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计算机组成原理实验报告,硬件结构设计,RISC-V,SoC,picoRV32
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2022-07-05
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本次课程设计要求基于开源的RISC-V 核——picoRV32 搭建一个完整的 SoC(片上系统),并在自己搭建的 SoC 之上进行软件编程,体会硬件设计与软件编程的结合。 RISC-V-On-PYNQ Overlay实现了在PYNQ-Z2板上的RISC-V处理器及工具链集成,并提供了完整的RISC-V源码与设计流程,得益于PYNQ软件框架,其支持在Jupyter Notebook对RISC-V进行编译、调试与验证,即可以在Jupyter Notebook上编写一段C/C++/RISC-V汇编程序,将编译后的二进制文件放到picoRV32上运行。
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《硬件结构设计》
综合实验报告
院(系):
专 业:
班 级:
组 长:
组 员:
第 2 页 共 29 页
指导老师:
二〇二一年七月
第 2 页 共 29 页
目录
一 实验说明................................................................................................................................... 3
1.1 实验要求.......................................................................................................................... 3
1.2 所用框架.......................................................................................................................... 3
1.3 嵌入式系统设计流程....................................................................................................... 6
二 硬件及软件设计方案............................................................................................................... 6
三 运行结果及分析..................................................................................................................... 19
3.1 模块设置与 IP 核包装.................................................................................................... 20
3.2 将一生成的 IP 与其他组件相连..................................................................................... 21
3.3 生成文件,并覆盖原文件............................................................................................. 22
3.4 oDisk 解压文件............................................................................................................... 23
3.5 放入指定文件夹............................................................................................................. 23
3.6 在 pynq-z2 云平台上,验证 RISC-V 是否可用...............................................................24
运行成功,实验成功。....................................................................................................... 25
四 实验心得................................................................................................................................. 25
第 3 页 共 29 页
小组成员
一 实验说明
1.1 实验要求
本次课程设计要求基于开源的 RISC-V 核——picoRV32 搭建一个完整的
SoC(片上系统),并在自己搭建的 SoC 之上进行软件编程,体会硬件设计与
软件编程的结合。
RISC-V-On-PYNQ Overlay 实现了在 PYNQ-Z2 板上的 RISC-V 处理器及
工具链集成,并提供了完整的 RISC-V 源码与设计流程,得益于 PYNQ 软件框
架,其支持在 Jupyter Notebook 对 RISC-V 进行编译、调试与验证,即可以
在 Jupyter Notebook 上编写一段 C/C++/RISC-V 汇编程序,将编译后的二进
制文件放到 picoRV32 上运行。
1.2 所用框架
1.2.1 PYNQ 简介
PYNQ 作为一个开源框架,其设计初衷是通过高层次的封装,将底层硬件
FPGA 实现细节与上层应用层的使用脱耦,对软件开发者来说,PYNQ 框架已
经提供了完整的访问 FPGA 资源的 library,让上层应用开发者通过 Python
编程就可以调用 FPGA 模块,不需要懂 Verilog/VHDL 硬件编程就可以享受
FPGA 可并行计算、接口可方便扩展和可灵活配置带来的诸多好处。
第 4 页 共 29 页
PYNQ 架构如图 1.2.1 所示,从该图可以看到,PYNQ 系统架构分为三层,
分别是以 FPGA 设计为主的硬件层、以 linux 内核加 Python 为主的软件层,
以及以 Jupyter Notebook 为主的应用层。
1.2.2 PYNQ 框架的使用
图 1.2.2 的 PYNQ 框架构成正好简洁地表达了 PYNQ 整体的框架与使用。
图 1.2.2 左侧是电脑主机和运行在电脑主机中的浏览器,浏览器中运行的
Jupyter Notebook 与右侧运行在 ZYNQ 或 ZU+中的 Jupyter web server
进行交互。从图 1.2.2 中,我们也可以看到 PYNQ 是基于 Ubuntu 发行版的
linux 系统构建的。
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