FC2カウンター FPGAの部屋 2017年09月02日

FPGAやCPLDの話題やFPGA用のツールの話題などです。 マニアックです。 日記も書きます。

FPGAの部屋

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画像をリサイズするためにDMA Read IPをVivado HLSで製作した1(dmar4resize_gray)

Vivado HLS で画像のサイズを縮小して白黒変換(resize_gray)”でAXI4 Stream 入力の画像をリサイズして白黒変換するIP (resize_gray))を作成した。今回は、フレームバッファからDMA Read して AXI4 Stream 出力して resize_gray にAXI4 Stream 入力するIP (dmar4resize_gray)を作成する。

dmar4resize_gray は、ダブルバッファリングを行うDMAw4Gabor の RorL 信号を受けて、現在書き込んでいるフレームバッファを避け、もう片方のフレームバッファから画像データを取得するDMA Read IP となっている。

まずはVirtualBox 上のUbuntu 16.04 の Vivado HLS 2016.4 で作ってみた。
dmar4resize_gray.h と dmar4resize_gray.cpp それに、dmar4resize_gray_tb.cpp を作成した。そして、bmp_header.h と straight0.bmp と left_turn4.bmp を用意した。
wlt_cnn_111_170901.png

C シミュレーションを行った。エラーになってしまった。
wlt_cnn_112_170901.png

エラー内容を示す。

INFO: [SIM 2] *************** CSIM start ***************
INFO: [SIM 4] CSIM will launch GCC as the compiler.
Compiling ../../../dmar4resize_gray_tb.cpp in debug mode
csim.mk:73: ターゲット 'obj/dmar4resize_gray_tb.o' のレシピで失敗しました
../../../dmar4resize_gray_tb.cpp: In function ‘int main()’:
../../../dmar4resize_gray_tb.cpp:98:61: error: cast from ‘int*’ to ‘unsigned int’ loses precision [-fpermissive]
../../../dmar4resize_gray_tb.cpp:99:20: error: cast from ‘int*’ to ‘unsigned int’ loses precision [-fpermissive]
../../../dmar4resize_gray_tb.cpp:103:61: error: cast from ‘int*’ to ‘unsigned int’ loses precision [-fpermissive]
../../../dmar4resize_gray_tb.cpp:104:20: error: cast from ‘int*’ to ‘unsigned int’ loses precision [-fpermissive]
make: *** [obj/dmar4resize_gray_tb.o] エラー 1
CRITICAL WARNING: [SIM 100] 'csim_design' failed: compilation error(s).
INFO: [SIM 3] *************** CSIM finish ***************


どうやら 64 ビットアドレスなので、int * が unsigned int にキャストできない様だ。キャストすると 32 ビット分の情報が抜けてしまう。けど、Zynq は32ビットアドレスなので、64 ビットアドレスの必要が無い。エラーメッセージにある -fpermissive オプションを追加することにした。
やり方を説明する。
最初にProject メニューからProject Settings... を選択する。

Project Settings ダイアログが表示される。左のペインからSimulation をクリックし、TestBench Files で dmar4resize_gray_tb.cpp を選択する。
右のEdit CFLAGS... ボタンをクリックする。
wlt_cnn_113_170901.png

Edit CFLAGS Dialog で CFLAGS Value に -fpermissive を入力した。
wlt_cnn_114_170901.png

TestBench Files の dmar4resize_gray_tb.cpp の CFLAGS に -fpermissive オプションが追加された。
wlt_cnn_115_170901.png

もう一度、C シミュレーションを行った。
wlt_cnn_116_170901.png

C シミュレーションは一応成功しているが、ワーニングが出ている。ワーニングを示す。

WARNING: Hls::stream 'hls::stream >.1' contains leftover data, which may result in RTL simulation hanging.


AXI4 Stream のデータが無いといっているのかな?
~/Vivado_HLS/ZYBO/dmar4resize_gray/solution1/csim/build ディレクトリを見た。
wlt_cnn_117_170901.png

dma_result0.bmp と dma_result1.bmp が真っ暗なのが分かる。


これはおかしいので、Windows でもやってみた。Windows 10 Pro 上でVivado HLS 2016.4 を使用している。
wlt_cnn_118_170901.png

C シミュレーションを行ったが、エラーもワーニングも出ていない。
wlt_cnn_119_170901.png

C:\Users\Masaaki\Documents\VIvado_HLS\ZYBO\test\dmar4resize_gray\solution1\csim\build フォルダを見ると、dma_result0.bmp と dma_result1.bmp がきちんとコピーされていた。
wlt_cnn_120_170901.png

VirtualBox 上のUbuntu 16.04 の Vivado HLS 2016.4 ではC シミュレーションがうまく動かないが、Windows 10 Pro 上でVivado HLS 2016.4 では C シミュレーションがうまく行った。

ソースコードを貼っておく。
dmar4resize_gray.h を貼っておく。

// dmar4resize_gray.h
// 2017/09/01 by marsee
//

#ifndef __DMAR4RESIZE_GRAY_H__
#define __DMAR4RESIZE_GRAY_H__

#define HORIZONTAL_PIXEL_WIDTH    800
#define VERTICAL_PIXEL_WIDTH    600

#define ALL_PIXEL_VALUE    (HORIZONTAL_PIXEL_WIDTH*VERTICAL_PIXEL_WIDTH)

#define MAX_FRAME_NUMBER    2

#define MEMCPY_LENGTH    (HORIZONTAL_PIXEL_WIDTH*4)

#endif


dmar4resize_gray.cpp を貼っておく。

// dmar4resize_gray.cpp
// 2017/09/01 by marsee
//
// if RorL=0 then frame_buffer1 read
// if RorL=1 then frame_buffer0 read
//

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <ap_int.h>
#include <hls_stream.h>
#include <ap_axi_sdata.h>

#include "dmar4resize_gray.h"

int dmar4resize_gray(volatile int *ins, hls::stream<ap_axis<32,1,1,1> >& outs,
        unsigned int frame_buffer0, unsigned int frame_buffer1,
        ap_uint<1> & RorL){
#pragma HLS INTERFACE ap_none port=RorL
#pragma HLS INTERFACE s_axilite port=frame_buffer0
#pragma HLS INTERFACE s_axilite port=frame_buffer1
#pragma HLS INTERFACE m_axi depth=5000000 port=ins offset=off
#pragma HLS INTERFACE axis port=outs
#pragma HLS INTERFACE s_axilite port=return

    ap_axis<32,1,1,1> pix;
    int dma_index;

    if(RorL == (ap_uint<1>)0// 1つ前のフレームバッファを読みだす
        dma_index = frame_buffer1/sizeof(int);
    else
        dma_index = frame_buffer0/sizeof(int);

    for (int y=0; y<VERTICAL_PIXEL_WIDTH; y++){
        for (int x=0; x<HORIZONTAL_PIXEL_WIDTH; x++){
#pragma HLS PIPELINE II=1
            pix.data = ins[dma_index+(y*HORIZONTAL_PIXEL_WIDTH)+x];

            if (y==0 && x==0)
                pix.user = 1;
            else
                pix.user = 0;

            if (x == (HORIZONTAL_PIXEL_WIDTH-1))
                pix.last = 1;
            else
                pix.last = 0;

            outs << pix;
        }
    }

    return 0;
}


dmar4resize_gray_tb.cpp を貼っておく。

// dmar4resize_gray_tb.cpp
// 2017/09/01 by marsee
//
// if RorL=0 then frame_buffer1 read
// if RorL=1 then frame_buffer0 read
//

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <ap_int.h>
#include <hls_stream.h>
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <ap_axi_sdata.h>

#include "dmar4resize_gray.h"
#include "bmp_header.h"

int dmar4resize_gray(volatile int *ins, hls::stream<ap_axis<32,1,1,1> >& outs,
        unsigned int frame_buffer0, unsigned int frame_buffer1,
        ap_uint<1> & RorL);

int main()
{
    using namespace std;

    hls::stream<ap_axis<32,1,1,1> > outs;
    ap_axis<32,1,1,1> pix;
    ap_axis<32,1,1,1> vals;

    BITMAPFILEHEADER bmpfhr; // BMPファイルのファイルヘッダ(for Read)
    BITMAPINFOHEADER bmpihr; // BMPファイルのINFOヘッダ(for Read)
    FILE *fbmpr, *fbmpr2, *fbmpw;
    int *rd_bmp, *hw_lapd;
    int blue, green, red;
    ap_uint<2> active_frame = 0;
    ap_uint<1> RorL;
    char output_file[200];

    if ((fbmpr = fopen("straight0.bmp""rb")) == NULL){ // test.bmp をオープン
        fprintf(stderr, "Can't open straight0.bmp by binary read mode\n");
        exit(1);
    }
    if ((fbmpr2 = fopen("left_turn4.bmp""rb")) == NULL){ // test.bmp をオープン
        fprintf(stderr, "Can't open left_turn4.bmp by binary read mode\n");
        exit(1);
    }
    // bmpヘッダの読み出し
    fread(&bmpfhr.bfType, sizeof(char), 2, fbmpr);
    fread(&bmpfhr.bfSize, sizeof(long), 1, fbmpr);
    fread(&bmpfhr.bfReserved1, sizeof(short), 1, fbmpr);
    fread(&bmpfhr.bfReserved2, sizeof(short), 1, fbmpr);
    fread(&bmpfhr.bfOffBits, sizeof(long), 1, fbmpr);
    fread(&bmpihr, sizeof(BITMAPINFOHEADER), 1, fbmpr);

    fread(&bmpfhr.bfType, sizeof(char), 2, fbmpr2);
    fread(&bmpfhr.bfSize, sizeof(long), 1, fbmpr2);
    fread(&bmpfhr.bfReserved1, sizeof(short), 1, fbmpr2);
    fread(&bmpfhr.bfReserved2, sizeof(short), 1, fbmpr2);
    fread(&bmpfhr.bfOffBits, sizeof(long), 1, fbmpr2);
    fread(&bmpihr, sizeof(BITMAPINFOHEADER), 1, fbmpr2);

    // ピクセルを入れるメモリをアロケートする
    if ((rd_bmp =(int *)malloc(MAX_FRAME_NUMBER * sizeof(int) * (bmpihr.biWidth * bmpihr.biHeight))) == NULL){
        fprintf(stderr, "Can't allocate rd_bmp memory\n");
        exit(1);
    }

    int *buf;
    if ((buf =(int *)malloc(MAX_FRAME_NUMBER * sizeof(int) * (bmpihr.biWidth * bmpihr.biHeight))) == NULL){
        fprintf(stderr, "Can't allocate buf memory\n");
        exit(1);
    }

    // rd_bmp にBMPのピクセルを代入。その際に、行を逆転する必要がある
    for (int y=0; y<bmpihr.biHeight; y++){
        for (int x=0; x<bmpihr.biWidth; x++){
            blue = fgetc(fbmpr);
            green = fgetc(fbmpr);
            red = fgetc(fbmpr);
            rd_bmp[((bmpihr.biHeight-1)-y)*bmpihr.biWidth+x] = (blue & 0xff) | ((green & 0xff)<<8) | ((red & 0xff)<<16);
        }
    }
    fclose(fbmpr);

    for (int y=0; y<bmpihr.biHeight; y++){
        for (int x=0; x<bmpihr.biWidth; x++){
            blue = fgetc(fbmpr2);
            green = fgetc(fbmpr2);
            red = fgetc(fbmpr2);
            rd_bmp[bmpihr.biHeight*bmpihr.biWidth+((bmpihr.biHeight-1)-y)*bmpihr.biWidth+x] = (blue & 0xff) | ((green & 0xff)<<8) | ((red & 0xff)<<16);
        }
    }
    fclose(fbmpr2);

    RorL = 0;
    dmar4resize_gray((volatile int *)0, outs, (unsigned int)rd_bmp,
        (unsigned int)rd_bmp+(bmpihr.biWidth * bmpihr.biHeight) * sizeof(int),
        RorL);

    RorL = 1;
    dmar4resize_gray((volatile int *)0, outs, (unsigned int)rd_bmp,
        (unsigned int)rd_bmp+(bmpihr.biWidth * bmpihr.biHeight) * sizeof(int),
        RorL);

    // outs ストリームのデータを buf に入力する
    for (int k=0; k<MAX_FRAME_NUMBER; k++){
        for(int j=0; j < bmpihr.biHeight; j++){
            for(int i=0; i < bmpihr.biWidth; i++){
                outs >> vals;
                ap_int<32> val = vals.data;
                buf[(k*bmpihr.biWidth*bmpihr.biHeight)+(j*bmpihr.biWidth)+i] = (int)val;
            }
        }
    }

    // DMAされたデータをBMPフィルに書き込む
    for (int i=0; i<MAX_FRAME_NUMBER; i++){
        switch (i){
            case 0:
                strcpy(output_file,"dma_result0.bmp");
                break;
            case 1:
                strcpy(output_file,"dma_result1.bmp");
                break;
            case 2:
                strcpy(output_file,"dma_result2.bmp");
                break;
        }
        if ((fbmpw=fopen(output_file, "wb")) == NULL){
            fprintf(stderr, "Can't open %s by binary write mode\n", output_file);
            exit(1);
        }
        // BMPファイルヘッダの書き込み
        fwrite(&bmpfhr.bfType, sizeof(char), 2, fbmpw);
        fwrite(&bmpfhr.bfSize, sizeof(long), 1, fbmpw);
        fwrite(&bmpfhr.bfReserved1, sizeof(short), 1, fbmpw);
        fwrite(&bmpfhr.bfReserved2, sizeof(short), 1, fbmpw);
        fwrite(&bmpfhr.bfOffBits, sizeof(long), 1, fbmpw);
        fwrite(&bmpihr, sizeof(BITMAPINFOHEADER), 1, fbmpw);

        // RGB データの書き込み、逆順にする
        int offset = i * bmpihr.biWidth * bmpihr.biHeight;
        for (int y=0; y<bmpihr.biHeight; y++){
            for (int x=0; x<bmpihr.biWidth; x++){
                blue = buf[offset+((bmpihr.biHeight-1)-y)*bmpihr.biWidth+x] & 0xff;
                green = (buf[offset+((bmpihr.biHeight-1)-y)*bmpihr.biWidth+x] >> 8) & 0xff;
                red = (buf[offset+((bmpihr.biHeight-1)-y)*bmpihr.biWidth+x]>>16) & 0xff;

                fputc(blue, fbmpw);
                fputc(green, fbmpw);
                fputc(red, fbmpw);
            }
        }
        fclose(fbmpw);
    }
    free(rd_bmp);
    return(0);
}

  1. 2017年09月02日 04:39 |
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