン ドオフ ファ
イル) には、 ハー ド ウ ェ ア 仕 様 、 PS ペ リ フ ェ ラ ル 情 報 、 レ ジ ス タ メモリ マップ、 PL の ビ ッ ト ス ト リ ームな ど の 情 報
が 含 まれています。ハン ド オフ フ ァ イルに よ り 、ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 者 は Zynq-7000 AP SoC のリコンフィギュレーショ
ン 可 能 なハー ド ウ ェ ア を 考 慮 する 必 要 はあ り ません。ハン ド オフ ファイルは、ソフトウェアに 対 してハードウェアを
ASSP の よ う に 示 し ます。 ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 者 はハン ド オフ フ ァ イルを 使 用 し て、 フ ァーム ウ ェ ア、 ド ラ イバー、 お
よびボード サポー ト パッケージ (BSP) を 設 計 し ます。
通 常 、Zynq7000-AP SoC のソフ ト ウェア デザイ ン フローには、 図 6-2 に 示 すソ フ ト ウ ェ ア 層 の 1 つま たは 複 数 の 開 発
が 含 まれます。
X-Ref Target - Figure 6-2
図 6‐2 : ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 層
こ の 後 のセ ク シ ョ ンで、 ボー ド 立 ち 上 げ、 ド ラ イバー 開 発 、 アプ リ ケーシ ョ ン 開 発 の 3 つの 役 割 におけ る ソ フ ト ウ ェ
ア 開 発 フ ローについて 説 明 し ます。 各 役 割 は、 図 6-2 に 示 す 層 の 1 つを 開 発 し ます。 こ の 章 の 該 当 する セ ク シ ョ ン を
参 照 し て、 役 割 に 関 連 する ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 フ ローを 理 解 で き ます。
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第 6 章 : ソフトウェア デザイ ン フロー
ボード 立 ち 上 げ
ボー ド 立 ち 上 げの 作 業 には、 低 レベル ファームウェアの 開 発 、 ブート シーケ ン ス の 設 定 、 イ ン ターフ ェ イ スおよび
ペ リ フ ェ ラ ルの 基 本 的 なテ ス ト が 含 まれます。 こ のセ ク シ ョ ンでは、 ボー ド 立 ち 上 げの 基 本 的 な 作 業 の 次 の 段 階 で 使
用 可 能 なザ イ リ ン ク ス 開 発 ソ リ ューシ ョ ン を 示 し ます。
1. PS の 初 期 化
2. PL コンフィギュレーション
3. メモリおよびペリフェラルのテスト
4. ハー ド ウ ェ ア と ソ フ ト ウ ェ アのデバ ッ グ
PS の 初 期 化
Vivado でデザイ ンをエク スポー ト する と、 ps7_init.tcl および ps7_init.c フ ァ イルが 自 動 的 に 作 成 されます。
ps7_init.c ファイルは 初 期 化 ファイルで、 FSBL (First Stage Boot Loader) で PS を 初 期 化 す る ために 使 用 さ れ ます。
ボード の 立 ち 上 げの 最 初 の 手 順 では、 ターゲ ッ ト Zynq-7000 AP SoC にザイ リ ン ク ス デバッガーを 介 して 接 続 し、
ps7_init.tcl スクリプト (ps7_init.c と 同 じ 結 果 を 提 供 ) を 実 行 して PS ペリフェラル、 クロック、DDR、 PLL、
および MIO を 初 期 化 し ます。 PS が 正 し く 初 期 化 さ れた こ と を 検 証 する には、 メ モ リ 読 み 出 し を 実 行 し て、 XSDB デ
バッガーからコマンドを 検 証 します。システム ペ リ フ ェ ラ ルに 対 し て 読 み 出 しおよび 書 き 込 みを 実 行 し て、 基 本 的 な
機 能 を 検 証 で き ます。
FSBL は、 U-Boot などのセカンド ステージ ブー ト ローダーを 読 み 込 むか、 オペレーテ ィ ン グ シ ス テム を 読 み 込 んで
ブー ト で き ます。 ベア メ タル インプリ メンテーションでは、 FSBL はアプ リ ケーシ ョ ン コー ド を 直 接 読 み 込 みます。
通 常 のブー ト およびセキ ュ ア ブー ト を 含 む FSBL の 詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 者 向
けガイ ド』 (UG821) [ 参 照 7] を 参 照 して く ださい。
サー ド パーテ ィ デバ ッ ガーでは、 FSBL を 使 用 して DDR メ モ リ を 初 期 化 し、 アプ リ ケーシ ョ ン コー ド を 読 み 込 む こ
とができ、 これらをデバッガーでデバッグできます。 たとえば、 FSBL を OCM に 読 み 込 み、 数 秒 間 実 行 し て 停 止 し、
その 後 デバ ッ グ ツールを 使 用 し て、 JTAG を 介 してデバッグ 用 に DDR のアプ リ ケーシ ョ ン コー ド を 読 み 込 む こ と が
で き ます。 ほ と んどのデバ ッ ガーでは、 こ のプ ロ セス を 自 動 化 する ス ク リ プ ト メカニズムがサポートされます。
ザイ リ ンクス SDK リポジト リには、 ボード 立 ち 上 げに 使 用 できるベアメタル ドライバーが 含 まれています。
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第 6 章 : ソフトウェア デザイ ン フロー
U‐Boot
U-Boot はオープン ソースのユニバーサル ブー ト ローダーで、プラ イマ リ またはセカンダ リ ブー ト ローダー と し て 使
用 でき ます。 U-Boot は、 ス タ ン ド ア ロ ン アプ リ ケーシ ョ ン、 ビ ッ ト ス ト リーム、 または Linux OS カーネルを 読 み 込
むのに 使 用 でき ます。 Zynq-7000 AP SoC では、 U-Boot はセカンダ リ ブー ト ロ ーダー と し て 使 用 さ れますが、 プ ラ イ
マリ ブー ト ローダー と し て コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンおよび 再 構 築 で き ます。FSBL は、U-Boot などのセカンダリ ブー
ト ローダーを 起 動 する ために 設 計 さ れています。 U-Boot は 外 部 デバイ スか ら 読 み 込 むこ と がで き、 プ ラ イ マ リ ブー
ト ローダーで 初 期 化 さ れない PS ペ リ フ ェ ラ ルを 初 期 化 する のに 使 用 で き ます。U-Boot やその 他 のセカンダ リ ブー ト
ローダーは、 ブー ト 時 間 を 短 縮 する ため 最 終 製 品 か ら 削 除 で き ます。
図 6-3 に、 ブー ト プ ロ セスに 関 連 する ブー ト シーケンス と フ ァ イルを 示 し ます。
X-Ref Target - Figure 6-3
図 6‐3 : ブート シーケンスとブー ト ファイル
オープン ソースのザイ リ ンクス U-Boot プロジェク トは、 ザイ リ ンクス Git リ ポジ ト リ か ら 入 手 で き ます。 ザ イ リ ン
クス U-Boot は、 PetaLinux の 一 部 と し て も リ リ ース されています。 U-Boot のコンフィギュレーショ ンおよびビルドの
詳 細 は、 ザ イ リ ン ク ス U-Boot の Wiki ページ [ 参 照 57] を 参 照 して く ださい。
PL コンフィギュレーション
PL は、 ARM コアで 実 行 されているソフト ウェアまたは JTAG を 介 してコンフ ィ ギュレーシ ョ ンされます。 ザイ リ ン
クスでは、FSBL、 U-Boot、 または Linux を 使 用 した PL コンフィギュレーションがサポート されています。
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第 6 章 : ソフトウェア デザイ ン フロー
プロダクショ ン ボード では、 FSBL で PCAP インターフェイスを 使 用 して PL を コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン で き ま す。
開 発 およびデバ ッ グ 段 階 では、Vivado ツールまたはザイ リ ンク ス SDK を 使 用 して JTAG を 介 して PL を コ ン フ ィ ギ ュ
レーシ ョ ンできます。 PL を コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン し た 後 、 プ ロ セ ッ サか ら PS ペリフェラルと 同 様 に PL ペリフェ
ラ ルにア ク セスで き ます。 こ の 段 階 では、 デバ ッ ガーで PL ペリフェラル レ ジ ス タ に 対 し て 読 み 出 しおよび 書 き 込 み
を 実 行 できます。
メモリおよびペリフェラルのテスト
ザイ リ ンクス SDK には、 DDR メモリ と、 メモリ コント ローラーおよび DDR インターフェイスのシグナル イ ン テ グ
リ テ ィ を 検 証 する メ モ リ テ ス ト が 含 まれています。ベア メ タル メモリ テス ト アプ リ ケーシ ョ ンを 使 用 して、DDR メ
モリのパワーオン セルフ テス ト を 実 行 できます。 DRAM テス ト アプ リ ケーシ ョ ン テ ン プ レー ト は、 イ ン ス ト ール
ディレク ト リの SDK\2014.2\data\embeddedsw\lib\sw_apps\zynq_dram_test にあ り ます。
多 くの PS ペ リフェラルのサンプル ドライバーが 用 意 されています。 これらは、インストール デ ィ レ ク ト リ の
SDK\\data\embeddedsw\XilinxProcessorIPLib\drivers\ に あ り ま す。 こ の
フォルダーには、ザイ リンクス ソフト IP コアのサンプル テス ト アプ リ ケーシ ョ ン も 含 まれてい ます。 こ れ ら のテ ス
ト を 使 用 し て、 ボー ド 立 ち 上 げ 段 階 でペ リ フ ェ ラ ルをテ ス ト で き ます。 ま た、 テ ス ト を 変 更 し て、 包 括 的 なパワーオ
ン セルフ テス ト またはビルト イン テ ス ト を 開 発 する こ と も で き ます。
ハー ド ウ ェ ア と ソ フ ト ウ ェ アのデバッ グ
DDR の 初 期 化 でエ ラーが 発 生 する こ と があ り ます。 その 場 合 、 FSBL 段 階 のデバ ッ グ を 実 行 し てデバ ッ ガーに 接 続 で
き ます。 その 後 、 DDR にダウンロード されるアプ リ ケーシ ョ ンをデバッグできます。 ザイ リ ン ク ス SDK では、 ヘテ
ロジニアス マルチコア デバ ッ グがサポー ト されてお り 、MicroBlaze プロセッサと ARM コアの 両 方 をデバッグでき
ます。 問 題 が ソ フ ト ウ ェ アにあ る のかハー ド ウ ェ アにあ る のかがはっ き り し ない 場 合 は、 ク ロ ス トリガーを 使 用 でき
ます。 ク ロス ト リ ガーの 設 定 の 詳 細 は、 『Vivado Design Suite チュート リ アル : エンベデッ ド プロセッサ ハー ド ウ ェ
ア デザイ ン』 (UG940) [ 参 照 15] を 参 照 して く ださい。
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第 6 章 : ソフトウェア デザイ ン フロー
ド ラ イバーの 開 発
ド ラ イバー 開 発 では、 SoC およびオンボード ペリフェラル 用 のソフトウェア ドライバーを 作 成 し、OS やベア メ タル
アプ リ ケーシ ョ ンなどの 上 位 ソ フ ト ウ ェ ア 層 の イ ン ターフ ェ イ ス を 確 立 し ます。ARM Cortex-A9 および MicroBlaze コ
ア 用 にペ リ フェ ラル ドライバーを 作 成 する 必 要 があります。 このセクションでは、 コンフィギュレーションされた
ハー ド ウ ェ ア 用 にベア メ タルおよび Linux ド ラ イバーを 開 発 する 際 の 考 慮 事 項 と 、 使 用 可 能 なザ イ リ ン ク ス ソ リュー
ションを 示 します。
ベアメ タル ドライバー
ザイ リ ンクス SDK では、 ド ラ イバー 開 発 (ザイ リ ンクス IP ドライバーおよびカスタム ドライバーの 両 方 ) お よ び ソ
フトウェア 開 発 サイクルで 使 用 されるさまざまなファイル タイプがサポートされています。 図 6-4 にファ イル タイ
プ と デ ィ レ ク ト リ 構 造 を 示 し ます。
X-Ref Target - Figure 6-4
図 6‐4 : ドライバー、OS、 ライブラリのディレクトリ 構 造
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第 6 章 : ソフトウェア デザイ ン フロー
ハン ドオフ フ ァ イルの 詳 細
図 6-5 に、 ハン ド オフか らデバ ッ グ までの ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 サ イ ク ルを 示 し ます。
X-Ref Target - Figure 6-5
図 6‐5 : SDK を 使 用 し た ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 サイ クル
ソフ ト ウェア 開 発 サイクルは、 ハードウェア デザイ ン フローで 作 成 されたハンドオフ フ ァ イ ルか ら 開 始 し ます。
Vivado ツールでハード ウェア デザイ ンが 用 意 される と、 ド ラ イバーおよびアプ リ ケーシ ョ ンの 開 発 で SDK によ り 使
用 されるハードウェア ハン ドオフ フォルダーが 作 成 されます。 2014.2 リリースから、Vivado ハー ド ウ ェ ア エクス
ポー ト によ り 1 つの 圧 縮 されたハー ド ウ ェ ア 定 義 フ ァ イル (*.hdf) が 作 成 され、 SDK_Export フォルダーに 保 存 さ
れます。 このファ イルには、 ベース ア ド レ スやバージ ョ ン 情 報 などのハー ド ウ ェ アの 詳 細 が 含 まれます。 SDK ワー
クスペースから、ハードウェア プラッ ト フォーム プロジェク トが 作 成 されます。 ワー ク スペース 内 に 作 成 さ れたプ ロ
ジェク トは *.hdf フ ァ イルに 指 定 する こ と に よ り コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン さ れます。 SDK の 2014.2 リリースから、
*.hdf フ ァ イルに 加 えて 従 来 の XML ファイルのインポートがサポート されるようになりました。
BSP プ ロ ジ ェ ク ト を 構 築 する 際 は、 SDK によ り xparameters.h フ ァ イルが 生 成 され、 ハード ウ ェ アの 詳 細 (ベース
ア ド レ スおよび 割 り 込 み ID など) が #define 定 数 の 形 で 挿 入 さ れます。 ソ フ ト ウ ェ ア ドライバー (スタンドアロン
プラッ ト フォーム) およびアプ リ ケーシ ョ ンは、 コー ド の こ れら の 定 数 を 参 照 で き ます。
ドライバー フ ァ イルの 構 成
ザイ リ ンクス IP (PS ペリフェラル IP およびソフ ト IP) のドライバーは、SDK に 含 まれています。これらの ド ラ イバー
は、 SDK インストール ディレク ト リの data/embeddedsw/XilinxProcessorIPLib/drivers フォルダーにあ
ります。 各 ドライバーは、 個 別 のフォルダーに 含 まれます。 これらのドライバーは、SDK インストール ディレク ト
リの data/embeddedsw/XilinxProcessorIPLib/drivers フォルダーにあります。
各 ドライバー フ ォルダーには、 次 の 4 つのサブフ ォルダーがあ り ます。
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第 6 章 : ソフトウェア デザイ ン フロー
• data : MDD ファイルと Tcl スクリプト ファイルが 含 まれます。
• doc : API の 詳 細 と ド ラ イバーに イ ンプ リ メ ン ト さ れるデータ 構 造 を 示 すヘルプ ファイルが 含 まれます。
• examples : ド ラ イバーの 使 用 法 の 例 を 示 す C ソース フ ァ イルが 含 まれます。 これらの 例 は、 ビル ド し てハード
ウ ェ ア 上 ですぐ 駆 動 で き ます。ス タ ン ド ア ロ ン アプ リ ケーシ ョ ンをビルドする 手 順 に 従 う 際 にそのまま 使 用 でき
ます。 必 要 に 応 じ て 変 更 も 可 能 です。
• Src : ドライバーのソース コード (C および H ファイル) が 含 まれます。
ソース ファイルのリポジト リは、 図 6-6 に 示 す 構 造 になっています。
X-Ref Target - Figure 6-6
図 6‐6 : ソース ファイルのリポジトリ
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第 6 章 : ソフトウェア デザイ ン フロー
ドライバーのソース コードをプロジェク ト ワー ク スペースに 読 み 込 むため、 SDK によ り MDD フ ァ イ ルが 各 バー
ジ ョ ンのフ ォルダーに 読 み 込 まれます。 MDD フ ァ イルのパ ラ メ ーター 値 に 基 づいて、 対 応 する ド ラ イバー バージ ョ
ンが 選 択 さ れます。SDK で ド ラ イバーに 複 数 のバージ ョ ンが 検 出 される と 、デフ ォル ト で 最 新 のバージ ョ ンが 選 択 さ
れます。 プ ロ グ ラ マでは、 ド ロ ッ プボ ッ ク スか ら 必 要 なバージ ョ ン を 選 択 で き ます。
MDD は、 次 の タ ス ク で 使 用 さ れます。
• カスタム ドライバーを SDK に 統 合
• 既 存 のド ライバーを 変 更 し、 その 変 更 したバージ ョ ンを SDK に 統 合
• 新 しいソフ ト ウェア サービ ス を 追 加 する な ど、 BSP を 変 更
IP ブロックと ドライバー
表 6-1 は、 IP ブロック と ド ライバーを 示 しています。 この 表 に 示 すよ うに、 どちらのタイプの IP ブロックに 対 して
も、 SDK でドライバーのソース コー ド を 特 定 し て 読 み 込 むこ と がで き ます。
表 6‐1 : SDK でサポー ト される IP ブ ロ ッ ク と ド ラ イバーの 組 み 合 わせ
ソフト IP (PL)
ザイリンクス ドライバー
サポー ト あ り
カスタム ドライバー
サポー ト あ り
PS IP (PS)
サポー ト あ り
サポー ト あ り
PS IP
PS IP は、 Zynq-7000 AP SoC PS に 含 まれるハード ウ ェ ア ブロックです。 PS には、 複 数 のペ リ フ ェ ラル (USB、 I2C、
イーサネッ ト など) と ARM Cortex-A9 プロセッサが 含 まれます。
ペリフェラルにアクセスするには、 アプリケーションにドライバー サポー ト が 必 要 です。 ベア メ タル ドライバーお
よび Linux ド ラ イバーは 提 供 さ れています。 SDK では、すべての PS IP ペ リ フ ェ ラ ル 用 のビル ド 済 みベア メ タル ド ラ
イバーと Linux カーネル (ザイ リ ンクス サポー ト ) ド ラ イバーが 提 供 さ れています。
ソフト IP
ソフト IP は、 デザ イ ンの 一 部 と し て 構 築 さ れ、 Zynq-7000 AP SoC PL に 読 み 込 まれるハー ド ウ ェ ア ブ ロ ッ ク です。 た
とえば、 PL 内 の ソ フ ト IP ブロックには、 VDMA、 AXI イーサネッ ト、 サードパーティ IP ブロッ クなどがあり ます。
ペリフェラルにアクセスするには、 アプリケーションにドライバー サポー ト が 必 要 です。 ベア メ タル ドライバーお
よび Linux ドライバーは 提 供 されています。ベアメタル ドライバーは SDK で 提 供 されてお り 、Linux ド ラ イ バーはザ
イリンクスから Linux カーネル ソース ツ リ ーに よ り 提 供 さ れています。
サー ド パーテ ィ IP ドライバーを SDK で 使 用 でき る よ う にするには、 次 の 手 順 に 従 う 必 要 があ り ます。
• IP ブ ロ ッ ク 用 の ド ラ イバーを 作 成 し ます。
• SDK で 使 用 する 関 連 のデータ 定 義 フ ァ イル (MDD) とデータ 生 成 ファイル (Tcl) を 作 成 し ます。
• ドライバーのパスを SDK プロジェク トの 外 部 リポジト リ として 設 定 します。 これで、 SDK で 通 常 どお り ド ラ イ
バーが 認 識 さ れ、 読 み 込 まれます。
151 ページの 図 6-7 に、 ベアメタル ド ラ イバー と アプ リ ケーシ ョ ン 開 発 フ ローを 示 し ます。
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第 6 章 : ソフトウェア デザイ ン フロー
X-Ref Target - Figure 6-7
図 6‐7 : ベアメ タル アプ リ ケーシ ョ ンの 概 要
詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 者 向 けガ イ ド 』 (UG821) [ 参 照 7] を 参 照 して く ださい。
ザイリンクス ドライバー フロー
ソフト IP ドライバーは、 ツール イ ンス ト ールと 共 に 提 供 されています。 ド ラ イバーは、 標 準 ド ラ イバーの 場 所 から
BSP に 直 接 イ ンポー ト でき ます。
標 準 ド ラ イバーを 変 更 および 使 用 する には、 次 の 2 つの 方 法 があ り ます。
• 方 法 1 :
° デフォル ト のド ラ イバー パスでド ラ イバー ソース コー ド を 変 更 し ます。
° BSP を 読 み 込 み 直 し て 構 築 し ます。 こ れに よ り 、 変 更 さ れた ド ラ イバーが 読 み 込 み 直 さ れます。
• 方 法 2 :
° ローカル パスにド ライバー フ ォルダー 構 造 を 作 成 し ます。
° 標 準 ド ラ イバーをコピーし、 異 なるバージ ョ ン 番 号 を 付 けます。
° ソース コー ド と 対 応 する MDD ファイルを 変 更 します。
° SDK で、 ローカル リポジト リ パスを 指 定 し、 SDK で 変 更 し た ド ラ イバーが 使 用 される よ う にし ます。
MDD パラ メーターの 詳 細 は、 『 基 本 的 なソフ ト ウェア プラッ ト フォームの 生 成 リ ファレンス ガイド』 (UG1138) [ 参
照 23] の 「Microprocessor Driver Definition (MDD)」 の 章 を 参 照 し て く だ さ い。
カスタム ドライバー フロー
カスタム IP ソ フ ト ウ ェ アは、 ラ イ ブ ラ リ ま たは ド ラ イバーの 形 式 にする こ と がで き ます。 ザ イ リ ン ク ス MDD および
MLD ファイルは、 カスタム IP ブロ ッ ク 用 の ド ラ イバーの 作 成 に 必 要 な 機 能 を 提 供 し、 次 を 可 能 にし ます。
• 新 しいド ライバーを 変 更 し、 SDK に 統 合
• 既 存 の ド ラ イバーを カ ス タ マ イ ズ
• BSP フ ォーマ ッ ト およびフ ォルダー 構 造 を OS ツール チェーンに 合 わせてカスタマイズ
• ハー ド ウ ェ アに 基 づいて OS をカスタマイズ
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第 6 章 : ソフトウェア デザイ ン フロー
MLD フォーマッ トは、 ライブラ リおよび OS を カ ス タ マ イ ズする ために 使 用 するパラ メ ーターを 記 述 し ます。 Libgen
ツールでコ ンフ ィ ギュ レーシ ョ ンする 必 要 のあ るユーザー 記 述 ラ イブラ リ およびオペレーテ ィ ング システムの 詳 細
は、 『 基 本 的 な ソ フ ト ウ ェ ア プラッ ト フォームの 生 成 リ ファレンス ガイド』 (UG1138) [ 参 照 23] の 「Microprocessor
Software Specification (MSS)」 の 章 を 参 照 し て く だ さ い。
MDD ファイルには、 ソフトウェア ドライバーをカスタマイズまたは 作 成 するための 指 示 子 が 含 まれます。MDD
フ ォーマ ッ ト および ド ラ イバーのカ ス タ マ イ ズ ま たは 作 成 に 使 用 可 能 なパ ラ メ ーターの 詳 細 は、 『 基 本 的 な ソ フ ト
ウェア プラッ ト フォームの 生 成 リ ファレンス ガイド』 (UG1138) [ 参 照 23] の 「Microprocessor Driver Definition (MDD)」
の 章 を 参 照 し て く だ さい。
カスタム ド ラ イバーの 変 更 および 仕 様 方 法 は、 151 ページの 「ザ イ リンクス ドライバー フロー」 に 説 明 されている
ザイ リ ンクス ドライバーの 方 法 2 と 同 じです。
Linux ド ラ イバーの 開 発
Zynq-7000 AP SoC 上 の Linux には、 PS IP (ペリフェラル) とソフト IP (PL にインプリ メン ト されたカスタム ロ ジ ッ ク
) の 両 方 に ド ラ イバーが 必 要 です。 ド ラ イバーは、 カーネルの 一 部 と し て、 またはロー ド 可 能 なカーネル モジュール
として Linux に 追 加 で き ます。 ザ イ リ ン ク スでは、 Zynq-7000 AP SoC をターゲッ ト とした 完 全 な Linux ソース を 提 供
し ています。 詳 細 およびコ ピーをダ ウ ン ロー ド する には、 ザ イ リ ン ク スが 提 供 する Linux カーネルのページ [ 参 照 98]
を 参 照 して く ださい。 ザイ リ ン ク ス Wiki の Linux ドライバー ページに、 ザ イ リ ン ク スか ら の ド ラ イバーに 関 する 情
報 が 記 載 さ れています。 こ のページには、 ザ イ リ ン ク スが 提 供 する Linux に 関 する ソ リ ューシ ョ ンの 情 報 も 記 載 さ れ
ています。
ザイ リ ンクス ツールの リ リース 時 には Zynq-7000 AP SoC 評 価 ボー ド (ZC702、 ZC706、 および ZedBoard) 用 の ビル ド
済 みの イ メ ージが リ リ ース さ れます。
デバイス ツリー
ハード ウ ェアの 追 加 または 削 除 に 関 する 情 報 (PL の IP ブロッ クなど) は、デバイ ス ツ リ ーを 使 用 し てカーネルに 送 信
できます。 デバイス ツ リ ーには、 ハー ド ウ ェ アに 関 する 特 定 情 報 を 送 信 する のに も 使 用 で き ます。
ザイ リ ンクス Wiki のビルド デバイ ス ツ リー ページに、ザ イ リ ン ク ス SDK を 使 用 してデバイ ス ツ リー BSP の 構 築 方
法 が 記 載 さ れています。 デバイ ス ツ リー BSP を 作 成 する には、 SDK で 次 の 2 つのフ ァ イルが 必 要 です。
• Vivado ツールからのハード ウェア ハン ドオフ ファイル
• SDK リポジト リのデバイス ツリー リリースからのデバイス ツリー ファイル (.tcl および .mld)
ルー ト ファイル システム
ザイ リ ンクスでは、 Zynq-7000 AP SoC 用 に 初 期 ルー ト ファイル システム ramdisk/initrd を 提 供 し てい ます。 サポー ト
されるほかのファイル システムは、 システム ブー ト の 後 にルー ト ファイル システムに 組 み 込 むこ とができます。
ルー ト ファイル シ ス テムの 構 築 および 変 更 方 法 については、 ザ イ リ ン ク ス Wiki ページを 参 照 し て く だ さ い。
Linux カーネルのデバッグ
ザイ リ ンクス SDK のシステム デバ ッ ガーを 使 用 する と 、JTAG を 介 して Linux カーネルをデバ ッ グで き ます。 シ ス テ
ム デバ ッ ガーはヘテ ロ ジニア ス マルチコア デバ ッ ガーであ り 、MicroBlaze と ARM コ ア を 同 時 にデバ ッ グで き ます。
Linux カーネルを SMP モー ド で 実 行 し てい る 場 合 、 シ ス テム デバ ッ ガーでプ ロ セ ッ サ コ ア を 個 別 に 制 御 で き ます。
PL ア ド レ ス 空 間 をデバ ッ グで き、 デバ ッ グ 中 、 メ モ リ ビューに PL メ モ リ 空 間 が 表 示 さ れます。
SDK ヘルプに、 シス テム デバ ッ ガーを 使 用 し て Zynq-7000 AP SoC 上 の Linux カーネルをデバ ッ グする 方 法 が 示 さ れ
ています。 SDK ヘルプには、 デバ ッ グ コンフィギュレーション 中 に Linux カーネル シンボル フ ァ イルを 追 加 する 方
法 、 Windows 環 境 で Linux ホス ト マシンからのコンパイル パスを Linux ソース ツ リ ーにマ ッ プす る 手 順 も 説 明 さ れ
ています。
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第 6 章 : ソフトウェア デザイ ン フロー
実 行 中 の ターゲ ッ ト に 接 続 する モー ド を 使 用 し てデバ ッ グする 場 合 、 デフ ォル ト では PL レジスタにはアクセスでき
ません。SDK シ ェルを 使 用 し て 環 境 変 数 HW_SERVER_ALLOW_PL_ACCESS を 設 定 し、 次 の 手 順 に 従 って hw_server
を 開 始 する 必 要 があ り ます。
1. 実 行 中 の hw_server インスタンスを 停 止 します。
2. SDK からターミナル コマンド プロンプト を 起 動 し、HW_SERVER_ALLOW_PL_ACCESS 環 境 変 数 を 設 定 し ます。
3. 同 じシェルから hw_server を 起 動 します。
GDB デバッ ガーを 使 用 し て、 JTAG を 介 して Linux カーネルをデバッ グする こ と もでき ます。 ARM DS-5 で も 、
Zynq-7000 AP SoC 上 の Linux カーネルのデバッグがサポー ト されています。
アプリケーシ ョ ン 開 発
アプ リ ケーシ ョ ンは、ベア メ タルまたは Linux や FreeRTOS などのオペレーティング シ ス テムで 実 行 する よ う 開 発 さ
れます。 このセクシ ョ ンでは、 Zynq-7000 AP SoC 上 で 実 行 される Linux およびベアメ タル プ ラ ッ ト フ ォ ーム 用 のア
プ リ ケーシ ョ ンの 開 発 、 デバ ッ グ、 および 解 析 方 法 を 説 明 し ます。 ソ フ ト ウ ェ ア アプ リ ケーシ ョ ンの 開 発 、 デバッ
グ、 および 開 発 で SDK ツールを どの よ う に 使 用 で き る かを 示 す 使 用 例 も 示 し ます。
ベアメ タル
SDK では、 エク スポー ト と されたハード ウ ェア デザイ ンでのソ フ ト ウ ェ ア アプ リ ケーシ ョ ン 開 発 をサポー ト し てい
ます。 SDK は、 Vivado ツールか ら エ ク ス ポー ト さ れたデザ イ ンか ら ハー ド ウ ェ アの 情 報 を 抽 出 し ます。 その 情 報 に
基 づき、 完 全 なアプ リ ケーシ ョ ン 開 発 環 境 を 提 供 し ます。 アプ リ ケーシ ョ ンの 開 発 には、 ハー ド ウ ェ ア 初 期 化 、 ド ラ
イバー、およびライブラ リのセッ ト (TCP/IP スタック (lwIP)、FAT ファイル システム (FFS) など) を 含 むボード サポー
ト パ ッ ケージが 必 要 です。
ザイ リ ンクス SDK では、 次 の 2 つのテンプレー ト タ イ プが 提 供 さ れます。
• Zynq-7000 AP SoC 用 のハード ウ ェア (PS のみ) テンプレート : こ のテンプレー ト を 使 用 する と 、 Vivado ツールで
デザ イ ン を 作 成 せずにアプ リ ケーシ ョ ン を 開 発 で き ます。 ZC702、 ZC706、 ZedBoard、 および MicroZed ボード 用
のテンプレー ト が 提 供 さ れています。
• アプ リ ケーシ ョ ン テンプレート : 使 用 可 能 なペ リ フ ェ ラ ルを 使 用 し たハー ド ウ ェ ア デザイ ン 用 に、hello world な
どの 定 義 済 みアプ リ ケーシ ョ ンおよび 空 のアプ リ ケーシ ョ ン を 生 成 で き ます。 lwIP などのその 他 のアプリ ケー
ションは、SDK で 最 小 限 の 労 力 で 作 成 で き ます。
SDK をバッチ モー ド で 使 用 する と 、 SDK IDE を 起 動 せずに、 コ マン ド ライン イ ン タ ーフ ェ イ ス か ら アプ リ ケーシ ョ
ン を 作 成 およびビル ド で き ます。
詳 細 は、 ザ イ リ ン ク ス ソフトエア 開 発 キッ ト ヘルプ (UG782) [ 参 照 6] を 参 照 して く ださい。
ザイ リ ンクス SDK には、 スタンドアロン アプ リ ケーシ ョ ンの 開 発 に 使 用 でき る ラ イブラ リ のセ ッ ト が 含 まれていま
す。 詳 細 は、 122 ページの 「スタンドアロン システムのザイ リ ンクス ラ イブラ リ」 を 参 照 して ください。
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第 6 章 : ソフトウェア デザイ ン フロー
使 用 例 : 開 発 、 デバ ッ グ、 および 統 合
図 6-8 に、 C/C++ アプ リ ケーシ ョ ン を 作 成 する ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス を 示 し ます。 詳 細 は、 SDK ヘルプ [ 参 照 6] を 参 照
してください。 Xilinx C/C++ New Project Wizard
X-Ref Target - Figure 6-8
図 6‐8 : C/C++ アプリケーシ ョ ンを 作 成 するダイアログ ボックス
アプ リ ケーシ ョ ン を 作 成 し た ら、 ビル ド する 必 要 があ り ます。 詳 細 は、 SDK ヘルプ [ 参 照 6] を 参 照 して ください。 プ
ロジェク ト 構 築 のウェブページ
アプ リ ケーシ ョ ンの 実 行 およびデバ ッ グの 詳 細 は、ザ イ リ ン ク ス ソフトエア 開 発 キッ ト ヘルプ (UG782) の 「Running,
Debugging, and Profiling Projects」 [ 参 照 6] を 参 照 して ください。
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第 6 章 : ソフトウェア デザイ ン フロー
Linux アプリケーシ ョ ン 開 発
Linux アプ リ ケーシ ョ ンでは、 Linux カーネル、 ラ イブラ リ 、 フ ァ イル システム、およびドライバー API を 含 む Linux
ソフトウェア スタックを 使 用 します。
Linux アプ リ ケーシ ョ ンの 開 発 に 影 響 する アーキテ ク チ ャ の 選 択 には、 次 の も のがあ り ます。
1. 対 称 型 マルチプ ロ セ ッ シング (SMP) ま たは 非 対 称 型 マルチプ ロ セ ッ シン グ (AMP) システム
2. AMP シ ス テムでの リ ソース 共 有 。 AMP システムでは、 個 別 のコアにメモリ マ ッ プが 必 要 です。 詳 細 は、 サンプ
ル AMP コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン を 参 照 し て く だ さ い。
3. SMP システムの 割 り 込 みアフィニティ
4. サー ド パーテ ィ ライブラリ。 詳 細 は、122 ページの 「ラ イ ブ ラ リ および ミ ド ルウ ェ ア」 を 参 照 し て く だ さ い。 自
社 固 有 のプ ロ ジ ェ ク ト で 使 用 さ れる オープン ソース ラ イ ブ ラ リ およびソ フ ト ウ ェ アの ラ イ セン ス を 考 慮 する 必
要 があ り ます。
5. TrustZone 実 行 などのセキ ュ ア 実 行
6. カスタム IP のドライバー サポー ト
7. プロセッサ 間 の 通 信 メカニズム。 詳 細 は、「How a MicroBlaze can peaceably coexist with the Zynq-7000 AP SoC」 [ 参
照 82] と い う 記 事 を 参 照 し て く だ さ い。
アーキテ ク チャ 設 計 に 関 する 考 慮 事 項 は、 第 4 章 「ソフトウェア デザ イ ンの 考 慮 事 項 」 を 参 照 して く ださい。
ザ イ リ ン ク スでは、 アーキテ ク チ ャ の 設 計 および 評 価 段 階 で 使 用 可 能 な 資 料 、 基 本 的 な ソ フ ト ウ ェ ア ブロック、およ
びリファレンス デザイ ンを 提 供 し ています。 詳 細 は、ザイ リ ン ク ス Linux Wiki ページ [ 参 照 54] を 参 照 して く ださい。
アプ リ ケーシ ョ ン 開 発 フ ロー
ザイ リ ンクス SDK では、Linux アプ リ ケーシ ョ ンの 開 発 のためのツール と 推 奨 開 発 フ ローが 提 供 さ れています。 詳 細
は、『Zynq-7000 All Programmable SoC ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 者 向 けガ イ ド 』 (UG821) [ 参 照 7] の「ソフトウェア アプ リ ケー
シ ョ ンの 開 発 フ ロー」 を 参 照 し て く だ さ い。
または、 自 社 製 またはサードパーティ ソリューションを 使 用 して Linux アプ リ ケーシ ョ ン を 開 発 する こ と も で き ま
す。 Zynq-7000 AP SoC 用 のアプ リ ケーシ ョ ンを 開 発 するには、 ツールに 次 のサポー ト が 必 要 です。
• ホス ト システム 上 のクロス 開 発 ツール チェーンを 含 むビルド システム
• Linux カーネル、 デバイ ス ツリー、 ソフトウェア スタック、 およびライブラリ
• Zynq-7000 AP SoC Linux ターゲッ ト またはエミ ュレーシ ョ ン プラッ ト フォーム
Linux アプ リ ケーシ ョ ン 開 発 のザイ リ ン ク ス ツール フロー
ザイ リ ンクスでは、 PetaLinux ツール フローおよびザイリンクス Linux ディス ト リビューションの 一 部 として、Linux
ドライバー、BSP、 およびソース コードを 提 供 しています。 PetaLinux フローは、 Zynq-7000 AP SoC と 同 様 の FPGA
およびデバイ ス 用 に 設 計 さ れています。 完 全 なツール チェーン、 BSP、 ザイリンクス 評 価 ボードを 含 む、Zynq-7000
AP SoC 用 のコ ンフ ィ ギュ レーシ ョ ンおよび Linux 展 開 機 能 が 含 まれます。 PetaLinux のコンフィギュレーショ ンの 詳
細 は、 ザイ リ ン ク ス Wiki の PetaLinux ページを 参 照 し て く だ さ い。
PetaLinux については、 114 ページの 「OS および RTOS の 選 択 」 でよ り 詳 細 に 説 明 しています。
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第 6 章 : ソフトウェア デザイ ン フロー
図 6-9 に、 Linux アプ リ ケーシ ョ ンの 開 発 に 使 用 さ れるザイ リ ン ク ス ツールを 示 します。
X-Ref Target - Figure 6-9
図 6‐9 : Linux アプ リ ケーシ ョ ンの 開 発 に 使 用 されるザイ リ ン ク ス ツール
ザイリンクス SDK を 使 用 したアプリケーシ ョ ンの 開 発
ザイ リ ンクス SDK では、 Zynq-7000 AP SoC 用 の Linux アプ リ ケーシ ョ ン の 開 発 お よ びデバ ッ グがサポー ト さ れてい
ます。 ARM Linux GCC ツール チェーン (Sourcery CodeBench Lite) がサポー ト されてお り 、 Linux アプ リ ケーシ ョ ン の
開 発 用 に さ ま ざ ま なザ イ リ ン ク ス ツールが 含 まれます。 ザイ リ ンク ス SDK には Linux アプ リ ケーシ ョ ン テ ン プ レー
トおよびサポート ライブラリも 含 まれており、Zynq-7000 AP SoC を 最 小 限 の 設 定 で 評 価 で き ます。
Linux アプ リ ケーシ ョ ン 開 発 フ ロー 詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 者 向 けガ イ ド』
(UG821) [ 参 照 7] の 「ソフ ト ウェア アプ リ ケーシ ョ ンの 開 発 フ ロー」 を 参 照 し て く だ さ い。
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第 6 章 : ソフトウェア デザイ ン フロー
図 6-10 に、SDK で Linux アプ リ ケーシ ョ ン 開 発 プ ロ ジ ェ ク ト を 作 成 する ダ イ ア ロ グ ボックスを 示 します (OpenCV サ
ンプル アプ リ ケーシ ョ ン テンプレート を 使 用 )。 SDK では、 OpenCV アプ リ ケーシ ョ ンに 必 要 な ラ イ ブ ラ リ が 提 供 さ
れます。
X-Ref Target - Figure 6-10
図 6‐10 : ザイ リンクス SDK で 新 規 Linux アプリケーシ ョ ンを 作 成 するダイアログ ボックス
図 6-11 に、 SDK を 使 用 して Linux アプ リ ケーシ ョ ンをビルドする 際 に 選 択 できるビルド 設 定 と ラ イブラ リ を 示 しま
す。
X-Ref Target - Figure 6-11
図 6‐11 : ザイ リンクス SDK のビルド 設 定 およびライブラ リ
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第 6 章 : ソフトウェア デザイ ン フロー
SDK では、 Zynq-7000 AP SoC の Linux ターゲッ トに IP ア ド レ ス を 使 用 し て 接 続 で き ます。 接 続 し た ら 、 アプ リ ケー
ション 実 行 ファイルを Linux ターゲッ トにコピーして 実 行 できます。
Linux アプリケーシ ョ ンのデバッグ
Linux アプ リ ケーシ ョ ンは、GDB またはザイ リ ンクス システム デバ ッ ガーを 使 用 し て Zynq-7000 AP SoC 上 でデバ ッ
グできます。 ザイ リ ンクス SDK では、 ローカル ターゲッ ト またはリモート ターゲッ トの Linux アプ リ ケーシ ョ ン も
デバ ッ グでき ます。 Linux アプ リ ケーシ ョ ンのデバッグは、 ザイ リ ンク ス SDK で GDB の gdbserver ま たはシ ス テ ム
デバ ッ ガーの TCF エージ ェ ン ト を 使 用 する こ と に よ り サポー ト さ れます。Linux アプ リ ケーシ ョ ンをシステム デバ ッ
ガーを 使 用 し てデバッ グするには、 TCF エージェ ン ト のプロセス を Linux ターゲ ッ ト 上 で 実 行 する 必 要 があ り ます。
X-Ref Target - Figure 6-12
図 6‐12 : ザイ リンクス SDK のビルド 設 定 およびライブラ リ
Linux アプ リ ケーシ ョ ンは、 ARM DS-5 などのその 他 の IDE を 使 用 し て 開 発 およびデバ ッ グする こ と も で き ます。 コ
マンド ラ イ ン を 使 用 する 場 合 は、 自 社 製 のビル ド システムまたは OS ベンダーか ら 取 得 し たビル ド シ ス テ ム を 使 用
できます。 Zynq-7000 AP SoC のエコシステムは、 さ まざまな OS パー ト ナーに よ り サポー ト されています。 OS パー
トナーのリストは、114 ページの 「OS および RTOS の 選 択 」 を 参 照 して く ださい。
ザイリンクス SDK ツールおよびパッケージ
ザイ リ ンクスでは、 Zynq-7000 AP SoC ソフトウェア 開 発 用 にツールおよびソフトウェア パッケージを 提 供 していま
す。 開 発 ユーテ ィ リ テ ィ は、 次 の 形 で リ リ ース さ れます。
• SDK IDE でリ リースされるザイリンクス ツール
• ベア メ タル BSP、 ドライバー、ソース コードを 含 むソフ ト ウェア パッケージ
• ザイ リ ンクス Git を 介 して リ リ ース される ソ フ ト ウェア
ザイ リンクス SDK でリリースされるツール
このセクショ ンでは、 ザイ リンクス SDK でリ リースされるツールおよびユーティ リティについて 説 明 します。
ブート イメージの 作 成
ザイ リ ンクス SDK には、 ブー ト イ メ ージを 作 成 する ツール Bootgen が 含 まれています。 Bootgen は、 ブー ト ロ ーダー
FSBL、 ビットストリーム、アプリケーション 実 行 ファイル (U-Boot を 含 む) を 結 合 し、 bin または .mcs 形 式 のブー
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第 6 章 : ソフトウェア デザイ ン フロー
ト イ メージを 生 成 します。SDK には、 パーテ ィ シ ョ ン イ メ ージを 追 加 し、 ブー ト 可 能 イ メ ージを 作 成 する ブー ト イ
メージ 作 成 ウィザード オプションもあります。 詳 細 は、 次 の 資 料 を 参 照 してください。
• ザイ リ ンクス ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 キ ッ ト ヘルプ (UG782) [ 参 照 6] の 「Creating a Zynq Boot Image for an
ApplicationCreating a Zynq Boot Image for an Application」
• 『Zynq-7000 All Programmable SoC ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 者 ガ イ ド 』 (UG821) [ 参 照 7] の 付 録 「Bootgen の 使 用 」 (this link)
を 参 照 して く ださい。
• Vivado Design Suite ビデオ チュート リ アル : ザイ リ ンクスの SDK を 使 用 して Zynq ブー ト イ メ ージを 作 成 す る 方
法
プログラ ミング ユーテ ィ リ テ ィ
フラッシュのプログラム
[Program Flash] ユーテ ィ リ テ ィ を 使 用 する と 、.bin および .mcs ファイルをオンボードのフラッシュ デバ イ ス にダ ウ ン
ロードできます。 図 6-13 に、 こ のユーテ ィ リ テ ィ でサポー ト される フ ラ ッ シ ュ デバイスを 示 します。
X-Ref Target - Figure 6-13
FPGA のプログラム
図 6‐13 : [Program Flash] ユーテ ィ リ テ ィ でサポー ト されるフ ラ ッ シュ デバイス
PL ビ ッ ト ス ト リ ームは 複 数 の 方 法 でプ ロ グ ラ ムで き ます。SDK GUI の [Program FPGA] ユーテ ィ リ テ ィ を 使 用 する の
が 1 つの 方 法 です。
デバッ ガー
ザイ リンクス SDK には、 ARM および MicroBlaze のデバッ グをサポー ト するヘテ ロ ジニアス デバ ッ ガーが 含 ま れて
います。デバッグ 機 能 は、 GUI およびコマンド ライン インターフェイスで 使 用 できます。コマンド ライン イ ン タ ー
フェイスでは Tcl スクリプトがサポートされ、コマンドを JTAG モード で 実 行 でき ます。 次 に、 ザイ リ ン ク ス SDK で
サポー ト されるデバッガーを 示 し ます。
• システム デバ ッ ガー
• XSDB : ザイ リ ンクス システム デバ ッ ガー (コマンド ライン)
• XMD : Xilinx Microprocessor Debugger
• GDB デバ ッ ガー
デバ ッ ガーで MicroBlaze コ アが 認 識 される よ う にするには、 Vivado でハード ウ ェア デザイ ンを 作 成 する 際 に MDM
を 有 効 にする 必 要 があ り ます。
SDK システム デバ ッ ガーには、 Zynq-7000 AP SoC 上 で 実 行 中 の コー ド をデバ ッ グする のに 役 立 つハー ド ウ ェ ア と ソ
フ ト ウ ェ アのデバ ッ グ 機 能 があ り ます。デバ ッ ガーでは、ハー ド ウ ェ ア と ソ フ ト ウ ェ アの ク ロ ス トリガーもサポート
されます。
詳 細 は、 第 7 章 「デバッグ」を 参 照 して く ださい。
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第 6 章 : ソフトウェア デザイ ン フロー
パフォーマンス 解 析
パフ ォーマン ス 解 析 は、 コー ド のボ ト ルネ ッ ク を 特 定 する のに 重 要 です。 ザ イ リ ン ク ス SDK には、 コード プロファ
イラーとパフォーマンス アナラ イザーが 含 まれています。 詳 細 は、 第 2 章 「プ ロ フ ァ イ リ ン グおよび 分 割 」 を 参 照 し
てください。
アプリケーショ ン テンプレート
図 6-14 に、 ベア メ タル プログラ ミ ング 用 に SDK に 含 まれる アプ リ ケーシ ョ ン テンプレート を 示 します。
X-Ref Target - Figure 6-14
図 6‐14 : SDK アプリケーシ ョ ン テンプレート
ザイ リンクス Git ソフトウェア ソリューション
ザイ リ ンクスでは、 Zynq-7000 AP SoC および MicroBlaze ターゲッ ト 用 のシステム ソ フ ト ウ ェ ア を リ リ ース し てい ま
す。 Git ページに リ リ ース されているパッケージの 一 部 を 次 に 示 します。
1. Linux xlnx : ザイ リ ンクス Linux カーネル
2. U-boot-xlnx : ザイ リ ンクス U-Boot リポジト リ
3. device-tree : ザイ リンクス SDK Linux デバイ ス ジェネレーター
4. meta-xilinx : Yocto/OE-core 用 のザイ リ ン ク ス デバイ スおよびボー ド サポー ト
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第 6 章 : ソフトウェア デザイ ン フロー
ザイリンクス ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 ツール
ザイ リ ンクスで 提 供 されるソフ ト ウェア 開 発 ツールには、 SDK およびザイ リ ンクス Yocto プロジェク トがあり ます。
ザイ リンクス SDK
ザイ リ ンクス SDK は Eclipse ベースの IDE で、 ザイ リ ン ク ス ツールおよびソ フ ト ウェア パ ッ ケージが 含 ま れ ま す。
ザイ リ ンクス FPGA および Zynq-7000 AP SoC デバイ ス 用 のエンベデッ ド ソフトウェアを 開 発 できます。 SDK には、
ザ イ リ ン ク ス 評 価 ボー ド 用 の 定 義 済 みハー ド ウ ェ ア コンフィギュレーション、ペリフェラルおよび IP のデバイ ス ド
ライバー、ベアメタル BSP リ ポジ ト リ 、フ ァーム ウ ェ ア と 必 要 なサポー ト ライブラリ、アプリケーション テンプレー
トなど、 主 要 なソフトウェア パッケージが 含 まれます。 パッケージは 最 新 のソース コード と 共 にリ リースされ、 必
要 に 応 じ て 変 更 でき ます。 SDK には、 ブー ト イ メージの 作 成 、 プロセッサのプログラム、 パフォーマンスのテス ト
に 使 用 されるその 他 のツールも 含 まれます。
ザイ リ ンクス SDK は 無 償 で 提 供 されてお り 、 http://japan.xilinx.com/tools/sdk.htm からダウンロードできます。
PetaLinux
PetaLinux は、 All Programmable デバイ ス 上 の Linux ベースの ソ フ ト ウ ェ ア を 開 発 および 展 開 する ための ソ リ ューシ ョ
ンを 提 供 します。 PetaLinux ツール セ ッ ト には、 イ ン ス ト ーラー、 開 発 ツール、 ザ イ リ ン ク ス 評 価 ボー ド 用 の Linux
ベースの BSP、 ライブラリ フレームワークが 含 まれます。PetaLinux の 詳 細 は、 ザイ リ ン ク ス Wiki ページで 説 明 さ れ
ています。Wiki ページには、 ザ イ リ ン ク スが 提 供 する Linux に 関 する ソ リ ューシ ョ ンおよびザイ リ ン ク スのオープン
ソース ソフトウェアの 資 料 もあります。
ザイ リンクス Yocto プロジェク ト
ザイ リ ンクス Yocto プロジェク トは、MicroBlaze および Zynq-7000 AP SoC に ビル ド さ れてい る エンベデ ッ ド 製 品 用 の
Linux ベースのカ ス タ ム シ ス テム を 作 成 する ためのテンプレー ト 、 ツール、 および 方 法 を 提 供 し ます。 メ タ ファイ
ル、 開 発 ボー ド 、 および QEMU エミュレーターが 含 まれます。 ザイリンクス Wiki ページの Yocto ページに、 ザ イ リ
ンクス Yocto リリースへのリンクがあります。これには、meta-xilinx、 Linux カーネル ビルド をサポートする Yocto
BSP 層 、 U-Boot および Poky ディス ト リビューションが 含 まれます。
ザイ リ ンクス Yocto プ ロ ジ ェ ク ト では、 ザ イ リ ン ク ス 以 外 の 提 供 者 に よ る 関 連 ド ラ イバーおよびソ フ ト ウ ェ ア パッ
ケージのア ッ プ ロー ド も 可 能 です。カ ス タ マーおよび OS ベンダーは、 準 拠 ソ フ ト ウ ェ ア を 開 発 し、 ド ラ イバーをア ッ
プ ロー ド する こ と を ご 考 慮 く だ さ い。 製 品 の 向 上 およびザ イ リ ン ク ス コ ミ ュ ニテ ィ 全 体 に 貢 献 で き ます。
ザイ リ ンクス Yocto プロジェク トの 詳 細 は、 次 を 参 照 してください。
• ザイ リ ンクス Yocto Wiki ページ [ 参 照 58]
• Yocto プ ロ ジ ェ ク ト のウ ェ ブページ [ 参 照 102]
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第 7 章
デバッ グ
本 章 では、 デバッ グ 手 法 に 関 する 次 の 情 報 について 説 明 し ます。
• 162 ページの 「 概 要 」 : このセクショ ンでは、 Zynq ® -7000 AP SoC を 使 用 する と アプ リ ケーシ ョ ン を 開 発 する ため
のデバ ッ グ 手 法 の 概 要 について 説 明 し ます。
• 164 ページの 「ソ フ ト ウ ェ アのみのデバ ッ グ」 :エンベデッ ド ソフトウェアのデバッグには、ザイリンクスソフト
ウェア 開 発 キッ ト (SDK) を 使 用 します。 SDK のデバッ グ パースペ ク テ ィ ブは、 包 括 的 なデバ ッ グ 環 境 を 提 供 し
ます。
• 167 ページの 「シ ミ ュ レーシ ョ ン ベースのデバ ッ グ」 : シ ミ ュ レーシ ョ ンでは、 最 終 的 なデザ イ ンの 動 作 を ソ フ ト
ウ ェ ア 環 境 でエ ミ ュ レー ト し ます。 シ ミ ュ レーシ ョ ン を 使 用 する と 、 ス テ ィ ミ ュ ラ ス を 挿 入 し て 出 力 結 果 を 観 察
する こ と に よ り 、 デザ イ ンの 機 能 を 検 証 で き ます。
• 168 ページの 「ボー ド のデバ ッ グ」 : デザイ ンを イ ンプ リ メ ン ト し た ら、 ハー ド ウ ェ ア 上 でテ ス ト する 必 要 があ り
ます。 ハード ウェアのソフ ト ウェア デバ ッ グは、 SDK ツールを 使 用 して 実 行 できます。 デバッグは、 FPGA ま
たはフ ァ ブ リ ッ ク 側 の 問 題 を 発 見 する のに 役 立 ち ます。
• 169 ページの 「ハー ド ウ ェ ア と ソ フ ト ウ ェ アの 協 調 デバ ッ グ」 : ザイ リ ンクスでは、プロセッシング システム (PS)
とプログラマブル ロジック (PL) 内 のペ リ フ ェ ラルを 同 時 にデバッ グするためのソ リ ューシ ョ ンを 提 供 し ていま
す。
• 169 ページの 「 仮 想 プ ラ ッ ト フ ォーム」 : 仮 想 プ ラ ッ ト フ ォームは、 ハー ド ウ ェ アの 動 作 を 模 倣 する ソ フ ト ウ ェ ア
システムで、 エンベデッ ド プラッ ト フォームの 高 速 ファンクショ ン モデルです。
プログラマブル ロジック (PL) の 集 積 度 およびプ ロ セ ッ サ シ ス テムの 複 雑 性 のため、 Zynq ® -7000 AP SoC を 使 用 し た
アプ リ ケーシ ョ ンの 開 発 には こ の 章 で 説 明 するデバ ッ グ 方 法 が 必 要 です。
Zynq-7000 AP SoC のテ ス ト およびデバ ッ グ 機 能 は、 ARM CoreSight テクノロジと 共 に 使 用 して、 介 入 (intrusive) お よ
び 非 介 入 (non-intrusive) 方 式 を 使 用 し たプ ロ セ ッ シン グ システム (PS) と PL のデバ ッ グ を 可 能 に し ます。 PS と PL を
含 むシ ス テム 全 体 をデバ ッ グで き ます。 ソ フ ト ウ ェ アのデバ ッ グに 加 えて、 PS 内 のハード ウ ェ ア ポイン トおよび PL
内 のユーザーが 選 択 し たハード ウ ェ ア ポイン ト もデバッグできます。
テス トおよびデバッグ 機 能 は ARM CoreSight v1.0 アーキテクチャに 基 づいており、 ア クセス と 制 御 、 ト レース ソー
ス、 ト レース リンク、トレース シンクの 4 つのク ラ スの CoreSight テクノロジ コ ン ポーネン ト を 定 義 し てい ます。 ま
た、 デバッ グ アクセス ポー ト (DAP) は CoreSight コンポーネントではありませんが、 CoreSight コ ン ポーネ ン ト お よ
びその 他 のシステム 機 能 にア ク セスでき ます。
概 要
ソフトウェア ツールでは、 介 入 デバ ッ グ と 非 介 入 デバ ッ グが 可 能 です。 介 入 デバ ッ グ 用 には、 ブレー ク ポ イ ン ト と
ウ ォ ッ チポ イ ン ト があ り ます。 非 介 入 デバ ッ グは、 命 令 フ ローを キ ャ プチャする ARM プログラム トレース マクロセ
ル (PTM) を 使 用 して 実 行 されます。 フローは、 プログラム フローの 変 更 のみをキャプチャすることにより 圧 縮 され
ます。 データは、 MIO/EMIO の 一 部 であ る 2 ~ 32 ト レース 出 力 ポー ト ピンを 介 してオフチップに 送 信 できます。 も
う 1 つのオプシ ョ ン と し ては、 ト レース データ をエンベデ ッ ド トレース バッファー (ETB) に 読 み 込 み、 サー ド パー
ティ ツールを 使 用 して ト レース データ を JTAG を 介 してアップロード し ます。
ソ フ ト ウ ェ アのみでデバ ッ グ を 実 行 する か、Vivado ® Integrated Logic Analyzer (ILA) コアをデザインに 追 加 してハード
ウェアとソフトウェアを 一 緒 にデバッグします。 PL JTAG ポー ト は、 ARM デバ ッ グ アクセス ポー ト (DAP) とデイ
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第 7 章 : デバッ グ
ジー チェーン 接 続 さ れます。 Vivado ILA コアは、 PL JTAG を 介 してアクセス されます。 ARM お よ びサー ド パーテ ィ
ツールは ARM デバ ッ グ アクセス ポー ト (DAP) に 接 続 されます。
PS および PL のデバッ グ コンフィギュレーションの 詳 細 は、 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リ フ ァ レ
ンス マニュアル』 (UG585) [ 参 照 4] の 「JTAG および DAP サブシステム」 ( リンク) と 「システムのテス ト とデバッグ」
( リンク) の 章 を 参 照 し て く だ さい。
PS のデバッ グ
Zynq-7000 AP SoC PS には、 システム 全 体 の ト レース 用 に 次 の 機 能 があ り ます。
• 単 一 のデバ ッ ガー 接 続 に よ り 全 シ ス テムのデバ ッ グおよび ト レース を 可 視 化
• SoC サブシステム 間 のク ロ ス トリガーをサポート
• 単 一 ス ト リ ームでのマルチ ソースの ト レース
• データ 圧 縮 率 を 以 前 の ソ リ ューシ ョ ンに 比 べて 向 上
• ツールをサポー ト するための 標 準 プログラマ モデル
• ト ポ ロ ジの 自 動 認 識
• サー ド パーテ ィ ソフト コア 用 のオープン インターフェイス
• ロー ピン カウント オプシ ョ ン
PL のデバッ グ
ザイ リ ンクスは、 PL のテス ト およびデバッグ 用 にフ ァブ リ ッ ク トレース モニター (FTM) を 提 供 し てい ます。 こ れ
は、 ARM CoreSight アーキテクチャをベース と した ト レース ソース クラスのコンポーネントで、Zynq-7000 AP SoC
の CoreSight システム 内 に 含 まれます。FTM は、 PL から ト レース データ を 受 信 し、 プ ロ グ ラ ム トレース マ ク ロ セル
(PTM) やインス トルメンテーシ ョ ン トレース マクロセル (ITM) などのほかの ト レース ソース コ ン ポーネン ト か ら の
トレース パケッ ト と 結 合 でき る よ う に、 ト レース パケ ッ ト に 変 換 し ます。 この 機 能 によ り、 PL イベン ト と PS イベ
ントを 同 時 にトレースできます。FTM は、PS と PL 間 のク ロ ス ト リ ガーもサポー ト し ています ( トレース ダ ン プ を 除
く )。 また、PS と PL 間 に 汎 用 のデバ ッ グ 信 号 を 提 供 し ます。
PL のテ ス ト およびデバ ッ グ 機 能 は、 次 の と お り です。
• ARM CoreSight 準 拠
• PL からの 32 ビッ トのトレース データ
• PL からの 4 ビッ トのトレース ID
• PL と PS 間 の ク ロ ッ ク 乗 せ 換 え
• PL トレース データ のバース ト 転 送 を 取 り 込 むために ト レース パケ ッ ト を FIFO にバッ フ ァ リ ング
• オーバーフ ロー パケッ ト を 生 成 して FIFO のオーバーフ ローを 通 知
• トレース パケッ ト は ARM トレース ポー ト ソ フ ト ウ ェ アおよびハー ド ウ ェ ア と 互 換 性 あ り
• PL からおよび PL への ト リ ガー 信 号
• PL からおよび PL への 汎 用 I/O
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第 7 章 : デバッ グ
ソ フ ト ウ ェ アのみのデバッ グ
エンベデッ ド ソフトウェアのデバッグには、ザイリンクスソフトウェア 開 発 キット (SDK) を 使 用 します。 SDK のデ
バッグ パースペ ク テ ィ ブは、 包 括 的 なデバ ッ グ 環 境 を 提 供 し ます。 デバ ッ グ ウ ィ ン ド ウ に、 呼 び 出 し ス タ ッ ク 、 ソー
ス コード、 逆 アセンブル コード、 プロセス メモリ、 レジスタ 情 報 、 および XMD コンソールを 含 むセッション ス
テー ト が 表 示 さ れます。 ブレー ク ポ イ ン ト を 設 定 で き、 標 準 デバ ッ ガー コ マン ド を 使 用 し て 実 行 を 制 御 で き ます。
典 型 的 なアプ リ ケーシ ョ ンの 開 発 およびデバ ッ グ プロセスは、 図 7-1 に 示 すと お り です。
X-Ref Target - Figure 7-1
図 7‐1 : アプ リ ケーシ ョ ンの 開 発 およびデバ ッ グの 概 要
システム デバッ ガーおよびターゲ ッ ト 接 続
アプ リ ケーシ ョ ンをデバッグする 際 は、 TCF (Target Communication Framework) を 使 用 して、 システム デバ ッ ガーを
JTAG を 介 してターゲッ ト ボー ド に 接 続 し ます。 デバ ッ グが 開 始 する と 、 シ ス テム デバ ッ ガーがローカル ホ ス ト 上
でハード ウ ェア サーバー エージェ ン ト を 実 行 し ます。 リ モー ト ラ ボ 環 境 など、 1 つのマシンでデバッ グ アプ リ ケー
シ ョ ン を 実 行 し、 別 のマシン をボー ド に 接 続 し てい る 場 合 は、 シ ス テム デバ ッ ガーを リ モー ト ホス ト 上 で 実 行 でき
ます。 システム デバッ ガーのターゲ ッ ト 接 続 ウ ィ ン ド ウ を 使 用 し て、 デバッ グ 中 のボード を 制 御 でき ます。
システム デバッ ガー
ザイ リ ンクス システム デバ ッ ガー (XSDB) は、 Zynq-7000 AP SoC に 適 し た ソ フ ト ウ ェ ア デバ ッ グ 方 法 です。 シ ス テ
ム デバ ッ ガーでは、 ベア メ タルまたは Linux ベース システム 上 で、 同 じセッショ ンでデュアル ARM と 複 数 の
MicroBlaze プロセッサのヘテロジニアス デバ ッ グが 可 能 です。 階 層 プ ロ フ ァ イ リ ング、 ARM NEON ライブラリ サ
ポー ト 、 および XSDB コマンド インターフェイスも 含 まれます。 ボードを 接 続 した 後 、 システム 内 の 各 CPU の ス
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第 7 章 : デバッ グ
テータ ス を 特 定 で き ます。 こ のデバ ッ ガーでは、 ターゲ ッ ト アプ リ ケーシ ョ ン (.elf ファイル) の 各 CPU への 接 続 、
Linux デバ ッ グ 用 のシンボルの 割 り 当 て、 レ ジ ス タ の 表 示 および 設 定 、 ブレー ク ポ イ ン ト の 表 示 および 設 定 、 および
メモリ 位 置 の 監 視 も 実 行 できます。 コマンドは XSDB を 介 してシステムに 発 行 でき、 逆 アセンブル アプ リ ケーシ ョ
ン コー ド を 停 止 およびブレー ク ポ イ ン ト を 使 用 し て 表 示 で き ます。
ボー ド への 接 続 方 法 を 含 む 詳 細 は、ザ イ リ ン ク ス ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 キ ッ ト ヘルプ (UG782) [ 参 照 6] を 参 照 して く ださ
い。
ザイリンクス システム デバッ ガー (コマンド ライン)
XSDB は、 CPU を 読 み 込 んで 制 御 する ためのコ マン ド インターフェイスです。 コマンド ラインから、または SDK に
組 み 込 まれた 対 話 型 GUI を 使 用 して 起 動 できます。XSDB には、 繰 り 返 し タ ス ク や 複 雑 な タ ス ク のス ク リ プ ト 記 述 が
サポー ト されるツール コマンド 言 語 (Tcl) インターフェイスが 含 まれます。 レジスタ、 メモリ 位 置 を 読 み 出 し、 コー
ド ブレー ク ポ イ ン ト を 設 定 する こ と も で き ます。XSDB では、コ マン ド の 使 用 方 法 を 示 すヘルプがサポー ト さ れます。
プロファイリング
SDK のシステム デバ ッ ガーでは、 関 数 呼 び 出 し の 実 行 時 間 を 表 示 する コー ド プロファイ リグもサポート されており、
アプ リ ケーシ ョ ンで 最 も 時 間 がかか る 部 分 を 特 定 で き ます。 関 数 呼 び 出 し を 分 離 し て 呼 び 出 さ れたサブ 関 数 をプ ロ
ファイリングすると、 ソース コー ド に ク ロ ス プ ローブで き ます。 プ ロ フ ァ イ リ ン グに よ り 、 よ り 高 速 なシ ス テム パ
フォーマンスのためにソフト ウェア アプ リ ケーシ ョ ンに PL または DSP フ ァ ン ク シ ョ ン に 移 行 で き る 部 分 があ る か
を 判 断 できます。
GNU ツール チェーンのサポート
SDK では、 システム デバ ッ ガーに 加 え、 GNU デバ ッ ガー (GDB) およびアプリ ケーシ ョ ン プロファイル 用 の gprof を
含 む GNU ツール チェーンを 使 用 したアプリ ケーシ ョ ンのデバッグがサポート されます。
ドライバーおよび BSP デバッ グ
ソフトウェア アプ リ ケーシ ョ ンは、 API を 使 用 して、 ソ フ ト ウェア プラッ ト フォームにリンクするか、 ソフ ト ウェ
ア プ ラ ッ ト フ ォーム 上 で 実 行 する 必 要 があ り ます。 そのため、 SDK でソフト ウェア アプ リ ケーシ ョ ン を 作 成 および
使 用 する 前 に、 ボー ド サポー ト パッケージ (BSP) を 作 成 する 必 要 があ り ます。 ボー ド サポー ト パ ッ ケージは、 アプ
リケーション ソフトウェア ス タ ッ ク の 最 下 位 層 を 構 成 する ラ イ ブ ラ リ と ド ラ イバーの コ レ ク シ ョ ンです。
SDK には、アプリケーション 開 発 用 にスタンドアロン ボード サポー ト パッケージが 含 まれます。このパッケージは、
標 準 入 力 / 出 力 、 プ ロ セ ッ サ ハー ド ウ ェ ア 機 能 へのア ク セス な どの 基 本 的 な 機 能 を 提 供 する 単 純 なセ ミ ホ ス ト 型 シン
グル ス レ ッ ド 環 境 です。
ボード サポー ト パッケージおよびそのライブラ リは、SDK の [Board Support Package Settings] ダイアログ ボ ッ ク ス で
設 定 で き ます。 SDK ワー ク スペースに 複 数 のボー ド サポー ト パ ッ ケージを 作 成 で き ます。 こ れに よ り 、 異 な る ボー
ド サポー ト パッケージを 同 時 に 使 用 でき、 アプリケーショ ンのターゲッ ト を 1 つのパ ッ ケージか ら 別 のパ ッ ケージ
に 変 更 でき ます。
アプ リ ケーシ ョ ン を 作 成 する には、 ド ラ イバーを 使 用 で き ます。 アプ リ ケーシ ョ ン と ド ラ イバーはザ イ リ ン ク ス シス
テム デバ ッ ガーを ス タ ン ド ア ロ ン デバ ッ グ モー ド で 使 用 し てデバ ッ グする か、 実 行 中 の ターゲ ッ ト に 接 続 で き ます。
デバ ッ ガーは 各 コ ア 用 に 設 定 でき、ス タ ン ド ア ロ ン アプ リ ケーシ ョ ンを JTAG を 介 し てダ ウ ン ロー ド し て 実 行 する 前
に、 ユーザーが 選 択 可 能 なオプシ ョ ンに よ り 初 期 化 フ ァ イルを 実 行 で き ます。
詳 細 は、 ザ イ リ ン ク ス ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 キ ッ ト ヘルプ (UG782) [ 参 照 6] および 『Zynq-7000 All Programmable SoC ソ
フ ト ウ ェ ア 開 発 者 向 けガ イ ド 』 (UG821) [ 参 照 7] を 参 照 して く ださい。
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第 7 章 : デバッ グ
OS のデバッ グ
ザイ リ ンクス システム デバ ッ ガーを 実 行 中 の ターゲ ッ ト に 接 続 する モー ド で 使 用 する と 、 オペレーテ ィ ング システ
ムおよびサポー ト ドライバーをデバッグできます。システム デバ ッ ガーのコ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンによ り 、 カーネ
ル シンボル ファイルを 追 加 し、コンパイル パス マ ッ プを 提 供 し て ソ ース コード のデバ ッ グ を 有 効 にで き ます。 カー
ネル ソースは、 次 のフラグ セ ッ ト を 使 用 し て コ ンパイルする 必 要 があ り ます。
CONFIG_DEBUG_KERNEL=y
CONFIG_DEBUG_INFO=y
デバ ッ ガーでは、 PL ア ド レ ス 空 間 で 実 行 中 のコー ド もデバ ッ グで き、 デバ ッ グ 中 は メ モ リ ビューにより PL メ モ リ
空 間 がサポー ト さ れます。
実 行 中 の ターゲ ッ ト に 接 続 する モー ド を 使 用 し てデバ ッ グする 場 合 、 デフ ォル ト では PL レジスタにはアクセスでき
ません。 環 境 変 数 HW_SERVER_ALLOW_PL_ACCESS を SDK シ ェルで 設 定 し、 その 後 次 の 手 順 に 従 って hw_server
で 設 定 する 必 要 があ り ます。
1. 実 行 中 の hw_server の イ ン ス タ ン ス をすべて 終 了 し ます。
2. SDK からターミナル コマンド プロンプト を 起 動 し、 HW_SERVER_ALLOW_PL_ACCESS 環 境 変 数 を 設 定 し ます。
3. 同 じシェルから hw_server を 起 動 します。
または、 GDB デバ ッ ガーも Linux カーネルのデバ ッ グに 使 用 で き ます。 GDB は、 シ ステム デバ ッ ガー と 同 様 、 TCP
と JTAG の 間 で 変 換 を 実 行 する サーバーに 接 続 さ れた リ モー ト デバ ッ ガーです。 ARM DS-5 Development Studio で も 、
Zynq-7000 AP SoC 用 の Linux カーネルのデバッグがサポー ト されています。
詳 細 は、ザ イ リ ン ク ス ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 キ ッ ト ヘルプ (UG782) [ 参 照 6] の「Attach and Debug Linux Kernel Using Xilinx
System Debugger」 を 参 照 し て く だ さ い。
Linux アプリケーシ ョ ンのデバッグ
システム デバ ッ ガーの Linux アプ リ ケーシ ョ ン デバ ッ グ モー ド を 選 択 する と 、Linux アプ リ ケーシ ョ ン をデバ ッ グで
きます。ザイリンクス SDK では、Linux アプ リ ケーシ ョ ンのデバッグにローカル ターゲッ ト またはリモート ターゲッ
ト も 有 効 にで き ます。 Linux アプ リ ケーシ ョ ンのデバッグは、 ザイ リ ンク ス SDK で TCF エージ ェ ン ト を 使 用 する こ
とによりサポート されます。Linux アプ リ ケーシ ョ ンをシステム デバ ッ ガーを 使 用 し てデバ ッ グするには、 TCF エー
ジェントのプロセスを Linux ターゲ ッ ト 上 で 実 行 する 必 要 があ り ます。
GDB デバ ッ ガーで も Linux アプ リ ケーシ ョ ンをデバッグできます。 リ モート ARM Linux アプ リ ケーシ ョ ン デバ ッ
ガーは、 Zynq-7000 AP SoC ターゲ ッ ト 上 で 実 行 中 の gdbserver プ ロ セス と 通 信 する こ と に よ り デバ ッ グ をサポー ト し
ます。 図 7-2 に、 システム デバ ッ ガーのウ ィ ン ド ウの 例 を 示 し ます。
X-Ref Target - Figure 7-2
図 7‐2 : SDK システム デバッ ガーのウ ィ ン ド ウ
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第 7 章 : デバッ グ
ARM DS-5 Development Studio など、 ザイ リ ンクス SDK 以 外 の IDE を 使 用 して、 Linux アプ リ ケーシ ョ ン の 開 発 お よ
びデバ ッ グ を 実 行 で き ます。 Linux アプ リ ケーシ ョ ンの 開 発 にコマン ド ライン ツールが 使 用 される 場 合 もあ り ます。
その 場 合 、 社 内 で 開 発 し たツールま たは OS ベンダーか ら 入 手 し た ツールを 使 用 で き ます。 Zynq-7000 AP SoC のエ コ
システムは、 さまざまな OS パー ト ナーによ り サポー ト されています。 OS パー ト ナーの リ ス ト は、 114 ページの 「OS
および RTOS の 選 択 」 を 参 照 して く ださい。
トレース
Cortex-A9 には、 ARM CoreSight プログラム フロー ト レース 機 能 と 互 換 性 のあ る プ ロ グ ラ ム トレース モ ジ ュ ール
(PTM) が 含 まれています。 これを Cortex-A9 プ ロ セ ッ サ 上 で 使 用 し て、 プ ロ セ ッ サ 命 令 フ ロー 全 体 を 可 視 化 で き ます。
Cortex-A9 PTM にはサ イ ク ル 数 を カ ウ ン ト する プ ロ フ ァ イル 解 析 機 能 があ り 、 コー ド 分 岐 と プ ロ グ ラ ム フ ローの 変 化
を 完 全 に 可 視 化 で き ます。 PTM ブロックおよび CoreSight デザイ ン キ ッ ト に よ り 、 複 数 のプ ロ セ ッ サの 実 行 履 歴 を 非
介 入 的 に ト レースで き ます。 命 令 の 実 行 結 果 はオンチ ッ プ バ ッ フ ァーに 格 納 さ れる か、 開 発 およびデバ ッ グでの 表 示
を 向 上 する ため、 標 準 ト レース インターフェイスを 使 用 してオフチップに 送 信 できます。
ARM DS-5 Development Studio を DSTREAM と 共 に 使 用 する と 、 Zynq-7000 AP SoC デバイ スの ETB および PTM 命 令
ト レース 機 能 がサポー ト さ れます。 Lauterbach Trace32 でも PTM、 FTM、 ETB、 および AXI モニ タ ーか ら の ト レース
データ がサポー ト さ れます。
SDK ソフトウェア デバ ッ グの 詳 細 は、 次 の 資 料 を 参 照 し て く だ さ い。
• 『Zynq-7000 All Programmable SoC ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 者 向 けガ イ ド 』 (UG821) [ 参 照 7]
• ザイ リ ンクス ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 キ ッ ト ヘルプ (UG782) [ 参 照 6]
シミュレーション ベースのデバッ グ
シ ミ ュ レーシ ョ ンでは、 最 終 的 なデザ イ ンの 動 作 を ソ フ ト ウ ェ ア 環 境 でエ ミ ュ レー ト し ます。 シ ミ ュ レーシ ョ ン を 使
用 する と 、 ス テ ィ ミ ュ ラ ス を 挿 入 し て 出 力 結 果 を 観 察 する こ と に よ り 、 デザ イ ンの 機 能 を 検 証 で き ます。
システムのシミ ュレーシ ョ ン
Zynq-7000 AP SoC は、Zynq-7000 AP SoC バス ファンクション モデル (BFM) を 使 用 して RTL レベルでシミュレーショ
ンできます。BFM では、Zynq-7000 AP SoC アプ リ ケーシ ョ ンの 論 理 シ ミ ュレーシ ョ ンがサポート されます。PS-PL イ
ンターフェイスおよび PS の OCM/DDR メモリを 模 倣 することにより、 PL の 機 能 を 検 証 し ます。 BFM は、 暗 号 化 さ
れた Verilog モジュールのパッケージと して 提 供 されています。 BFM の 動 作 は、 Verilog 構 文 フ ァ イルに 記 述 さ れた
Verilog タスクで 制 御 します。 Zynq-7000 AP SoC BFM の 詳 細 は、 『Zynq-7000 バス ファンクション モデル データシー
ト』 (DS897) [ 参 照 30] を 参 照 して く ださい。
デザイ ンが IP インテグレーターを 使 用 して 作 成 されている 場 合 は、 デザインのシ ミ ュレーシ ョ ン フ ァ イルを 生 成 す
る 際 に Vivado ツールによ り Zynq-7000 AP SoC BFM が 自 動 的 に 使 用 さ れます。 PL ロジックは、IP RTL お よ び
Zynq-7000 AP SoC BFM を 使 用 し てシ ミ ュ レーシ ョ ン し ます。 典 型 的 な 使 用 例 では、 GP ポー ト を 使 用 して PS か ら ト
ラ ンザ ク シ ョ ン を 生 成 し ます。 こ れは、 Zynq-7000 AP SoC BFM の 一 部 として 定 義 した Verilog タスクの 1 つを 使 用 し
て 実 行 でき ます。
PL 側 の DDR メ モ リ を 使 用 する 際 は、MIG スレーブ インターフェイスを AXI インターコネク トを 使 用 して Zynq-7000
AP SoC BFM に 接 続 し ます。 Micron 社 の メ モ リ モジ ュールを 使 用 する 場 合 は、 デザイ ンのシ ミ ュ レーシ ョ ン 中 、 関
連 の Micron シミュレーション モデルをテ ス ト ベンチに 接 続 する 必 要 があ り ます。
カスタム IP の 検 証
Vivado ツールを 使 用 してパッケージ 化 したカスタム IP は、シミュレーションおよびハードウェア 上 で 検 証 できます。
Create and Package IP 機 能 を 使 用 し てカ ス タ ム IP を 作 成 する 際 は、 [Verify peripheral IP using AXI BFM Simulation
interface] をオンにする 必 要 があ り ます。 こ のオプシ ョ ン をオンにする と 、 AXI BFM スレーブおよびマスター コアを
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第 7 章 : デバッ グ
使 用 し てテンプレー ト IPI デザイ ンが 作 成 され、 コ アの 機 能 がシ ミ ュ レーシ ョ ン されます。 こ のテンプレー ト デザイ
ンで 使 用 されるテス トベンチでは、AXI BFM IP で 定 義 された API が 使 用 されます。AXI バス ファンクション モデル
の API および 応 答 コー ド については、 『LogiCORE IP AXI BFM Cores v5.0 製 品 ガ イ ド (AXI)』 (PG129) [ 参 照 31] を 参 照
してください。
CIP ウィザードで 生 成 された IP コアをテス トする 際 は、 デフォルト テス トベンチを 変 更 する 必 要 があり ます。 HDL
を IP テンプレートにマップするプロセスの 詳 細 は、 『Vivado Design Suite ユーザー ガイド : カスタム IP の 作 成 お よ び
パッケージ』 (UG896) [ 参 照 22] ( リンク) を 参 照 して く ださい。 また、 ポー ト が 公 開 されている 場 合 は、 デザインをシ
ミュレーションする 前 に、テンプレート IPI デザイ ンおよびテンプレー ト テ ス ト ベンチをそれに 応 じ て 変 更 する 必 要
があ り ます。
ボー ドのデバッ グ
デザイ ンを イ ンプ リ メ ン ト し た ら、 ハード ウ ェ ア 上 でテス ト する 必 要 があ り ます。 ハード ウ ェアのソ フ ト ウ ェア デ
バッグは、SDK ツールを 使 用 し て 実 行 で き ます。 デバ ッ グは、 FPGA またはフ ァ ブ リ ッ ク 側 の 問 題 を 発 見 するのに 役
立 ちます。
FPGA のみのデバ ッ グ
PL は、 Vivado の Integrated Logic Analyzer (ILA) を 使 用 してデバッグできます。 ILA は、 RTL コードに 含 めるか、 合 成
後 に PL に 挿 入 し、 デザインのインターフェイスおよびネッ ト を 監 視 するよ う コンフ ィギュレーシ ョ ンできます。 ラ
ン タ イ ムに ト リ ガー 条 件 を 指 定 し、 特 定 の 問 題 を 検 出 で き ます。 デバ ッ グ 用 にマー ク さ れ、 ILA に 接 続 されたネ ッ ト
を 監 視 する こ と に よ り 、 問 題 の 原 因 を 見 つけ る こ と がで き ます。
プ ロセ ッ サのみのデバ ッ グ
ソフトウェアの 問 題 をデバッグするには、 SDK を 使 用 し ます。 SDK では、 コー ド および 変 数 値 の 表 示 、 制 御 フ ロー
の 追 跡 、 ブレー ク ポ イ ン ト の 設 定 および 解 析 が 可 能 です。
SDK を 使 用 する 前 に、 デザ イ ン をハー ド ウ ェ アにエ ク ス ポー ト する 必 要 があ り ます。 エ ク ス ポー ト プロセスによ り、
Vivado ツールからハード ウェア コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン を 記 述 する フ ァ イルを 含 むデザ イ ン ディレク ト リが 作 成 さ
れます。 フ ァ イルには、すべてのデザ イ ン IP ブロックおよびそれらのメモリ マ ッ プに 関 する 情 報 が 含 まれます。SDK
は、 こ の 情 報 を 使 用 し て IP ド ラ イ バーを 作 成 し ます。 エ ク ス ポー ト 機 能 で 供 給 さ れる 情 報 を 使 用 し て、 SDK で 異 な
るソフトウェア アプ リ ケーシ ョ ンを 作 成 できます。
SDK でソフ ト ウェア アプ リ ケーシ ョ ンを 作 成 したら、デザイン ビッ トスト リームを 使 用 して FPGA をプログラムし、
アプ リ ケーシ ョ ン をハー ド ウ ェ ア 上 で 起 動 で き ます。 その 後 、 シ ス テム デバ ッ ガーを 使 用 し て ソ フ ト ウ ェ ア アプ リ
ケーシ ョ ンをデバッ グでき ます。
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第 7 章 : デバッ グ
ハー ド ウ ェ ア と ソ フ ト ウ ェ アの 協 調 デバッ グ
Zynq-7000 AP SoC では、プロセッサの 機 能 と カス タ ム FPGA ロ ジ ッ ク を 組 み 合 わせる こ と が 可 能 であ り 、デザ イ ンの
可 能 性 が 広 が り ます。 こ れはデザ イ ンの 複 雑 性 が 増 すこ と も 意 味 し てお り 、 高 度 なツール セ ッ ト が 必 要 と な り ます。
ザイ リ ンクスでは、 PS と PL 内 のペ リ フ ェ ラルを 同 時 にデバッ グするための ソ リ ューシ ョ ンを 提 供 し ています。
ハー ド ウ ェ ア と ソ フ ト ウ ェ アの 協 調 デバ ッ グには、 Vivado ILA およびザイ リ ンクス SDK を 使 用 します。 ILA により、
ネ ッ ト をデバッ グ 用 にマーク し、 解 析 でき ます。 SDK では、 ブレー ク ポ イ ン ト ま たはウ ォ ッ チポ イ ン ト の 設 定 、 プ ロ
グラムの 1 行 ずつの 実 行 、 プ ロ グ ラ ムの 変 数 およびス タ ッ ク の 表 示 、 シ ス テム メ モ リ の 内 容 の 表 示 が 可 能 です。 協 調
デバ ッ グは、ソ フ ト ウ ェ ア と ハー ド ウ ェ アを 組 み 合 わせた と き のシ ス テム レベルの 問 題 をデバ ッ グする ために 使 用 し
ます。
クロス トリガー
エンベデッ ド クロス トリガー (ECT) は、ハードウェアとソフトウェアのやり 取 りをデバッグするクロス トリガー メ
カニズムです。 ECT を 使 用 する こ と に よ り 、 CoreSight コ ンポーネン ト は ト リ ガーを 送 受 信 し、 ほかの コ ンポーネン
ト と 通 信 で き ます。 ECT には、 次 の 2 つのコ ンポーネン ト が 含 まれます。
• CTM : クロス トリガー マト リックス
• CTI : クロス トリガー インターフェイス
クロス トリガーは、プロセッサ 上 で 実 行 されているアプリケーションと PL ハー ド ウ ェ アの 協 調 デバ ッ グに 使 用 で き
ます。 これには、Vivado ハー ド ウ ェ ア マネージャーおよび SDK を 使 用 し ます。Zynq-7000 AP SoC のクロス ト リガー
ポー ト によ り 、 ILA とのハンドシェイク 信 号 を 使 用 してこの 機 能 を 有 効 にできます。 各 ARM コ アに、 専 用 イ ン ター
フェイス TRIGGER_IN および TRIGGER_OUT があ り ます。 PS-PL インターフェイスでは、 ARM クロス トリガー イ
ンターフェ イスのどちらかまたは 両 方 を 選 択 できます。 また、 PL 内 の ILA IP を 使 用 し、 SDK の GUI でクロス ト リ
ガーを 設 定 する 必 要 があ り ます。 ハー ド ウ ェ ア ト リ ガー 条 件 が 発 生 し た ら プ ロ セ ッ サ ソフトウェアを 割 り 込 むこと
ができ、 またソ フ ト ウ ェア ブレークポイン ト が 発 生 したらハード ウェア 信 号 をプローブできます。 Vivado でのク ロ
ス ト リ ガーの 設 定 およびデバ ッ グの 詳 細 は、 『Vivado Design Suite チュート リ アル : エンベデッ ド プロセッサ ハード
ウェア デザイ ン』 (UG940) [ 参 照 15] を 参 照 して く ださい。
カスタム IP のハー ド ウ ェ ア 検 証
CIP ウィザードを 使 用 すると IP インテグレーターでカスタム IP デザ イ ン のテ ン プ レー ト を 作 成 で き 、 それをハー ド
ウェアでのデバッグに 使 用 できます。 Create and Package IP 機 能 を 使 用 する と 、 JTAG を AXI マスター コ ア を 使 用 し
てカスタム IP に 接 続 する サンプル デザイ ンを 作 成 でき ます。 こ のデザイ ンには、 作 成 されたペ リ フ ェ ラル IP に 基 づ
く AXI BFM マスターおよびスレーブ コ アが 組 み 込 まれています。 対 応 する ビ ッ ト ス ト リ ーム をボー ド にプ ロ グ ラ ム
したら、 生 成 したテス ト ベクター Tcl ファイルを 使 用 して、 ボードでそのペリフェラル IP フ ァ ン ク シ ョ ン を テ ス ト
できます。 テス ト ベクター ファイルには、 IP を 検 証 する のに 使 用 さ れる 一 連 の 書 き 込 みおよび 読 み 出 し が 含 まれま
す。
仮 想 プ ラ ッ ト フ ォーム
仮 想 プ ラ ッ ト フ ォームは、 ハー ド ウ ェ アの 動 作 を 模 倣 する ソ フ ト ウ ェ ア システムで、 エンベデッ ド プ ラ ッ ト フ ォー
ムの 高 速 ファンクシ ョ ン モデルです。 ハー ド ウ ェ ア と 同 じ ソ フ ト ウ ェ ア バイナリ を 実 行 し、 従 来 のデスク ト ップ、
ラップトップ、またはサーバーで 実 行 します。 仮 想 プラットフォームを 使 用 すると、システム デザイ ンを 早 期 に 高 い
抽 象 度 で 作 成 で き ます。 ハー ド ウ ェ ア (ボード または HDL) が 準 備 でき る 前 に、 ソ フ ト ウ ェア 開 発 を 進 める こ と がで
き ます。 仮 想 プ ラ ッ ト フ ォームでは 故 障 注 入 およびテ ス ト が 無 制 限 でサポー ト さ れてお り 、 開 発 の 早 期 にバグ を 検 出
し て 修 正 で き ます。 仮 想 プ ラ ッ ト フ ォームではハー ド ウ ェ ア パ ラ メ ーターをすばや く 変 更 で き る ので、ハー ド ウ ェ ア
よ り も 簡 単 に 短 時 間 で 変 更 で き ます。
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第 7 章 : デバッ グ
Zynq‐7000 AP SoC の 仮 想 プ ラ ッ ト フ ォーム
Zynq-7000 AP SoC の 仮 想 プ ラ ッ ト フ ォームでは、 典 型 的 な SoC に 含 まれる 次 の PS コ ン ポーネン ト のモデルが 使 用 さ
れます。
• Cortex-A9 MPCore プロセッサ
• UART、 イーサネット、USB、 CAN な どのプ ロ セ ッ サ 周 辺 のペ リ フ ェ ラ ル
• PCIe テクノロジやビデオなど、 プログラマブル ファブリ ックで 頻 繁 に 使 用 されるコンポーネント モデル
仮 想 プラットフォームは、イーサネット、USB、 シリアル コ ン ソ ール、 グ ラ フ ィ カル 表 示 な どの さ ま ざ ま な イ ン ター
フェイスにモデルを 接 続 できます。
仮 想 プ ラ ッ ト フ ォーム を 使 用 する と 、 新 し いデバイ ス モデルを 作 成 し、 Zynq-7000 AP SoC PL 内 に 統 合 で き ます。 モ
デルは、Zynq-7000 AP SoC を 含 むボー ド に 作 成 し て 統 合 する こ と も で き ます。 仮 想 ターゲ ッ ト に 接 続 する ためにカ ス
タム IP のハード ウ ェア インプリメンテーションが 必 要 なほかのソリューションとは 異 なり、ザイリンクスの 仮 想 プ
ラ ッ ト フ ォームはすべて ソ フ ト ウ ェ アで 変 更 し てカ ス タ ム ハー ド ウ ェ ア デザイ ンを 表 すこ と ができ ます。
ザ イ リ ン ク ス 仮 想 プ ラ ッ ト フ ォームは、 アーキテ ク チ ャ 前 の 製 品 定 義 か ら、 シ ス テム 設 計 、 展 開 、 統 合 、 テ ス ト 、 最
終 的 な 出 荷 まで、 製 品 開 発 のすべての 段 階 で 有 益 です。
利 点 は 次 の と お り です。
• タイム トゥ マーケ ッ ト
° 早 期 に ソ フ ト ウ ェ ア を 開 発 : ハード ウ ェ アの 準 備 ができ る 前 にデバイ ス ドライバーおよびアプリケーショ
ンの 開 発 を 開 始 で き ます。
° 短 期 間 に ソ フ ト ウ ェ ア を 開 発 : ハー ド ウ ェ ア デザ イ ンのシ ミ ュ レーシ ョ ンおよび 検 証 と は 異 な り 、 仮 想 プ
ラ ッ ト フ ォームは ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 者 の 要 求 を 十 分 に 満 たせる ほど 高 速 です。
° 高 度 な ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 : 仮 想 プ ラ ッ ト フ ォーム を 使 用 する と 、 新 し い 手 法 を 試 し、 開 発 期 間 を 大 幅 に 短 縮
できます。
° ターゲ ッ ト を 変 更 する 必 要 な し : 仮 想 プ ラ ッ ト フ ォームでは、 レ ジ ス タおよび 命 令 精 度 モデルに よ り 、 ハー
ドウェア イ ンプ リ メ ンテーシ ョ ンで 使 用 さ れる の と 同 じ 製 品 バイナ リ を 実 行 で き る ので、ソ フ ト ウ ェ アの 物
理 プラ ッ ト フ ォームへの 移 行 が 簡 略 化 されます。
° ハー ド ウ ェ ア と ソ フ ト ウ ェ アの 依 存 関 係 がない : 開 発 者 が 少 ない 開 発 機 器 を 共 有 する 必 要 はあ り ません。
• 製 品 の 質
° システム デザイ ンの 向 上 : 代 替 ソ フ ト ウ ェ アおよびハー ド ウ ェ ア コンフィギュレーションを 同 時 に 試 すこ
とにより、 最 適 なシステム デザイ ンを 達 成 し ます。
° シ ス テム 全 体 を 可 視 化 および 制 御 : すべてのレ ジ ス タおよび メ モ リ の 位 置 を、 物 理 デバイ スでア ク セ スで き
ない 部 分 で も、 監 視 およびデバ ッ グで き ます。
° テス トの 向 上 : ソ フ ト ウ ェ ア と ハー ド ウ ェ ア を 並 列 にデバグおよびテ ス ト で き、 よ り 包 括 的 なテ ス ト が 可 能
です。
° ソフトウェアのリグレッション テス トの 向 上 : 毎 晩 の ソ フ ト ウ ェ アのビル ド およびテ ス ト を 仮 想 プ ラ ッ ト
フォームで 実 行 できます。
° 故 障 注 入 および メ ト リ ッ ク ド リ ブン 検 証 の 向 上 : 仮 想 プ ラ ッ ト フ ォームでは、 物 理 デバイ スでア ク セ スで き
ない 部 分 であ って も、 ハー ド ウ ェ ア 故 障 注 入 が 可 能 です。
Cadence 社 Virtual System Platform
従 来 の 仮 想 プ ラ ッ ト フ ォームで も 新 し い 開 発 手 法 を 使 用 し て 製 品 デザ イ ン を 変 更 する こ と はで き ますが、 開 発 プ ラ ッ
ト フ ォームか ら 製 品 特 有 のハー ド ウ ェ アに 移 行 する には 不 十 分 な こ と が よ く あ り ます。 拡 張 性 を 備 えた 仮 想 プ ラ ッ ト
フォームには、 次 の 利 点 があります。
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第 7 章 : デバッ グ
• 便 利 な 明 確 に 定 義 さ れたモデル : Zynq-7000 AP SoC の 仮 想 プ ラ ッ ト フ ォームは、 出 荷 さ れた 状 態 でそのま ま 使 用
できます。 Linux、 RTOS、 およびベアメタル アプ リ ケーシ ョ ンの 開 発 にすぐに 使 用 でき ます。
• 拡 張 性 : 仮 想 プ ラ ッ ト フ ォーム を、 Zynq-7000 SoC のプログラマブル フ ァ ブ リ ッ ク ま たはボー ド 上 に イ ン ス タ ン
シエー ト された 新 しいデバイス、あるいはシステム モデルに 拡 張 で き ます。 拡 張 性 を 備 えた 仮 想 プ ラ ッ ト フ ォー
ムには、 物 理 ハー ド ウ ェ アの 柔 軟 性 と 設 定 可 能 性 があ り ます。 Cadence 社 のツールを 使 用 する と、 SystemVerilog
または VHDL で 記 述 されたモデルだけでな く C または System-C で 記 述 されたモデルがサポー ト されます。
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第 8 章
SDSoC 環 境
本 章 では、 SDSoC 環 境 での 設 計 について 説 明 し ます。
• 174 ページの 「 全 体 的 な 使 用 フ ロー」 : SDSoC 設 計 環 境 を 使 用 する 際 の 全 体 的 な フ ローのほか、 サポー ト OS お よ
びハー ド ウ ェ ア プ ラ ッ ト フ ォームについて も 理 解 する 必 要 があ り ます。
• 176 ページの 「プ ロ フ ァ イ リ ング」 : SDSoC は、 ザイ リ ン ク ス SDK に さ ら にプ ロ フ ァ イ リ ン グ 機 能 を 統 合 する た
めのツールで、 コー ド をプ ロ グ ラ ムせずにアプ リ ケーシ ョ ン をプ ロ フ ァ イルで き ます。
• 176 ページの 「パフ ォーマン スの 概 算 」 : SDSoC 環 境 には、 ハー ド ウ ェ ア ア ク セ ラ レーシ ョ ン 用 の 関 数 を 見 つけ
る 際 に 使 用 で き るパフ ォーマン ス 改 善 をすばや く 概 算 する ツールが 含 まれます。
• 176 ページの 「 ソ フ ト ウ ェ ア/ハー ド ウ ェ ア シ ス テム 全 体 の 作 成 と 実 行 」 : パフォーマンス 概 算 フローを 実 行 した
ら、 シ ス テム を 再 構 築 し て、 生 成 する シ ス テムの 実 際 のパフ ォーマン ス を 確 認 で き ます。
• 176 ページの 「C 言 語 か ら 呼 び 出 し 可 能 な RTL IP ラ イ ブ ラ リ を 使 用 し たパフ ォーマン スの 最 適 化 」 :C 言 語 か ら
呼 び 出 し 可 能 な RTL の IP ラ イ ブ ラ リ を 使 用 し てパフ ォーマン ス を 最 適 化 で き ます。
• 177 ページの「Vivado HLS を 使 用 した IP パフ ォーマン スの 最 適 化 」 : Vivado 高 位 合 成 (HLS) を 使 用 する と 、SDSoC
環 境 でハード ウェアに 送 られるアプ リ ケーシ ョ ン コードをコンパイルできます。 この 後 SDSoC ツールで よ く 使
用 さ れる ス ト ラ テジを 使 用 し て コー ド を 改 善 で き ます。
• 177 ページの 「シ ス テム パフ ォーマン スの 最 適 化 」 : SDSoC を 使 用 する と 、 さ ま ざ ま な 手 法 を 使 用 し てシ ス テム
パフ ォーマン ス を 最 適 化 で き ます。
• 179 ページの 「シ ス テムのデバ ッ グ」 : SDSoC を 使 用 する と 、 SDSoC 環 境 を 使 用 し てプ ロ ジ ェ ク ト を 作 成 および
デバッグできるようになります。SDSoC のデバッ グ 基 盤 と 手 法 は、 ザイ リ ン ク ス SDK System Debugger と 共 通 し
ています。
• 179 ページの「パフ ォーマン スの 測 定 と 解 析 」 : SDSoC の 高 度 なシ ス テム レベルのパフ ォーマン ス 測 定 と 解 析 機 能
はザイ リ ン ク ス SDK と 共 通 し てお り 、 パフ ォーマン ス を 計 測 し た り 、 そのボ ト ルネ ッ ク を 判 別 する ための 関 数
がオプシ ョ ンで 含 まれます。
• 179 ページの 「エ ク スパー ト 向 けの 使 用 モデル」 : エキスパート ユーザーは SDSoC のデザ イ ン 決 定 事 項 を 上 書 き
できます。
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第 8 章 : SDSoC 環 境
概 要
SDSoC には、 ソ フ ト ウ ェア エンジニアおよびシステム アーキテク ト のための Zynq®-7000AP SoC 開 発 用 デザ イ ン
ツールを 含 め、 使 いやすい Eclipse ベースの 開 発 環 境 を 使 用 し た C/C++ でのプ ロ グ ラ ミ ン グ 環 境 が 提 供 さ れています。
SDSoC には、 プロ グ ラマブル ロジックでの 自 動 ソフ ト ウェア アクセラレーションや、 ソフトウェアとハードウェア
間 の 自 動 システム コネクティビティの 生 成 など、 C/C++ コ ンパイ ラ を 最 適 化 する フルシ ス テムが 含 まれます。
SDSoC プログラ ミ ング モデルは、ソ フ ト ウ ェア エンジニアに 馴 染 みやすい よ う に 設 計 さ れています。アプ リ ケーシ ョ
ンは C/C++ コードで 記 述 されており、 ターゲッ ト プラッ ト フォームと 関 数 のサブセッ トはプログラマによ りアプリ
ケーシ ョ ン 内 で 識 別 されています。 これがハー ド ウ ェ アにコ ンパイル さ れます。 こ の 後 、SDSoC の C/C++ コンパイラ
と リ ンカーで、 アプリ ケーショ ンがハードウェアと ソフ ト ウェアにコンパイルされ、 ファームウェア、 オペレーティ
ング システム、 アプリケーショ ン 実 行 ファイルと 一 緒 にブート イ メージ 全 体 を 含 めた、 完 全 なエンベデッ ド システ
ムが Zynq デバイ スにイ ンプ リ メ ン ト されます。 図 8-1 は、 シ ス テム フ ロー 全 体 を 示 し ています。
X-Ref Target - Figure 8-1
図 8‐1 : SDSoC を 使 用 した C/C++アプリケーシ ョ ンから Zynq システムへのフ ロー
SDSoC は 本 書 に 含 まれるハード ウ ェ ア デザイ ン フローとソフトウェア デザイ ン フローを 1 つの C/C++ ベース フ
ローにま とめて、 特 にシステム コ ネ ク テ ィ ビテ ィ 生 成 やハー ド ウ ェ ア と ソ フ ト ウ ェ アの 統 合 など、 時 間 のかか る タ ス
ク の 多 く を 自 動 化 し ます。 図 8-2 は、 従 来 のハー ド ウ ェ ア と ソ フ ト ウ ェ アのデザ イ ン フローと SDSoC を 使 用 したデ
ザイン フローの 違 いを 示 しています。SDSoC で 多 く のデザイ ン タ ス ク が 自 動 化 さ れる と 、 ソ フ ト ウ ェ ア エンジニア
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第 8 章 : SDSoC 環 境
およびシステム アーキテ ク ト がすばや く アプ リ ケーシ ョ ン を イ ンプ リ メ ン ト し て、 繰 り 返 し 作 業 を 短 時 間 で 実 行 で き
るようになります。
X-Ref Target - Figure 8-2
図 8‐2 : 従 来 のデザイ ン フロー (a) と SDSoC を 使 用 したデザイン フロー (b)
ハー ド ウ ェ ア/ ソフトウェア イ ン ターフ ェ イ スは、 ハー ド ウ ェ アにマ ッ プ される 関 数 間 と 残 り のプ ロ グ ラ ム 間 の 相 互
作 用 と データ フ ローで 定 義 さ れます。ハー ド ウ ェ アにマ ッ プ さ れた 関 数 はそれぞれ 独 立 し た ス レ ッ ド と し て 実 行 さ れ
ますが、 プログラム 動 作 はコンパイ ラによ り 保 持 されます。 SDSoC コンパイラでは、 アプリケーションを 記 録 して
ハー ド ウ ェ ア 関 数 ご と にデバイ ス ド ラ イバーを 起 動 する のではな く 、 SDSoC の 効 率 的 なデータ ムーバーのラ イブラ
リを 使 用 して、 生 成 したハードウェア シ ス テムに 元 のアプ リ ケーシ ョ ンが 自 動 的 にマ ッ プ さ れ、 プ ロ セ ッ シング シ
ステムとプログラマブル ロ ジ ッ ク 間 でデータ 通 信 が 行 われます。
マ ッ ピ ング を 理 解 する には、 SDSoC コンパイラがプログラム 構 造 とそのデータ フ ローを 解 析 し て、 効 率 的 にプ ロ グ
ラムのデータ フローをインプリ メントするハードウェアおよびソフトウェア システムを 生 成 するこ とを 知 っておく
必 要 があ り ます。 これには、プロセッシング システムのメ イン メ モ リ を 常 に 介 する のではな く 、 1 つのハード ウ ェア
ブロックを 別 のハードウェア ブ ロ ッ ク に 直 接 データ を 通 信 する こ と も 含 まれます。
アプ リ ケーシ ョ ンで C 言 語 か ら 呼 び 出 し 可 能 な IP ライブラリをリンクすると、IP の 再 利 用 がサポー ト さ れます。 ア
プリケーション コー ド がプ ラ ッ ト フ ォームの 一 部 と し て 提 供 さ れる C 言 語 か ら 呼 び 出 し 可 能 な ラ イ ブ ラ リ と リ ン ク
さ れる 場 合 、 こ れら の ラ イ ブ ラ リ への イ ン ターフ ェ イ スに よ り アプ リ ケーシ ョ ンのプ ラ ッ ト フ ォーム 特 有 部 分 がカプ
セル 化 さ れます。 こ の 方 法 を 使 用 する と 、 アプ リ ケーシ ョ ンはプ ラ ッ ト フ ォーム 間 でかな り のポータ ビ リ テ ィ を 達 成
するこ とができます。
全 体 的 な 使 用 フ ロー
図 8-3 は、SDSoC デザ イ ン 環 境 を 使 用 し た 全 体 的 な 使 用 フ ローを 示 し ています。 た と えば、 ユーザー アプ リ ケーシ ョ
ンの 場 合 は、 まず、 プ ロ フ ァ イ リ ン グ を 使 用 する か、 その 他 の 方 法 を 使 用 し てアプ リ ケーシ ョ ンの 計 算 負 荷 の 高 い 部
分 を 識 別 し ます。 こ れら の 部 分 は、 既 に 存 在 し てい る か、 関 数 に リ フ ァ ク タ リ ン グ さ れてい るはずです。 SDSoC デザ
イ ン 環 境 では、 これらの 関 数 がハード ウ ェ アに 割 り 当 て られます。 SDSoC では、 フル ビッ ト ス ト リ ームな し に 高 速
なパフ ォーマン ス 概 算 がサポー ト さ れ、 すばや く デザ イ ンが 最 適 化 で き る よ う になっています。 最 適 化 は、 パフ ォー
マン ス 概 算 に 基 づいて、 次 の 目 的 で 実 行 で き ます。
• ハー ド ウ ェ アに さ ら に 計 算 部 分 を 移 行 する ため
• ハー ド ウ ェ アに 移 行 する 関 数 のパフ ォーマン ス を 最 適 化 する ため (た と えば 高 位 合 成 (HLS) の pragma を 使 用 )
• プロセッシング システムとプログラマブル ロ ジ ッ ク 間 のデータ 転 送 パフ ォーマン ス を 最 適 化 する ため (たとえ
ば、 異 な るデータ ムーバーまたは 異 なる メモ リ ア ロ ケーシ ョ ン を 使 用 する)
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第 8 章 : SDSoC 環 境
必 要 なパフ ォーマン ス を 達 成 し た ら、 SDSoC でそのフル システムの SD カード イ メージを 生 成 して、 ターゲット プ
ラ ッ ト フ ォームのアプ リ ケーシ ョ ンが 実 行 で き ます。 こ の 生 成 さ れたシ ス テムの 実 行 に 基 づき、 さ ら に 最 適 化 を 実 行
できます。
X-Ref Target - Figure 8-3
図 8‐3 : SDSoC ユーザー フロー
デフォル ト では、 SDSoC は Linux オペレーテ ィ ング システムをターゲッ トにしています。 生 成 される SD カード イ
メージには、 Linux カーネル、 フ ァ イル システム、 ユーザー アプ リ ケーシ ョ ンが 含 まれます。 SDSoC では、 OS の 選
択 肢 と し て FreeRTOS とスタンドアロン (ベア メ タル) モード もサポー ト されます。 FreeRTOS と ス タ ン ド ア ロ ン の 場
合 、 ユーザー アプ リ ケーシ ョ ンはザイ リ ンク ス スタンドアロン システム (LibXil) か ら のサポー ト を 使 用 し て コ ンパ
イルされます。OS の 選 択 を 制 御 するオプシ ョ ンの 詳 細 は、 『SDSoC の 概 要 』 (UG1027) [ 参 照 25] および 『SDSoC 入 門
ガイド』 (UG1028) [ 参 照 26] を 参 照 して ください。
SDSoC には、 そのま まの 状 態 で 使 用 でき るハード ウ ェア プラッ ト フォームも 数 個 サポート されます。 サポート され
るプラッ ト フォームのリ ス トには、 ZC702、 ZC706、 Zed ボード、 および MicroZed などのよ く 使 用 されるボードが 含
まれます。 アプ リ ケーシ ョ ンの ターゲ ッ ト プ ラ ッ ト フ ォームは、 プ ロ ジ ェ ク ト を 設 定 する と き に SDK 内 で 設 定 でき
るほか、 makefile 内 で -sds-pf コマンド ライン オプシ ョ ン を 指 定 する と 設 定 で き ます。 使 用 可 能 なプ ラ ッ ト フ ォー
ムの リ ス ト は、 sdscc コマンド ライン ツールに -sds-pf-list オプシ ョ ン を 付 けて 実 行 する と 表 示 で き ます。
SDSoC を 使 用 する と 、 ユーザーおよびサー ド パーテ ィ が Vivado デザインから 開 始 してプラッ ト フォームを 生 成 する
こ と も で き ます。 こ の よ う なプ ラ ッ ト フ ォームは、 SDK またはコマンド ラ イ ンのいずれかで 最 上 位 プ ラ ッ ト フ ォー
ム デ ィ レ ク ト リ を 指 定 する と 選 択 で き ます。SDSoC プ ラ ッ ト フ ォームの 作 成 方 法 の 詳 細 は、『SDSoC プラッ ト フォー
ムおよびラ イブラ リ ガイド』 (UG1146) [ 参 照 27] を 参 照 して ください。
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第 8 章 : SDSoC 環 境
プロファイリング
パフ ォーマン ス 解 析 と プロ フ ァ イ リ ングの 重 要 性 については、 既 に 前 の 章 で 説 明 されています。 SDSoC では、 機 能 を
介 し てツール 内 で こ れら の 概 念 が 統 合 さ れます。 SDSoC はザイ リ ン ク ス SDK のプ ロ フ ァ イ リ ン グ 機 能 に さ ら に 追 加
さ れるプロ フ ァ イ リ ング 機 能 なので、アプ リ ケーシ ョ ン 開 発 者 は 非 介 入 TCF プ ロ フ ァ イ ラーを 使 用 する こ と で、 コー
ド をプ ロ グ ラ ムせずにアプ リ ケーシ ョ ン をプ ロ フ ァ イルで き ます。 こ のプ ロ フ ァ イル 情 報 に 基 づいて、 移 動 中 の 関 数
の 最 初 のハード ウ ェ アへの 受 け 渡 しが 開 始 されます。 詳 細 は、 第 6 章 「ソフトウェア デザイ ン フロー」 を 参 照 して
ください。
SDSoC では、 標 準 的 な Eclipse ベースのツール (ユーザー アプ リ ケーシ ョ ンをプロファ イルする gprof など) も サポー
トされます。 詳 細 は、 第 7 章 「デバッグ」を 参 照 して く ださい。 SDSoC ユーザーは、 アプ リ ケーシ ョ ンのビル ド プロ
パテ ィ を 変 更 した り、 –pg および –g1 オプシ ョ ンを 選 択 してプロ フ ァ イル 情 報 を 取 得 した り でき ます。 これらのオ
プシ ョ ン を 選 択 する と 、 プ ロ ジ ェ ク ト を 構 築 し て、 ボー ド でそれを 実 行 し、 プ ロ フ ァ イル 情 報 フ ァ イル (gmon.out)
を 取 得 する こ と がで き ます。 SDSoC 環 境 には、 gmon.out ファイルが 標 準 Eclipse ベースでグ ラ フ ィ ッ ク 表 示 さ れる
機 能 があ り 、 関 数 の 階 層 ビ ューがそれぞれにかかった 時 間 の 割 り 合 い (%) と 一 緒 に 表 示 さ れます。
パフォーマンスの 概 算
SDSoC 環 境 には、 ハー ド ウ ェ ア ア ク セ ラ レーシ ョ ン 用 に 関 数 を 識 別 し た 後 に、 パフ ォーマン スの 改 善 をすばや く 概
算 する ツールが 含 まれます。 た と えば、 典 型 的 なアプ リ ケーシ ョ ンのビル ド サイクル 全 体 が 40 分 かかる 場 合 、 パ
フ ォーマン ス 概 算 フ ローを 使 用 する と 、 アプ リ ケーシ ョ ン ス ピー ド ア ッ プが 数 分 で 概 算 可 能 です。パフ ォーマン ス 概
算 フローは、 ビルド コンフィギュレーションを [SDEstimate] に 変 更 し てプ ロ ジ ェ ク ト を 構 築 する と 実 行 で き ます。 こ
のフローの 詳 細 は、 『SDSoC の 概 要 』 (UG1027) [ 参 照 25] および 『SDSoC 入 門 ガ イ ド 』 (UG1028) [ 参 照 26] の 演 習 4 を
参 照 し て く だ さ い。
ソフトウェア/ハー ド ウ ェ ア システム 全 体 の 作 成 と
実 行
パフォーマンス 概 算 フローを 使 用 し、デザインを 繰 り 返 し 試 して 取 得 したパフォーマンの 概 算 で 問 題 なければ、 ビル
ド コンフィギュレーションを [SDRelease] に 変 更 し てプ ロ ジ ェ ク ト を 構 築 し 直 し ます。 生 成 し た SD カード イメージ
を SD カー ド にコ ピーし て、 ボー ド で 実 行 し て、 生 成 し たシ ス テムの 実 際 のパフ ォーマン ス を 確 認 する こ と も で き ま
す。
C 言 語 から 呼 び 出 し 可 能 な RTL IP ライブラリを 使 用
し たパフ ォーマンスの 最 適 化
173 ページの 「 概 要 」 に 示 すよ う に、 ソ フ ト ウ ェア アプ リ ケーシ ョ ンに よ り 定 義 さ れたデータ フローは、そのアプリ
ケーシ ョ ン 用 の SoC のハー ド ウ ェ ア と ソ フ ト ウ ェ アに 自 動 的 にマ ッ プ さ れます。 SDSoC コンパイラでは、 プログラ
ム データ フ ローに 基 づいて 動 作 がハード ウ ェア 関 数 にマ ッ プおよびス ケジュールされます。 アプ リ ケーシ ョ ンは、
Verilog な どのハー ド ウ ェ ア 記 述 言 語 で 定 義 さ れた IP ブ ロ ッ ク に 関 数 呼 び 出 し マ ッ ピ ン グ を 提 供 する ラ イ ブ ラ リ へ リ
ンクすることもできます。アプリケーション コードおよび SDSoC コンパイラの 観 点 では、スケジュールとマップは、
関 数 が HLS を 使 用 してコンパイル 時 に 合 成 されよ う が、 HDL IP ブ ロ ッ ク にマ ッ プ さ れよ う が 同 じ にな り ます。 ハー
ド ウ ェ ア 関 数 への 呼 び 出 し は、 SDSoC コンパイラでハードウェアにマップされます。
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第 8 章 : SDSoC 環 境
IP ブロックのペリ フェラルをターゲッ トにする 従 来 の 「ソフ ト ウェア ド ラ イバー」 手 法 では、 通 常 制 御 イ ン ターフ ェ
イスのみにアクセスでき、 ハードウェア システムでこのデータ フローが 取 り 込 まれます。 SDSoC アプ リ ケーシ ョ ン
のよ うなフルシステム コ ンパイ ラ を 使 用 する と 、 その 他 の 関 数 ラ イ ブ ラ リ と 同 様 、 アプ リ ケーシ ョ ン コードから 直
接 データ プ ロ セ ッ シン グ 関 数 が 起 動 で き ます。 DMA の よ う なデータ 転 送 は、 関 数 呼 び 出 し が 効 率 的 に イ ンプ リ メ ン
ト さ れる よ う に 抽 象 化 さ れ 自 動 的 に 起 動 さ れます。
詳 細 は、 『SDSoC プラッ ト フォームおよびライブラ リ ガイド』 (UG1146) [ 参 照 27] の 「SDSoC ライブラ リ」 (SDSoC
Libraries) の 章 を 参 照 し て く だ さい。
Vivado HLS を 使 用 した IP パフ ォーマンスの 最 適 化
SDSoC 環 境 でハー ド ウ ェ アに 送 ら れる アプ リ ケーシ ョ ン コードは、 Vivado HLS ( 高 位 合 成 ) を 使 用 してコンパイルさ
れます。 これについては、 第 5 章 「ハードウェア デザイ ン フロー」 を 参 照 して く ださい。 さ まざまな 最 適 化 ス ト ラ
テジについては、『Vivado Design Suite ユーザー ガイド : 高 位 合 成 』 (UG902) [ 参 照 9] を 参 照 して く ださい。SDSoC ツー
ルでは、 計 算 負 荷 の 高 いループ よ り も 前 にパイ プ ラ イ ン を イ ネーブルに し た り 、 内 部 ループ 内 でア ク セ ス さ れる 変 数
に 対 し て array_partition pragma を 指 定 し て 内 部 ループの メ モ リ 帯 域 幅 を 増 加 し た り と いった、 コー ド を 改 善 する のに
よ く 使 用 さ れる ス ト ラ テジがい く つか 使 用 さ れます。 最 適 化 ス ト ラ テジの 概 要 については、『SDSoC の 概 要 』 (UG1027)
[ 参 照 25] を 参 照 して く ださい。
システム パフ ォーマンスの 最 適 化
アクセラレーションを 使 用 したシステム パフォーマンスの 改 善 は、 SDSoC に 統 合 された 主 な 概 念 の 1 つです。 ソ フ
ト ウ ェ アの 観 点 と ハー ド ウ ェ アの 観 点 の 両 方 か ら パフ ォーマン ス を 改 善 する さ ま ざ ま な 方 法 については、 第 2 章 「シ
ステム レベルの 考 慮 事 項 」 および 第 3 章 「ハードウェア デザ イ ンの 考 慮 事 項 」 を 参 照 して く ださい。 このセクシ ョ
ンでは、 SDSoC で 使 用 されるその 他 の 手 法 と、 システム メ モ リ へのデータ の 格 納 およびデータ パイプラインなどの
前 述 の 手 法 の 一 部 について 説 明 し ます。
物 理 的 に 連 続 する メ モ リ の 使 用
SDSoC シ ス テム 最 適 化 コ ンパイ ラ では、 メ モ リ アロケーションのト レード オフがソフ ト ウェアおよびハード ウェア
関 数 に 組 み 込 まれます。 Linux ベースのシ ス テムでは、 malloc() でアロケート される メモ リ がページ 化 されます。
カーネルではそのユーザー 用 にページが 記 録 さ れ、 ユーザー アプ リ ケーシ ョ ンに 統 一 し たビ ューが 表 示 されます。た
だし、malloc() でア ロ ケーシ ョ ン さ れる メ モ リ がア ク セ ラ レータ に 転 送 さ れる 場 合 、 個 別 ページを 集 めて、
AXI-DMA でスキャッター ギャザー モー ド を 使 用 し てそれら を 転 送 する ため、 パフ ォーマン ス ペナルテ ィ があ り ま
す。 SDSoC には、 sds_alloc() と い う ユーザーがア ク セスでき る 関 数 が 含 まれます。 これは、 malloc() のよ うに
動 作 し ますが、 物 理 的 に 連 続 する メ モ リ をア ロ ケーシ ョ ン し ます。 こ れに よ り 、 ス キ ャ ッ ター ギャザー DMA のよ う
なデータ ムーバーを 使 用 する 場 合 はパフォーマンスがよ り 速 く な り ます。 また、 SDSoC でシンプル モ ー ド の
AXI-DMA の よ う なデータ ムーバーを 選 択 する こ と も で き、 オーバーヘ ッ ド が 減 る ので、 パフ ォーマン ス も かな り 改
善 されます。
ローカル キャッシュとスト リーミング デー タの 使 用
Vivado HLS で コ ンパイルされる コー ド に 転 送 さ れるデータ は、 データ 量 が 少 なければ、 1 度 送 信 し て、 その 計 算 中 に
プログラマブル ロジックの BRAM 内 に 含 まれる よ う にで き ます。 データ がプ ロ グ ラ マブル ロジックの BRAM 内 に
フ ィ ッ ト し ない く ら い 大 き い 場 合 、 ま たは 計 算 中 に 複 数 回 使 用 さ れない 場 合 は、 生 成 し たア ク セ ラ レータ にデータ ス
ト リ ーム と し て 送 信 で き ます。 プ ロ セ ッ サ と ア ク セ ラ レータ 間 で 転 送 さ れるデータ をキ ャ ッ シ ュする か、 ス ト リ ー ミ
ングする かは、 ユーザーが 選 択 で き ます。 詳 細 は、 『SDSoC の 概 要 』 (UG1027) [ 参 照 25] を 参 照 して く ださい。
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第 8 章 : SDSoC 環 境
共 有 メ モ リ の 使 用
プロセッサのメモリからアクセラレータのローカル メ モ リ にデータ を 転 送 し た り 、ア ク セ ラ レータ を 介 し て ス ト リ ー
ミ ング し た り する 代 わ り に、 プ ロ セ ッ サ と ア ク セ ラ レータ が 共 有 メ モ リ の 共 通 領 域 にア ク セ スする よ う にする こ と も
できます。 これには、 コード pragma をハー ド ウ ェ アにマ ッ プ さ れる 関 数 に 追 加 し ます。 こ の 方 法 を 使 用 する には、
ユーザー アプ リ ケーシ ョ ンが malloc() ではな く、 sds_alloc() を 使 用 し て メ モ リ を ア ロ ケーシ ョ ン し てい る 必
要 があります。 詳 細 は、『SDSoC の 概 要 』 (UG1027) [ 参 照 25] の 第 10 章 を 参 照 し て く だ さ い。
ア ク セ ラ レー タ 間 の 直 接 デー タ 転 送
ハー ド ウ ェ ア ア ク セ ラ レーシ ョ ンに 複 数 の 関 数 を 選 択 し た 場 合 、 SDSoC 環 境 でそれ ら が 自 動 的 にパイ プ ラ イ ン さ れ
ます。 つま り 、 関 数 間 でデータ 転 送 が 直 接 や り 取 り さ れる ので、 プ ロ セ ッ サ 側 で 使 用 さ れない 限 り 、 最 初 にプ ロ セ ッ
サに 関 数 を コ ピーする 必 要 はあ り ません。
同 じハー ド ウ ェ ア 関 数 の 複 数 イ ンス タ ンスの 使 用
1 つのソース ロ ケーシ ョ ンか ら ハー ド ウ ェ アにマ ッ プ さ れた 関 数 に 対 する 複 数 の 呼 び 出 し は、 1 つのア ク セ ラ レータ
にマップされますが、SDSoC の 場 合 は、 複 数 のア ク セ ラ レータ イ ン ス タ ン ス を 生 成 する よ う コ ンパイ ラ に 命 令 し、 よ
り 多 く のデータ を 並 列 処 理 する こ と でアプ リ ケーシ ョ ンのパフ ォーマン ス を 改 善 する async という コード pragma
を 使 用 できます。
計 算 を 含 むデー タ 通 信 のパイ プ ラ イ ン
ア ク セ ラ レータへの 連 続 する 複 数 の 呼 び 出 し は、 ユーザーの pragma 制 御 の 下 、 SDSoC でパイプラ イ ンでき ます。 こ
れに よ り 、 その 後 に 続 く ア ク セ ラ レーターへの 呼 び 出 し をデータ 転 送 しつつ、 ア ク セ ラ レータ の 計 算 を 同 時 に 実 行 で
きます。 図 8-4 は、 2 つの 入 力 と 1 つの 出 力 を 使 用 し たア ク セ ラ レータへの 連 続 呼 び 出 し を 示 し ています。
X-Ref Target - Figure 8-4
図 8‐4 : ア ク セ ラ レー タへの 呼 び 出 しの 連 続 実 行
図 8-5 は、 パイプ ラ イ ン 形 式 で 実 行 される 同 じ ア ク セ ラ レーターへの 2 つの 呼 び 出 し を 示 し ています。 コ ンパイ ラ で
は 複 数 のバッ フ ァーが 自 動 的 に 挿 入 されるので、 2 つ 目 の 呼 び 出 し のデータ 転 送 が、 最 初 の 呼 び 出 し の 完 了 直 後 に 開
始 でき ます。 これには、 『SDSoC の 概 要 』 (UG1027) [ 参 照 25] の 第 7 章 に 記 述 さ れる よ う に、 async pragma を SDSoC
環 境 で 使 用 する 必 要 があ り ます。
X-Ref Target - Figure 8-5
図 8‐5 : 別 のア ク セ ラ レー タへの 呼 び 出 しのパイ プ ラ イ ン 実 行
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第 8 章 : SDSoC 環 境
システムのデバッグ
SDSoC には、 ザイ リ ン ク ス SDK System Debugger と 同 じデバッグ 構 造 と 手 法 が 使 用 され、 スタンドアロン プラット
フ ォームのアプ リ ケーシ ョ ンのデバ ッ グ、 および 物 理 ア ド レ ス 空 間 で IP を 検 索 でき る 機 能 などのサポー ト が 含 まれ
ます。 詳 細 は、 第 6 章 「ソフトウェア デザイ ン フロー」 を 参 照 して く ださい。
SDSoC を 使 用 する と、 SDSoC IDE を 使 用 し てプ ロ ジ ェ ク ト を 作 成 およびデバ ッ グで き ます。 プ ロ ジ ェ ク ト は、 コ マ
ンド ラインまたはSDSoC IDE のいずれかで、 ユーザー 定 義 の makefile を 使 用 して SDSoC IDE 外 で 作 成 し た り 、 デ
バッグしたりするこ と もできます。 デバッグの 詳 細 は、 『SDSoC の 概 要 』 (UG1027) [ 参 照 25] および 『SDSoC 入 門 ガ
イド』 (UG1028) [ 参 照 26] を 参 照 して ください。
パフ ォーマンスの 測 定 と 解 析
単 純 なパフ ォーマン ス 測 定 を し て、 パフ ォーマン スのボ ト ルネ ッ ク を 判 別 させる ため、 SDSoC には
sds_clock_counter() という 関 数 が 含 まれます。 この 関 数 は、 ハードウェアのフリーランニング カウンターから
のサイ クル 精 度 のタイムスタンプを 戻 します。このカウンターは、コード 計 装 およびパフォーマンス データ の 収 集 に
使 用 で き ます。Vivado_HLS レポートはビルド ディレク ト リの _sds フォルダーからも 入 手 でき、 生 成 したハードウェ
アの 詳 細 情 報 やパフ ォーマン ス を 改 善 する ために 加 え る こ と ので き る 変 更 点 など を 確 認 で き ます。
SDSoC の 高 度 なシ ス テム レベルのパフ ォーマン ス 測 定 と 解 析 機 能 の 多 く はザ イ リ ン ク ス SDK と 共 通 しています。 詳
細 は、 第 6 章 「ソ フ ト ウ ェア デザイ ン フロー」 を 参 照 して く ださい。 SDSoC コンパイラではオプションで AXI
Performance Monitor (APM) を 生 成 するシステムに 挿 入 して、 Zynq デバイ スのプロ グ ラ ミ ング ロジック (PL) と プ ロ
セッシング システム (PS) 間 の ト ラ フ ィ ッ ク を 監 視 でき ます。ARM を 使 用 して PS/PL バ ウ ン ダ リ のア ク テ ィ ビ テ ィ を
監 視 する こ と で、 シ ス テムがキ ャ ッ シ ュ コヒーレント ACP ポー ト などの 特 定 の リ ソ ースの 容 量 で 飽 和 状 態 になって
いるかど うかが 判 別 できます。
計 算 間 で 長 い 時 間 ア イ ド ル データ 転 送 イ ン ターフ ェ イ ス を 監 視 するハー ド ウ ェ ア 関 数 を 使 用 する と 、ア ク セ ラ レータ
マ イ ク ロ アーキテ ク チャ 最 適 化 の 恩 恵 を 受 け る 可 能 性 のあ る CPU バウンド システムが 示 されるので、 スループッ ト
を 増 加 してレイテンシを 減 少 させる こ とができ る こ と もあ り ます。 逆 に、 飽 和 したデータ 転 送 インターフェ イ スによ
り、 ト ラフィ ックを PS 上 のほかの 使 用 可 能 な 転 送 イ ン ターフ ェ イ スに リ ダ イ レ ク ト で き る よ う な 状 態 が 示 さ れる こ
と も あ り ます。 詳 詳 細 は、 『ザ イ リ ン ク ス ソフトエア 開 発 キッ ト (SDK) ユーザー ガイド : システム パフ ォーマ ン ス 解
析 』 (UG1145) [ 参 照 24] を 参 照 して く ださい。
エクスパート 向 けの 使 用 モデル
SDSoC に よ る 設 計 決 定 はすべて、 アプ リ ケーシ ョ ン コードに pragma を 挿 入 する か、 IDE/コマンド ライン パラメー
ターを 使 用 する こ と で、 必 要 に 応 じ て 上 書 き で き ます。
よ り 高 度 なユーザー 用 の 特 定 の 制 御 には、 次 の よ う な 機 能 が 含 まれます。
• データ ムーバーの 選 択 : シンプル モード DMA、スキャ ッ ター ギャザー DMA、2-D DMA などの 異 なる IP ブロッ
ク へのデータ 転 送 のマ ッ ピ ングを 制 御 する ため
• CPU および DDR への Zynq-7000AP SoC プロセッシング システム インターフェイスの 選 択 : キャッシュ コヒー
レント または 高 スループッ トの AXI イ ン ターフ ェ イ スへのマ ッ ピ ングを 制 御 する ため
• ハー ド ウ ェ ア 関 数 port インターフェイスの 選 択 : ハー ド ウ ェ ア アクセラレータでハードウェア インターフェイ
ス を 制 御 する ため (たとえば、 ハードウェア 関 数 とソフ ト ウェア スレッド 制 御 間 の 共 有 メモリ として、 または
ローカル BRAM のデータのキ ャ ッ シ ュに 「コ ピー イン、 コピー アウ ト」 として)
• 実 行 時 にサ イ ズ 変 更 可 能 なデータ 転 送 : 「コピー イン、 コピー ア ウ ト 」 方 法 に 従 った 転 送 の 場 合 、 可 能 な 場 合 は
転 送 サ イ ズを 制 限 する こ と で、 シ ス テム パフ ォーマン ス を 改 善 可 能
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第 8 章 : SDSoC 環 境
• Vivado HLS を 使 用 したハード ウ ェア 関 数 マイ ク ロアーキテクチャ : CPU バウンド シ ス テムの 場 合 、 Vivado HLS
の pragma と 指 示 子 を 使 用 し て スループ ッ ト と レ イ テンシを 改 善 可 能
• ブロッキング vs ノ ンブ ロ ッ キ ン グ 関 数 の 起 動 : デフ ォル ト では、 関 数 は 元 の 関 数 呼 び 出 し 方 法 を 保 持 し ますが、
ソフトウェア タスクのパイプラインをインプリ メントするためなど、 コードで pragma を 使 用 する と コ ンパイ ラ
に 制 御 をすぐに 戻 すよ う に 命 令 可 能
• ラ ン タ イ ム 中 にアプ リ ケーシ ョ ンで 時 分 割 される 別 のビ ッ ト ス ト リ ームへのハー ド ウ ェ ア 関 数 のサブセ ッ ト の
マップ : プログラマブル ロジック ファブリックを 時 分 割 して、 ターゲッ ト デバイ スに 同 時 にフ ィ ッ ト する よ り
も 多 く のハー ド ウ ェ ア 関 数 を 認 識 する ため
こ れ ら の 各 制 御 に 関 する 詳 細 は、 『SDSoC の 概 要 』 (UG1027) [ 参 照 25] の 「SDSoC Pragma Specification」 セクションを
参 照 し て く だ さ い。
高 度 なユーザー、ハー ド ウ ェ ア 設 計 者 、シ ス テム ソフトウェア チームは、 部 分 的 なハー ド ウ ェ ア デザイ ンおよび OS、
ファイル システム、 ライブラ リなどのソフ ト ウェア コ ンポーネン ト を 含 め、 独 自 の SDSoC プ ラ ッ ト フ ォーム を 構 築
で き ます。 ま た、 独 自 の HDL IP を C 言 語 か ら 呼 び 出 し 可 能 な IP ライブラリもパッケージできます。SDSoC を サポー
トするため、および HDL IP の C 言 語 か ら 呼 び 出 し 可 能 な ラ イ ブ ラ リ を 作 成 する ため、 明 確 に 定 義 さ れたオーバー
ヘッ ドの 少 ない Vivado ハー ド ウ ェ ア システムをエク スポー ト する 手 法 があ り ます。 詳 細 は、『SDSoC プ ラ ッ ト フ ォー
ムおよびラ イブラ リ ガイド』 (UG1146) [ 参 照 27] を 参 照 して ください。
SDSoC は、 前 の 章 で 説 明 さ れてい る 多 く の 手 法 を 使 用 し て、 シ ス テム を 効 率 的 に 構 築 、 設 計 、 デバ ッ グ しやす く する
ツールで、 前 述 の 手 法 を イ ンプ リ メ ン ト で き ます。 こ のツールは、 ソ フ ト ウ ェ ア 設 計 者 に と って 最 も 有 益 です。 こ れ
は、ハー ド ウ ェ ア コ ンポーネン ト を 使 用 し てシ ス テム 開 発 を 促 進 する ためには、 ソ フ ト ウ ェ ア 設 計 者 のツールボ ッ ク
スに 必 須 のツールです。
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付 録 A
その 他 の リ ソースおよび 法 的 通 知
ザイリンクス リソース
ア ンサー、 資 料 、 ダ ウ ン ロー ド 、 フ ォーラ ムなどのサポー ト リソースは、ザイ リ ンクス サポー ト サイ ト を 参 照 して
ください。
ソリューション センター
デバイ ス、 ツール、 IP のサポー ト については、 ザイ リ ンクス ソリューション センターを 参 照 して く ださい。 デザイ
ン アシスタン ト、 デザイン アドバイザリ、 ト ラブルシューティングのヒン ト などが 含 まれます。
Xilinx Documentation Navigator
Xilinx Documentation Navigator は、 ザ イ リ ン ク ス 製 品 を 使 用 し なが ら 資 料 にア ク セスで き る よ う にする 無 償 のツール
で、 Vivado のインス トールに 含 まれます。システムにインス トールした 後 は、[スタート] → [すべてのプ ロ グ ラ ム] →
[Xilinx Design Tools] → [DocNav] をクリ ックし、 [DocNav] アイコンをク リ ックするとアクセスできます。
Xilinx Documentation Navigator の 使 用 方 法 の 詳 細 は、 『Vivado Design Suite ユーザー ガイド : 入 門 』 (UG910) [ 参 照 11]
( リンク) を 参 照 して く ださい。
関 連 するデザイ ン ハブ
デザイ ン ハブを 使 用 する と 、 特 定 のデザ イ ン タ ス ク の 資 料 、 ト レーニング、 情 報 をすばや く 入 手 で き ます。 こ のガ
イ ド で 説 明 さ れる エンベデ ッ ド 開 発 および 手 法 には、 次 のデザ イ ン ハブが 該 当 し ます。
• Partial Reconfiguration デザイ ン ハブ
• Software Development Kit (SDK) デザイ ン ハブ
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付 録 A : その 他 の リ ソースおよび 法 的 通 知
参 考 資 料
さ ら に 詳 細 な 情 報 が 必 要 な 場 合 は、 次 の 資 料 を 参 照 し て く だ さ い。
注 記 : 日 本 語 版 のバージ ョ ンは、 英 語 版 よ り 古 い 場 合 があ り ます。
ザイ リンクス ユーザー ガイドおよびリファレンス ガイド
1. 『7 シリーズ FPGA クロッキング リソース ユーザー ガイド』 (UG472 : 英 語 版 、 日 本 語 版 )
2. 『7 シリーズ FPGA GTX/GTH トランシーバー ユーザー ガイド』 (UG476 : 英 語 版 、 日 本 語 版 )
3. 『7 シリーズ FPGA GTP トランシーバー ユーザー ガイド』 (UG482 : 英 語 版 、 日 本 語 版 )
4. 『Zynq-7000 All Programmable SoC テクニカル リファレンス マニュアル』 (UG585 : 英 語 版 、 日 本 語 版 )
5. 『OS およびラ イ ブ ラ リ 資 料 コ レ ク シ ョ ン』 (UG643)
6. ザイ リ ンクス ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 キ ッ ト (SDK) ヘルプ (UG782)
7. 『Zynq-7000 All Programmable SoC ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 者 向 けガ イ ド 』 (UG821 : 英 語 版 、 日 本 語 版 )
8. 『Zynq-7000 XC7Z020 All Programmable SoC ZC702 評 価 ボー ド ユーザー ガイド』 (UG850)
9. 『Vivado Design Suite ユーザー ガイド : 高 位 合 成 』 (UG902)
10. 『Vivado Design Suite ユーザー ガイド : 消 費 電 力 解 析 および 最 適 化 』 (UG907)
11. 『Vivado Design Suite ユーザー ガイド : 入 門 』 (UG910)
12. 『AXI インターフェイス ベース KC705 エンベデッ ド キッ ト MicroBlaze プロセッサ サブシステム ソ フ ト ウ ェ ア
チュート リ アル』 (UG915)
13. 『Zynq-7000 All Programmable SoC ZC702 ベース ターゲッ ト リファレンス デザイ ン (Vivado Design Suite 2014.2)
ユーザー ガイド』 (UG925)
14. 『Zynq-7000 All Programmable SoC PCB デザイ ン ガイド』 (UG933 : 英 語 版 、 日 本 語 版 )
15. 『Vivado Design Suite チュート リ アル : エンベデッ ド プロセッサ ハー ド ウ ェ ア デザイ ン』 (UG940)
16. 『UltraFast 設 計 手 法 ガ イ ド (Vivado Design Suite 用 )』 (UG949)
17. 『PetaLinux ツール ユーザー ガイド : Zynq All Programmable SoC Linux-FreeRTOS AMP ガイド』 (UG978)
18. 『Vivado Design Suite ユーザー ガイド : IP インテグレーターを 使 用 した IP サブシ ス テムの 設 計 』 (UG994)
19. 『ザイ リ ン ク ス Zynq-7000 All Programmable SoC での ARM TrustZone アーキテクチャのプログラ ミ ング ユーザー
ガイド』 (UG1019 : 英 語 版 、 日 本 語 版 )
20. 『Zynq-7000 All Programmable SoC セキュア ブー ト スタートアップ ガイド』 (UG1025 : 英 語 版 、 日 本 語 版 )
21. 『エンベデッ ド システム ツール リファレンス マニュアル』 (UG1043)
22. 『Vivado Design Suite ユーザー ガイド : カスタム IP の 作 成 と パッ ケージ』 (UG1118)
23. 『 基 本 的 な ソ フ ト ウ ェ ア プラッ ト フォームの 生 成 リ ファレンス ガイド』 (UG1138)
24. 『ザイ リ ン ク ス ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 キ ッ ト (SDK) ユーザー ガイド : システム パフ ォーマン ス 解 析 』 (UG1145)
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付 録 A : その 他 の リ ソースおよび 法 的 通 知
SDSoC 資 料
次 の SDSoC 資 料 は、 現 時 点 ではア ク セスが 制 限 さ れています。 こ れら のフ ァ イルを 入 手 する には、 ザ イ リ ン ク ス 販 売
代 理 店 までご 連 絡 く だ さ い。
25. 『SDSoC の 概 要 』 (UG1027)
26. 『SDSoC 入 門 ガ イ ド 』 (UG1028)
27. 『SDSoC プラッ ト フォームおよびライブラ リ ガイド』 (UG1146)
その 他 のザイ リ ン ク ス 資 料
データ シー ト
28. 『Zynq-7000 All Programmable SoC (Z-7010、 Z-7015、 Z-7020) : DC 特 性 および AC ス イ ッ チ 特 性 』 (DS187 : 英 語 版 、
日 本 語 版 )
29. 『Zynq-7000 All Programmable SoC 概 要 』 (DS190 : 英 語 版 、 日 本 語 版 )
30. 『Zynq-7000 バス ファンクション モデル データ シー ト 』 (DS897)
製 品 ガイ ド
31. 『LogiCORE IP AXI BFM Cores v5.0 製 品 ガ イ ド (AXI)』 (PG129)
ホワイ ト ペーパー
32. 『Get Smart about Reset: Think Local, Not Global Whitepaper』 (WP272)
33. 『Zynq-7000 All Programmable SoC でのセキュア ブー ト 』 (WP426)
アプリケーシ ョ ン ノート
34. 『Zynq-7000 All Programmable SoC を 使 用 し た 高 性 能 ビデオ システムの 設 計 』(XAPP792 : 英 語 版 、 日 本 語 版 )
35. 『LightWeight IP (lwIP) アプ リ ケーシ ョ ン 例 』 (XAPP1026)
36. 『シンプルな AMP : 2 つの Zynq SoC プ ロ セ ッ サ 上 で 動 作 する Linux およびベア タル システム』 (XAPP1078 : 英 語
版 、 日 本 語 版 )
37. 『シンプルな AMP : 2 つの Cortex-A9 プロセッサ 上 で 動 作 するベアメ タル システム』 (XAPP1079 : 英 語 版 、 日 本 語 版 )
38. 『Zynq-7000 AP SoC 内 で PL イーサネ ッ ト を 使 用 する 場 合 の PS および PL イーサネッ トの 性 能 とジャンボ フ レー
ムのサポート』 (XAPP1082 : 英 語 版 、 日 本 語 版 )
39. 『Zynq-7000 の PS と XADC 間 の 専 用 イ ン ターフ ェ イ ス を 利 用 し たシ ス テム 監 視 および 外 部 チャ ネル 計 測 』
(XAPP1172 : 英 語 版 、 日 本 語 版 )
40. 『Zynq-7000 All Programmable SoC のセキュア ブー ト 』 (XAPP1175 : 英 語 版 、 日 本 語 版 )
41. 『Zynq-7000 AP SoC プロセッシング システムと XADC AXI インターフェイスを 使 用 したシステム モニ タ リ ン グ』
(XAPP1182 : 英 語 版 、 日 本 語 版 )
42. 『ARM DS-5 ツールチェーンを 使 用 した Zynq-7000 プラッ ト フォーム ソ フ ト ウ ェ アの 開 発 』 (XAPP1185 : 英 語 版 、
日 本 語 版 )
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付 録 A : その 他 の リ ソースおよび 法 的 通 知
ウェブ ページ
43. AXI パフォーマンス モニター ウェブ ページ
44. AXI タイマー/カウンター ウェブ ページ
45. LogiCORE AXI Traffic Generator ウェブ ページ
46. ザイ リ ンクス セキュ リ テ ィ ソ リューション ウェブ ページ
47. ザイ リ ンクス Zynq-7000 AP SoC エコシステム ウェブ ページ
48. ザイ リ ンクス PetaLinux ツール ウェブ ページ
Wiki ページ
49. K7 Embedded TRD 2013.2 Wiki ページ
50. ザイ リ ンクス Linux ドライバー Wiki ページ
51. ザイ リ ンクス Linux GPIO ドライバー Wiki ページ
52. ザイ リ ンクス Linux I2C ドライバー Wiki ページ
53. ザイ リ ンクス Linux SPI ドライバー Wiki ページ
54. ザイ リ ンクス Linux Wiki ページ
55. ザイ リ ンクス マルチ OS サポー ト Wiki ページ
56. ザイ リ ンクス PetaLinux Wiki ページ
57. ザイ リ ンクス U-Boot Wiki ページ
58. ザイ リ ンクス Yocto Wiki ページ
59. Zynq-7000 AP SoC ブー ト - 外 部 メ モ リ な し のブー ト および 実 行 のテ ク ニカル ヒント
60. Zynq-7000 AP SoC ブー ト - L2 キ ャ ッ シ ュ か ら の ロ ッ ク および 実 行 のテ ク ニカル ヒント
61. Zynq-7000 AP SoC 低 消 費 電 力 手 法 1 - 消 費 電 力 デモの イ ン ス ト ールおよび 実 行 に 関 する テ ク ニカル ヒント Wiki
ページ
62. ザイ リ ンクス Zynq-7000 AP SoC Spectrum Analyzer パー ト 2 - ARM NEON ラ イ ブ ラ リ の 構 築 に 関 す る テ ク ニ カル
ヒント
63. ザイ リ ンクス Zynq Linux Wiki ページ
64. ザイ リ ンクス Zynq パワー マネージ メ ン ト の Wiki ページ
アンサー データベース
65. ザイ リ ンクス アンサー 46778
66. ザイ リ ンクス アンサー 47511
67. ザイ リ ンクス アンサー 50991
68. ザイ リ ンクス アンサー 52847
69. ザイ リ ンクス アンサー 55572
70. ザイ リ ンクス アンサー 57744
71. ザイ リ ンクス アンサー 58387
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付 録 A : その 他 の リ ソースおよび 法 的 通 知
他 社 の 情 報
72. ARM DS-5 Development Studio Streamline Performance Analyzer 資 料 :
http://ds.arm.com/ds-5/optimize
73. ARM Infocenter Accelerator Coherency Port ウェブページ :
http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.ddi0407e/CACGGBCF.html
74. ARM Security Technology: Building a Secure System using TrustZone® Technology :
http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.prd29-genc-009492c/PRD29-GENC-009492C_trustzone_security_whitep
aper.pdf
75. Cortex-A9 Technical Reference Manual :
http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.ddi0388e/DDI0388E_cortex_a9_r2p0_trm.pdf
76. Design Calculations for Robust I2C Communications :
http://www.edn.com/design/analog/4371297/Design-calculations-for-robust-I2C-communications
77. Discretix : http://www.discretix.com/
78. ENEA Software AB Solutions : http://www.enea.com/solutions/
79. eSOL Embedded Engineering and Enabling Solution : http://www.esol.com/
80. Express Logic ThreadX RTOS : http://rtos.com/products/threadx/xilinx_arm
81. GreenHills INTEGRITY RTOS : http://www.ghs.com/products/xilinx_zynq.html
82. How a MicroBlaze can peaceably coexist with the Zynq-7000 AP SoC :
http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1280680
83. IAR Integrated Solutions Partner Program : http://www.iar.com/Products/RTOS/Integrated-RTOSes/
84. iVeia Adeneo Embedded Board Support Packages : http://www.adeneo-embedded.com/Products/Board-Support-Packages
85. Mentor Graphics Nucleus RTOS : http://www.mentor.com/embedded-software/nucleus/?sfm=auto_suggest
86. Micrium µC/OS RTOS : http://micrium.com/products/
87. MontaVista Carrier Grade Edition 7 : http://www.mvista.com/product-carrier-grade-edition7.html
88. PCA9548A Low Voltage 8-Channel I2C Switch With Reset : http://www.ti.com/lit/ds/symlink/pca9548a.pdf
89. SD Association, Latest Simplified Specifications : https://www.sdcard.org/downloads/pls/simplified_specs/
90. Open Kernel Labs OKL4 Microvisor : http://www.ok-labs.com/products/okl4-microvisor
91. QNX Neutrino RTOS : http://www.qnx.com/products/neutrino-rtos/neutrino-rtos.html#overview|
92. Quadros RTOS : http://www.quadros.com/products/operating-systems
93. Real Time Engineers FreeRTOS Interactive ウェブページ :
http://www.freertos.org/Interactive_Frames/Open_Frames.html?http://interactive.freertos.org/entries/23277857-Updated-Xil
inx-FreeRTOS-port-for-Zynq-to-SDK-14-4-release
94. Sciopta RTOS : http://www.sciopta.com/news/ZYNQ-7000.html
95. Sierraware Hypervisor and SierraTEE Trusted Execution Environment : http://www.sierraware.com/arm_hypervisor.html
96. SYSGO PikeOS BSPs for ZC702, Zed, and Zynq-7000 All Programmable SoC BSP :
http://www.sysgo.com/products/board-support-packages/pikeos-bsp-list/
97. SYSGO PikeOS Product Information :
http://www.sysgo.com/news-events/press/press/details/article/sysgos-certified-pikeos-supports-xilinxs-zynq-7000-all-progra
mmable-soc/
98. ザイ リ ンクス ウェブページからの 公 式 Linux カーネル : https://github.com/Xilinx/linux-xlnx
99. Timesys LinuxLink : http://www.timesys.com/embedded-linux/linuxlink
100. Wind River VxWorks, Linux, and Workbench IDE : http://www.windriver.com/
101. Xilinx XC702 DS-5 Getting Connected Guide : http://www.arm.com/files/pdf/zc702_ds5_2.pdf
102. Yocto Project ウェブページ : http://git.yoctoproject.org/cgit/cgit.cgi/meta-xilinx/about/
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付 録 A : その 他 の リ ソースおよび 法 的 通 知
トレーニング リソース
ザ イ リ ン ク スでは、 本 書 に 含 まれる コ ンセプ ト を 説 明 する さ ま ざ ま な ト レーニン グ コースおよびオンライン ビデオを
提 供 し ています。 次 の リ ン ク か ら 関 連 する ビデオを 参 照 し て く だ さ い。
1. Vivado Design Suite ビデオ チュート リ アル : ザイ リンクスの SDK を 使 用 して Zynq ブー ト イ メージを 作 成 する 方 法
2. Vivado Design Suite ビデオ チュート リ アル
法 的 通 知
The information disclosed to you hereunder (the “Materials”) is provided solely for the selection and use of Xilinx products.To the maximum extent
permitted by applicable law:(1) Materials are made available "AS IS" and with all faults, Xilinx hereby DISCLAIMS ALL WARRANTIES AND
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