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ア プ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト : Zynq-7000 AP SoC
All Programmable SoC のシステム性能解析
XAPP1219 (v1.0) 2014 年 12 月 11 日
著者 : Forrest Pickett
概要
こ のアプ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト では、 Zynq-7000 All Programmable (AP) SoC の性能を評価、 測定、 お よ びモデル化す る ため
に必要な情報を提供 し ます。 サンプル デザ イ ン を用いて、 Zynq-7000 デバ イ ス のシ ス テ ム性能を さ ま ざ ま な側面か ら 説明
し ます。 こ のデザ イ ンは、 Zynq-7000 アーキ テ ク チ ャ のプ ロ グ ラ マブル ロ ジ ッ ク (PL) と プ ロ セ ッ シ ン グ シ ス テ ム間の通
信に焦点を当ててい ます。 ま た、 こ のデザ イ ン を利用 し て、 シ ス テ ム を モデル化 し 、 Zynq-7000 AP SoC が特定シ ス テ ムの
性能要件を満たすか ど う か を判断で き ます。
こ のアプ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト に付属す る デザ イ ンは、SDK で提供 さ れ る SPM (System Performance Modeling) プ ロ ジ ェ ク ト
を適用 し てい ます。 詳細は、 『SDK ユーザー ガ イ ド : シ ス テ ム性能解析』 (UG1145) [参照 1] を参照 し て く だ さ い。 SPM プ
ロ ジ ェ ク ト は、 実際の タ ーゲ ッ ト ハー ド ウ ェ アで実行 さ れ、 5 つの AXI ト ラ フ ィ ッ ク ジ ェ ネ レー タ ーを備え た固定ビ ッ
ト ス ト リ ーム を含みます。 こ れ ら の ト ラ フ ィ ッ ク ジ ェ ネ レー タ ーは コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン可能な コ アであ り 、 プ ロ グ ラ
マブル ロ ジ ッ ク (PL) の ト ラ フ ィ ッ ク ア ク テ ィ ビ テ ィ を モデル化す る ために SDK で使用 さ れ ます。 ソ フ ト ウ ェ ア アプ リ
ケーシ ョ ン も プ ロ セ ッ シ ン グ シ ス テ ム (PS) で同時に実行可能であ り 、 ユーザーはシ ス テ ム コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン パ ラ
メ ー タ ーを指定で き ま す。 ユーザーが SPM プ ロ ジ ェ ク ト を実行 し た後、 アプ リ ケーシ ョ ン を よ り 正確に反映 さ せ る ため
に、 こ のアプ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト のデザ イ ン を使用で き ます。
は じ めに
こ のアプ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト は、 主に次の 3 つのセ ク シ ョ ンで構成 さ れてい ます。
•
最初のセ ク シ ョ ンでは、 Zynq-7000 AP SoC のシ ス テ ム性能について説明 し てい ます。
•
2 番目のセ ク シ ョ ンでは、 次の方法について説明 し てい ます。
•
°
PL に実装す る デザ イ ンのシ ス テ ム モデルを実行 し て アプ リ ケーシ ョ ン をエ ミ ュ レー ト す る 。
°
SDK ( ソ フ ト ウ ェ ア開発キ ッ ト ) でモデルを使用 し て、 シ ス テ ム性能の指標を示す。
3 番目のセ ク シ ョ ンでは、 次の方法について説明 し てい ます。
°
独自の ソ フ ト ウ ェ ア を追加 し てモデルを実行す る 。
°
PL 内のア イ テ ム を独自の IP に置 き 換え る 。
必要なハー ド ウ ェ アおよびツール
リ フ ァ レ ン ス シ ス テ ムのハー ド ウ ェ ア要件は次の と お り です。
•
ZC702 評価ボー ド
•
AC 電源アダプ タ ー (12VDC)
•
USB Type-A/Mini-B ケーブル (UART 通信用)
•
USB Type-A/Micro-B ケーブル (JTAG ア ク セ ス用)
•
Vivado® Design Suite 2014.3
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。
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1
AP SoC シ ス テム性能
AP SoC シス テム性能
SoC の性能は、 デバ イ ス ま たはシ ス テ ム レベルで測定 さ れ、 イ ン タ ーフ ェ イ スや回路ブ ロ ッ ク レベルでは測定 さ れ ませ
ん。 性能を決定す る 最 も 重要な要素は、 シ ス テ ム アーキ テ ク チ ャ が共有 リ ソ ース の競合を処理する 効率性です。 通常、 結
合 さ れたブ ロ ッ ク には、 アプ リ ケーシ ョ ン プ ロ セ ッ サ ユニ ッ ト (APU)、 イ ン タ ー コ ネ ク ト 、 I/O ペ リ フ ェ ラ ル、 I/O、 お よ
び メ モ リ コ ン ト ロ ー ラ ー (ス タ テ ィ ッ ク /ダ イ ナ ミ ッ ク ) が含まれます (図 1)。 次に重要な要素は、 こ れ ら のブ ロ ッ ク が動作
す る ス ピー ド 、 お よ び生成す る ト ラ フ ィ ッ ク です。 こ れ ら のブ ロ ッ ク は、 サブシ ス テ ム (アプ リ ケーシ ョ ン プ ロ セ ッ サ ユ
ニ ッ ト 、 I/O サブシ ス テ ム、 お よ び メ モ リ サブシ ス テ ム な ど) にグループ化で き ます。 特に AP SoC 上にあ る メ モ リ サブシ
ス テ ムは、 SoC 性能に影響を与え る 最 も 重要な共有 リ ソ ース サブシ ス テ ム です。
X-Ref Target - Figure 1
6R&
''5&RQWUROOHU
(WKHUQHW
:'0$
2Q&KLS5$0
86%
:'0$
8$57
+DUGZDUH
&RKHUHQF\
/
/
&DFKH
&DFKH
&HQWUDO'0$
,QWHUFRQQHFW
%':'0$
6KDUHG/&DFKH
,QWHUUXSW&RQWUROOHU
&38
7LPHU&RXQWHUV
&38
ಹ
&
$38
[BB
図 1 : SoC ブ ロ ッ ク 図の例
シ ス テ ム性能に影響を与え る 要素を次に示 し ます。
•
キャ ッ シュ サイズ
•
メ モ リ ス ピー ド
•
メ モ リ の効率
•
メ モ リ デー タ 幅
•
CPU ス ピー ド
•
イ ン ターコ ネ ク ト
•
ブ ロ ッ ク の統合
こ れ ら の要素の中には不変で変更で き ない も のがあ り ますが、 ほ と ん ど の要素は、 デバ イ ス、 プ ラ ッ ト フ ォーム、 ま たは
デザ イ ンに よ っ て異な り ます。
こ のアプ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト で使用 さ れ る 効率性お よ び有効性は、 次の よ う に定義 さ れてい ます。
効率性 と は、 メ モ リ コ ン ト ロ ー ラ ーが効率的に DRAM を使用す る こ と を示 し ま す。 効率的な メ モ リ コ ン ト ロ ー ラ ーは、
DRAM を イ ン テ リ ジ ェ ン ト に使用 し て、 よ り 広い帯域幅を実現 し ます。 帯域幅は MB/s で測定 さ れ、 効率はパーセ ン テー
ジで測定 さ れます。
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2
AP SoC シ ス テム性能
有効性 と は、 DRAM コ ン ト ロ ー ラ ーが効果的に メ モ リ 帯域幅を分配する こ と を示 し ます。 言い換えれば、 異な る ポー ト に
帯域幅を与え る 際の DDR コ ン ト ロ ー ラ ーの 「公平性」 を示 し ます。
つま り 、 効率性 と は、 論理上の最大帯域幅か ら どれだけの帯域幅を実現で き る か を示 し 、 有効性 と は、 その帯域幅が競合
ブ ロ ッ ク にいかに分配 さ れ る か を示 し ます。 図 2 に、 シ ス テ ム性能に影響を与え る 最 も 重要な要素を示 し ます。
X-Ref Target - Figure 2
6R&
''5&RQWUROOHU
(WKHUQHW
:'0$
2Q&KLS5$0
86%
:'0$
8$57
+DUGZDUH
&RKHUHQF\
/
/
&DFKH
&DFKH
&HQWUDO'0$
,QWHUFRQQHFW
%':'0$
6KDUHG/&DFKH
,QWHUUXSW&RQWUROOHU
&38
7LPHU&RXQWHUV
&38
ಹ
&
$38
[BB
図 2 : シス テム性能に最も重要な要素
SoC に課せ ら れた重要な任務の一つは、 デー タ 依存の ス ト ールを最小限に抑え て CPU を継続的に実行す る こ と です。 こ れ
を達成す る には、 CPU で使用 さ れ る デー タ を キ ャ ッ シ ュ へ ロ ー ド する 必要があ り ます。 こ の よ う に し た場合、 メ イ ン メ モ
リ よ り も ア ク セ ス レ イ テ ン シが大幅に減少 し ます。デー タ を キ ャ ッ シ ュ へ ロ ー ド す る ス ピー ド は、 メ モ リ サブシ ス テ ムの
性能に依存 し ます。 た と えば、 メ モ リ サブシ ス テ ムの帯域幅が不足 し てい る 場合、 キ ャ ッ シ ュ は指定時間内に フルにな ら
ずに、 CPU は ス ト ール し てデー タ を待機 し ます。 メ モ リ サブシ ス テ ムの性能は、 主に次の要素に依存 し ます。
•
メ モ リ の ス ピー ド (周波数)
•
DRAM コ ン ト ロ ー ラ ーの効率性
•
DRAM コ ン ト ロ ー ラ ーの有効性
•
メ モ リ イ ン タ ーフ ェ イ ス の幅 (内部/外部)
°
DDR コ ン ト ロ ー ラ ーへのポー ト (内部)
°
DRAM への イ ン タ ーフ ェ イ ス (PHY 経由 - 外部)
注記 : メ モ リ サブシ ス テ ムにキ ャ ッ シ ュ は含まれません。
SoC 内の メ モ リ サブシ ス テ ムが十分な帯域幅を備えていない場合、 シ ス テ ム全体の性能が低下 し ます。 た と えば、 CPU が
高周波数で動作 し 、 レベル 2 キ ャ ッ シ ュ が適時送信で き る デー タ 量 よ り も 多 く のデー タ を メ モ リ か ら フ ェ ッ チ し よ う と す
る 場合、 CPU はデー タ を受信す る ま で一時的に ス ト ール状態にな り ます。 こ の よ う なシ ス テ ムでは、 メ モ リ サブシ ス テ ム
がボ ト ルネ ッ ク と な る ため、 よ り 高い ク ロ ッ ク ス ピー ド で CPU を実行する だけではシ ス テ ムの性能は向上 し ません。図 3
に、 シ ス テ ム性能に影響を与え る その他の要素を示 し ます。
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3
AP SoC シ ス テム性能
X-Ref Target - Figure 3
6R&
''5&RQWUROOHU
(WKHUQHW
:'0$
2Q&KLS5$0
86%
:'0$
8$57
,QWHUFRQQHFW
%':'0$
&HQWUDO'0$
,QWHUUXSW&RQWUROOHU
7LPHU&RXQWHUV
6KDUHG/&DFKH
+DUGZDUH
&RKHUHQF\
/
/
&DFKH
&DFKH
&38
&38
ಹ
&
$SSOLFDWLRQV3URFHVVRU8QLW$38
$FFHOHUDWRUV
$FFHOHUDWRUV
[BB
図 3 : AP SoC シ ス テム性能のコ ンポーネ ン ト
通常、SoC はヘテ ロ ジニア ス なシ ス テ ムであ り 、多様な ト ラ フ ィ ッ ク を生成する ブ ロ ッ ク を含んでい ます。 こ れ ら のブ ロ ッ
ク はすべて、 同 じ メ モ リ リ ソ ース を求めて競合 し ます。 メ モ リ サブシ ス テ ムには、 異な る 回路ブ ロ ッ ク 間の リ ソ ース競合
問題を解決 し 、 異な る ト ラ フ ィ ッ ク を効率的かつ公平に処理す る 能力が必要です。 し たが っ て、 SoC 内 (特に メ モ リ サブ
シ ス テ ム と プ ロ グ ラ マブル ロ ジ ッ ク ) のほかの要素を考慮せずに CPU の ク ロ ッ ク レー ト を比較す る 評価方法は現実的で
はな く 、 誤っ た診断を招 く 可能性があ り ま す。 Zynq-7000 AP SoC の さ ま ざ ま な ト ラ フ ィ ッ ク 例 と し て、 マ ス タ ー と DDR
間の ト ラ フ ィ ッ ク を次に示 し ます。
•
APU か ら の ト ラ フ ィ ッ ク (CPU か ら の メ モ リ の ロ ー ド /ス ト ア命令、 セ ン ト ラ ル DMA か ら のダ イ レ ク ト メ モ リ ア ク
セ ス (DMA) 要求)
•
PS ペ リ フ ェ ラ ル (Ethernet、 USB な ど)
•
PL か ら の DMA 要求
•
PL ペ リ フ ェ ラ ル (IP お よ びア ク セ ラ レー タ ー )。 例 : ビデオ パ イ プ ラ イ ン IP
メ モ リ サブシ ス テ ムは、 こ の よ う な異な る ト ラ フ ィ ッ ク ソ ース か ら のア ク セ ス要求を調停 し 、 ま た DRAM の有効帯域幅
を最大化す る 必要があ り ます。 効率的な メ モ リ コ ン ト ロ ー ラ ーは、 こ のバ ラ ン ス を保ちなが ら 予想どお り のビヘ イ ビ アー
を継続 し ます。 メ モ リ コ ン ト ロ ー ラ ーの公平性は、 QoS (quality of service) メ カ ニズ ムに よ っ て維持 さ れ、 全体的な スルー
プ ッ ト を最適化 し なが ら 、 各 ト ラ フ ィ ッ ク が ス タ ベーシ ョ ン状態にな る こ と を回避 し ます。 メ モ リ サブシ ス テ ムの偏っ た
イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ンは、 無条件の調停プ ラ イ オ リ テ ィ が原因であ る こ と が多 く 、 こ の タ イ プの調停は、 異な る ソ ース
か ら の複数デー タ ス ト リ ーム を同時にサポー ト す る 必要があ る SoC には不適切です。 通常、 いずれかの ソ ース が ス タ ベー
シ ョ ン状態にな る と 、 シ ス テ ム全体の ス ピー ド が低下 し ます。
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性能解析用に構成 さ れたデザイ ン
性能解析用に構成 さ れたデザイ ン
Zynq-7000 AP SoC を使用す る シ ス テ ム を モデル化する には、 PL か ら PS への ト ラ フ ィ ッ ク を エ ミ ュ レー ト で き る デザ イ ン
が必要です。 こ れには、 コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン可能なザ イ リ ン ク ス IP を使用 し て、 ユーザー デザ イ ンの さ ま ざ ま な部
分を模倣で き ます。 デザ イ ン フ ァ イ ルのダ ウ ン ロ ー ド は、 「 リ フ ァ レ ン ス デザ イ ン」 を参照 し て く だ さ い。
1.
C ド ラ イ ブの 「XAPP1219」 と い う 名前が付いたデ ィ レ ク ト リ に フ ァ イ ルを解凍 し ます。
2.
Vivado Design Suite 2014.3 を起動 し ます。
3.
a.
Tcl ウ ィ ン ド ウ を開 き ます。
b.
デザ イ ン フ ァ イ ルを配置 し たデ ィ レ ク ト リ へ移動 (cd) し ます。
c.
Source コ マ ン ド で project.tcl フ ァ イ ルを実行 し ます。
Vivado IP イ ン テ グ レー タ ーでブ ロ ッ ク 図を表示 し ます。
a.
[IP Integrator] → [Open Block Design] を ク リ ッ ク し ます。
4.
[Generate Bitstream] を ク リ ッ ク し ます。 必要に応 じ て使用で き る よ う に、 生成済みのビ ッ ト ス ト リ ーム を 1 つ提供 し
てい ます。 こ のビ ッ ト ス ト リ ーム を使用す る 場合は、 手順 6 か ら 始めて く だ さ い。
5.
[Export Hardware] を ク リ ッ ク し て、 [Include bitstream] を オンに し ます。
6.
Vivado Design Suite か ら SDK コ マ ン ド を実行 し ます。
ま た、 すべてのア イ テ ム を含む ワー ク スペース も 提供 し てい ます。 Vivado Design Suite を終了 し て SDK を起動す る 場
合は、 こ の ワー ク スペース を選択 し て く だ さ い。
こ のデザ イ ンは、 PL か ら PS DDR への ト ラ フ ィ ッ ク を生成 し てアプ リ ケーシ ョ ン を エ ミ ュ レー ト し ます。 こ のため、 プ ロ
グ ラ ムで AXI Traffic Generator (ATG) と い う IP コ ア を使用 し ます。 詳細は、 『LogiCORE™ IP AXI Traffic Generator v2.0 製品
ガ イ ド 』 (PG125) [参照 2] を参照 し て く だ さ い。 ATG は、 Ethernet、 USB、 PCIe® な ど の標準 イ ン タ ーフ ェ イ ス を模倣で き
ますが、 ユーザー アプ リ ケーシ ョ ンに よ り 線密に適合す る よ う にカ ス タ マ イ ズ も 可能です。 こ のアプ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト
に付属す る リ フ ァ レ ン ス デザ イ ンには、 6 つの ATG があ り 、 それぞれ Zynq-7000 SoC の 4 つの HP (high-performance) ポー
ト 、 ACP (ア ク セ ラ レー タ ー コ ヒ ーレ ン シー ポー ト )、 お よ び汎用 (GP) ポー ト に接続 さ れてい ます。 こ れ ら はあ ら か じ め
設定 さ れてい ますが、 モデル化す る シ ス テ ムに応 じ て変更で き ます。 アプ リ ケーシ ョ ンのモデル化におけ る デザ イ ンの変
更手順 (特に ATG 関連) については、 「シ ス テ ム性能解析」 を参照 し て く だ さ い。 図 4 に、 デザ イ ンのブ ロ ッ ク 図を示 し ま
す (Vivado Design Suite)。
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性能解析用に構成 さ れたデザイ ン
X-Ref Target - Figure 4
[BB
図 4 : シ ス テム性能解析のブ ロ ッ ク 図
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性能解析用に構成 さ れたデザイ ン
最上位図を シ ン プルにす る ため、 ATG は階層ブ ロ ッ ク の中に配置 さ れてい ま す。 最上位には、 ATG、 Constant ブ ロ ッ ク 、
お よ び AXI Interconnect ブ ロ ッ ク が 3 つ分かれ る のではな く 、1 つのブ ロ ッ ク (TrafficGen ブ ロ ッ ク ) の中に含まれてい ます。
図 5 のブ ロ ッ ク 図は、階層内の TrafficGen ブ ロ ッ ク を示 し てい ます。Constant ブ ロ ッ ク が ATG の実行を開始 し 、Interconnect
ブ ロ ッ ク が ATG AXI4 を Zynq-7000 AP SoC AXI3 イ ン タ ーフ ェ イ ス に切 り 換え ます。
X-Ref Target - Figure 5
[BB
図 5 : TrafficGen ブ ロ ッ ク図
6 つの ATG はすべて同 じ よ う に設定 さ れ、 最上位の ト ラ フ ィ ッ ク プ ロ フ ァ イ ル と デー タ の ト ラ フ ィ ッ ク プ ロ フ ァ イ ルを
設定 し ます。 デー タ フ ロ ーの設定は、 読み出 し と 書き 込みがそれぞれ 50% と な り 、 イ ン タ ーバルは 50 サ イ ク ルで固定で
す。 1 つの ト ラ ンザ ク シ ョ ンの開始か ら 次の ト ラ ンザ ク シ ョ ンの開始ま での 50 サ イ ク ルが測定 さ れ ます ( ト ラ ンザ ク シ ョ
ンの開始は、 AXI Interconnect ブ ロ ッ ク のア ド レ ス が現れ る)。 各 ATG は、 PS か ら の FCLK で動作 し 、 100MHz に設定 さ れ
てい ます。 こ れに よ っ て、 HP ポー ト と ACP ポー ト のそれぞれの イ ン タ ーフ ェ イ ス で 256MB/s の読み出 し と 書 き 込みが実
行 さ れます。 GP ポー ト のデー タ 幅は 32 ビ ッ ト であ る ため、 生成 さ れ る ト ラ フ ィ ッ ク は、 デザ イ ン内のほかの ATG の半分
と な り ます。 し たがっ て、 GP ポー ト の読み出 し と 書 き 込みはそれぞれ 128MB/s と な り ます。 図 6 に、 各 ATG の設定を示
し ます。
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性能解析用に構成 さ れたデザイ ン
X-Ref Target - Figure 6
[BB
図 6 : AXI Traffic Generator の設定
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性能解析用に構成 さ れたデザイ ン
式 1 に MB/s 単位の レー ト 計算式を示 し 、 式 2 に ATG の設定値を使用 し た計算式を示 し ます。
B×N
------------------ = Rate
1
--- × I
 f
式1
説明
B = 1 ワ ー ド のバ イ ト 数
N = TX の ワ ー ド 数
I = イ ン タ ーバル
f = PL ク ロ ッ ク 周波数 (MHz)
8 × 16
------------------------------ = 256
1 
 --------- × 50
 100
式2
ATG を 50% の読み出 し と 50% の書 き 込み と し てプ ロ グ ラ ム し た場合、 AXI の書 き 込みチ ャ ネルに 256MB/s、 AXI の読み
出 し チ ャ ネルに 256MB/s が生 じ ます。ATG は読み出 し ト ラ ンザ ク シ ョ ン と 書 き 込み ト ラ ンザ ク シ ョ ン を同時に実行す る た
め、 AXI イ ン タ ーフ ェ イ ス では合計 512MB/s の ト ラ ンザ ク シ ョ ン が生 じ ます。 し たがっ て、 こ の例の場合は、 HP ポー ト
と ACP ポー ト のそれぞれで 512MB/s が生 じ ます。 表 1 に、 各ポー ト の ト ラ フ ィ ッ ク お よ び PS か ら PL へ転送 さ れ る 合計
の MB/s を示 し ます。 PS DDR の最大帯域幅を示 し 、 533MHz で動作する 32b DDR をベース と し てい ます。
表 1 : PS DDR の HP および ACP ポー ト の帯域幅
HP0
HP1
HP2
HP3
ACP
GP1
読み出 し
256
256
256
256
256
128
書 き 込み
256
256
256
256
256
128
ポー ト の合計
512
512
512
512
512
256
合計
2816
PS DDR の最大帯域幅
4264
PS DDR の最大帯域幅の
パーセ ン テージ
66.04%
表 1 では、 PL か ら の ト ラ フ ィ ッ ク 量が PS DDR の最大帯域幅の 60% であ る こ と を示 し てい ます。 PL か ら PS の イ ン タ ー
フ ェ イ ス では、 DDR コ ン ト ロ ー ラ ーが処理で き る 量 よ り も 多 く の ト ラ フ ィ ッ ク を生成で き ます。 ATG ト ラ フ ィ ッ ク を設
定す る 際には、 PS DDR コ ン ト ロ ー ラ ーの許容可能オーバー ロ ー ド に留意 し て く だ さ い。 つま り 、 ATG をいかな る 設定に
し て も 、 PS DDR の最大帯域幅を超え る ト ラ フ ィ ッ ク を生成す る こ と はで き ません。 PL が PS DDR の理論上最大帯域幅の
80% を超え る か ど う か を確認す る には、 こ の よ う なシ ンプルな表を作成す る 方法が有効です。 こ れに よ り 、 性能が目標値
に達 し ない問題、 あ る いは レ イ テ ン シが高いな ど の問題を認識で き ます。
こ こ では、 シ ス テ ム をモデル化で き る デザ イ ン を利用 し ます。 性能指標を満た し てい る かは、 ど の よ う に確認 し た ら よ い
ので し ょ う か。 HP お よ び ACP ポー ト では、 実際に 256MB/s ト ラ フ ィ ッ ク が生成 さ れてい る ので し ょ う か。 こ れ ら のデー
タ をデザ イ ンか ら 取得す る には、 も う 一つザ イ リ ン ク ス IP を使用する 必要があ り ます。 AXI Performance Monitor (APM) を
使用 し て、 モデル化 さ れた各 AXI イ ン タ ーフ ェ イ ス や HP、 ACP、 お よ び GP ポー ト か ら デー タ を収集 し ま す。 図 7 に、
APM の設定を示 し ます。
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性能解析用に構成 さ れたデザイ ン
X-Ref Target - Figure 7
[BB
図 7 : AXI Performance Monitor の設定
APM は Profile モー ド で動作 し ます。 こ のモー ド は、 SDK 2014.1 ま たはそれ以降でサポー ト さ れてい ます。 その他のモー
ド の詳細は、 『LogiCORE IP AXI Performance Monitor v5.0 製品ガ イ ド 』 (PG037) [参照 3] を参照 し て く だ さ い。
Profile モー ド の場合は、 最上位の帯域幅 と レ イ テ ン シ を示 し ます。 SDK は、 各ス ロ ッ ト ま たは イ ン タ ーフ ェ イ ス のデー タ
を取得す る ため、 50ms ご と に APM の情報を読み出 し ます。 よ り 詳 し い イ ン タ ーフ ェ イ ス デー タ を収集する には、 その他
のモー ド を使用 し ます。 Advanced モー ド お よ び Trace モー ド の場合は、 Profile モー ド よ り も 高い レー ト でデー タ を取得 し
ます。 こ れ ら のモー ド は SDK でサポー ト さ れていないため、 こ のアプ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト では説明 し ません。
図 7 に、 APM の設定を示 し ます。 6 つの イ ン タ ーフ ェ イ ス が選択 さ れてい ます。 各モニ タ ー イ ン タ ーフ ェ イ ス は、 AXI3
(Zynq-7000 AP SoC) ポー ト 、 お よ び 64 ビ ッ ト のデー タ 幅 と し て同 じ よ う に設定 さ れてい ます。 例外 と し て、 GP ポー ト だ
けは 32 ビ ッ ト デー タ 幅 と な り ま す。 図 7 に、 最初の 4 つのモニ タ ー イ ン タ ーフ ェ イ ス の設定を示 し ま す ( こ れ ら は HP
ポー ト であ り 、 5 番目は ACP ポー ト で 6 番目は GP ポー ト )。 SDK の仕様に合わせて、 最初の 5 つの APM ポー ト は、
HP0 → slot 0、 HP1 → Slot 1、 HP2 → Slot 2、 HP3 → Slot 3、 ACP → Slot 4 の よ う に接続す る 必要があ り ます。 こ の よ う に設
定 し なければ、 不正な結果が生 じ ます。
Zynq-7000 AP SoC AXI ポー ト の設定は、 図 8 に示 し ます。 こ の設定で、 ト ラ フ ィ ッ ク ジ ェ ネ レー タ ーを Zynq-7000 AP SoC
の異な る イ ン タ ーフ ェ イ ス に接続 し ます。
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性能解析用に構成 さ れたデザイ ン
X-Ref Target - Figure 8
[BB
図 8 : Zynq AXI ポー ト の設定
こ のデザ イ ンは、 シ ス テ ム をモデル化 し て性能情報を収集す る よ う に構成 さ れた、 いわゆ る シ ス テ ム性能解析用のデザ イ
ンです。
Vivado ウ ィ ン ド ウ の右側にあ る Flow Navigator で [Generate Bitstream] を ク リ ッ ク す る と 、 ビ ッ ト ス ト リ ーム を生成で き ま
す。 こ の手順は、 ZIP フ ァ イ ルに含ま れ る ワ ー ク スペース内の ビ ッ ト ス ト リ ーム を使用す る こ と で省略で き ます。 ビ ッ ト
ス ト リ ームの生成方法を示す手順は、 次のセ ク シ ョ ンで説明 し てい ますので、 Vivado IDE は起動 さ せた ま ま に し ておいて
く だ さ い。
「は じ めに」 で示 し た と お り 、 シ ス テ ム性能に関す る 指標は も う 一つあ り ます。 PL でハー ド ウ ェ ア を モデル化 し た場合、
CPU の動作は ど の よ う に確認 し た ら よ いで し ょ う か。 こ の場合、 Zynq-7000 アーキ テ ク チ ャ には PS 内にパ フ ォ ーマ ン ス
モニ タ リ ン グ ユニ ッ ト (PMU) があ り 、 動作中の ARM Cortex-A9 に関す る デー タ を収集で き ます。 ま た、 L2 キ ャ ッ シ ュ に
はパフ ォーマ ン ス カ ウ ン タ ーがあ り 、 それ ら のカ ウ ン タ ー値を収集 し てユーザーに提示 し ます。 収集 さ れ る 指標は次の と
お り です。
•
CPU レベル 1 のキ ャ ッ シ ュ ミ ス率
•
CPU レベル 1 のキ ャ ッ シ ュ ア ク セ ス数
•
1 読み出 し 命令に対す る CPU の ス ト ール サ イ ク ル
•
1 書 き 込み命令に対す る CPU の ス ト ール サ イ ク ル
CPU で動作す る ソ フ ト ウ ェ アの指標 と モデル化 さ れたハー ド ウ ェ ア を使用 し て、 設計を開始す る 前にシ ス テ ム性能を解析
で き ます。
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シス テム性能解析
シ ス テム性能解析
次の手順では、 モデルを実行 し て、 さ ま ざ ま な解析ポ イ ン ト で何が生 じ てい る か を示 し ま す。 性能指標を確認す る には、
SDK で こ のデザ イ ン を実行す る 必要があ り ま す。 最初の実行は、 ソ フ ト ウ ェ ア を使用せずに行い ます。 こ の場合、 PS メ
モ リ コ ン ト ロ ー ラ ーのみを介 し た場合の、 HP ポー ト お よ び GP ポー ト か ら DDR への性能を示 し ます。
ビ ッ ト ス ト リ ーム を生成 し ない場合は、SDK を起動 し て Workspace デ ィ レ ク ト リ (ZIP フ ァ イ ルに含まれ る ) を使用 し て、
SDK 内で ワ ー ク スペース を選択で き ます。 その場合は、 図 11 に示す画面か ら の ス タ ー ト と な る ため、 14 ページの手順 4
ま で ス キ ッ プ し て く だ さ い。
シ ス テ ム解析の設定手順は次の と お り です。
1.
Vivado IDE の [File] メ ニ ュ ーか ら 、[Export] → [Export Hardware] を ク リ ッ ク し て、SDK 用にハー ド ウ ェ ア を エ ク ス ポー
ト し ます。 次に、 [File] → [Launch SDK] を ク リ ッ ク し て、 エ ク ス ポー ト し たハー ド ウ ェ ア定義を使用 し て SDK を起動
し ます。 図 9 に示す SDK ウ ィ ン ド ウ で、 [File] → [Import] → [General] → [Existing Projects into Workspace] を ク リ ッ ク
し て [Next] を ク リ ッ ク し ます。
X-Ref Target - Figure 9
[BB
図 9 : イ ンポー ト し たハー ド ウ ェ ア を示す SDK 画面
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シス テム性能解析
2.
ZIP フ ァ イ ルの中にあ る ルー ト デ ィ レ ク ト リ を ワ ー ク スペース と し て選択 し ます。 図 10 に示す よ う に、 2 つのチ ェ ッ
ク ボ ッ ク ス ([perfmon] お よ び [standalone_bsp_0]) をオンに し ます。
X-Ref Target - Figure 10
[BB
図 10 : SDK で プ ロ ジ ェ ク ト を ワー ク スペースに イ ンポー ト
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シス テム性能解析
3.
[Finish] を ク リ ッ ク し ます。 図 11 に、 イ ン ポー ト さ れた SDK プ ロ ジ ェ ク ト を示 し ます。
X-Ref Target - Figure 11
[BB
図 11 : SDL プ ロ ジ ェ ク ト ワー ク スペース
4.
ユーザーの コ ン ピ ュ ー タ ーが 2 つの USB コ ネ ク タ を使用 し て ZC702 評価ボー ド へ接続 さ れてい る こ と を確認 し ます。
1 つはプ ロ グ ラ ミ ン グ ケーブルへ接続 し 、 も う 一つは UART へ接続する こ と に よ っ て、 端末で出力を確認で き ます。
5.
ZC702 ボー ド 上では、 電源ス イ ッ チを ON に し て、 デバ イ ス をプ ロ グ ラ ム可能に し ます。
6.
Terminal 1 を接続 し て、 C プ ロ グ ラ ムか ら の出力を表示 し ます。 端末の接続手順は次の と お り です。
a.
SDK ウ ィ ン ド ウ下部にあ る Terminal 1 タ ブ (図 11 には [Term] と 表示) を開 き ます。
b.
3 つ目のボ タ ン を ク リ ッ ク し ます (テーブルの よ う な も の)。 こ れが設定 タ ブです。
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シス テム性能解析
c.
図 12 の よ う に設定を変更 し ます。 COM3 は、 ユーザー マシ ンに よ っ て異な る COM# にな る 場合があ る ので注意
が必要です。
X-Ref Target - Figure 12
[BB
図 12 : UART Terminal 0 の設定
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シス テム性能解析
PL のプ ロ グ ラ ム手順は次の と お り です。
1.
ザイ リ ン ク ス
ツールの中にあ る
FPGA
プログ ラ ム
コ マ ン ド を使用 し ます。 SDK
でビ ッ ト ス ト リ ーム
(pretest_wrapper.bit) が自動的に選択 さ れます。 その画面で [Program] を ク リ ッ ク し ます。
2.
DONE を示す LED (DS3) が High にな っ た後、 図 13 に示す よ う に、 [Run] → [Debug Configurations] を ク リ ッ ク し て新
し いデバ ッ グ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン を作成 し 、 [Xilinx C/C++ Application (System Debugger)] を ク リ ッ ク し ます。
X-Ref Target - Figure 13
[BB
図 13 : [Debug Configurations] の設定
3.
新 し い ウ ィ ン ド ウ で、 [Debug Type] を [Standalone Application Debug] に変更 し ます。
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シス テム性能解析
4.
[Name] を perf_mon に変更 し ます。 設定 さ れた ウ ィ ン ド ウ は図 14 の よ う にな り ます。
X-Ref Target - Figure 14
[BB
図 14 : デバ ッ グ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンのス タ ン ド ア ロ ン ア プ リ ケーシ ョ ンの設定
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シス テム性能解析
5.
[Application] タ ブへ移動 し て、 [Download Application] を オンに し ます。 [Project Name] お よ び [Application] は、 図 15 に
示す よ う に自動的に入力 さ れます。
X-Ref Target - Figure 15
[BB
図 15 : デバ ッ グ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンのソ フ ト ウ ェ ア ダウン ロー ド 追加
6.
[Stop at program entry] をオンに し ます。 こ れに よ っ て、 自動的にブ レー ク ポ イ ン ト を挿入す る 機能がプ ロ グ ラ ムに備
わ り 、 ユーザーが SDK に指示す る と プ ロ グ ラ ムが開始 し ます。
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シス テム性能解析
7.
次に、 [Debug] を ク リ ッ ク し てデバ ッ グ セ ッ シ ョ ン を開始 し ます。 [Confirm Perspective Switch] ダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス が
表示 さ れます。 そのダ イ ア ロ グ ボ ッ ク ス で [Yes] を ク リ ッ ク し ます。 SDK セ ッ シ ョ ン画面は図 16 の よ う にな り ます。
X-Ref Target - Figure 16
[BB
図 16 : デバ ッ グ パースペ ク テ ィ ブ
8.
[Target Connection] お よ び [SD log] タ ブ を閉 じ ます。
9.
[Terminal 1] タ ブ を選択す る と 、 プ ロ グ ラ ムの出力内容を確認で き ます。
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シス テム性能解析
10. ス タ ー ト ボ タ ン (図 17 の赤枠部分) を ク リ ッ ク し ます。
こ の動作で hello_world の コ ー ド が実行 さ れ、 ATG に接続 さ れたポー ト の ト ラ ンザ ク シ ョ ン数が提示 さ れます。 そ
の後、 プ ロ グ ラ ムが MB/s を素早 く 計算 し て表示 し ます。 SDK セ ッ シ ョ ン画面は図 17 の よ う にな り ます。
X-Ref Target - Figure 17
[BB
図 17 : Terminal 1 に表示 さ れたデバ ッ グ パースペ ク テ ィ ブの結果
端末に表示 さ れた結果は、 HP ポー ト と ACP ポー ト がすべて 256MB/s で GP ポー ト は 128MB/s にな る 必要があ り ます。 こ
れは、 C コ ー ド を使用 し て APM か ら デー タ を抽出す る 方法ですが、 SDK の現バージ ョ ンには、 HP0 ～ 3 お よ び ACP の性
能デー タ を自動で提示す る 新機能があ り ます。
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シス テム性能解析
GP ポー ト のみを読み出す よ う に変更 し た perf_mon があ り ま す。 こ れを使用 し て、 GP ポー ト を読み出す こ と がで き ま
す。 手順は次の と お り です。
1.
SDK で新規の性能解析パースペ ク テ ィ ブ (Performance Analysis Perspective) を開始する ため、 [Window] →[Close
Perspective] を ク リ ッ ク し て、 既存のデバ ッ グ パースペ ク テ ィ ブを閉 じ ます。
2.
性能解析パースペ ク テ ィ ブ を実行す る ため、 前回の perf_mon の実行 と 同様に [Run] → [Debug configurations] を ク
リ ッ ク し ます。
3.
今回は、 図 18 の よ う に [Performance Analysis] を ク リ ッ ク し ます。
X-Ref Target - Figure 18
[BB
図 18 : デバ ッ グ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンのス タ ン ド ア ロ ン ア プ リ ケーシ ョ ンの設定
4.
コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン名を 「Performance」 に変更 し ます。 今回は、 SDK が自動的に APM を読み出すため、 ユー
ザーがアプ リ ケーシ ョ ンに読み出 し を実行 さ せ る 必要はあ り ません。
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シス テム性能解析
5.
[Debug] を ク リ ッ ク し 、[Yes] を ク リ ッ ク し てパースペ ク テ ィ ブ を切 り 換え ます。出力結果は、図 19 の よ う にな り ます。
X-Ref Target - Figure 19
[BB
図 19 : パフ ォ ーマ ン ス パースペ ク テ ィ ブ
こ れ ら の結果は、 APM を読み出 し た も の と 同 じ ですが、 SDK は APM だけでな く 、 PS の PMU も 読み出 し て APU ま たは
APM に関す る デー タ を提供す る ため、 デー タ 量は多少増加 し ます。 [PL Performance] お よ び [PS Performance] の表は、 サマ
リ のテーブルを グ ラ フ化 し た も のです。 サマ リ は瞬間的に捉えた スナ ッ プシ ョ ッ ト を表 し 、 グ ラ フは長期的なデー タ を表
し ます。 MicroBlaze™ プ ロ セ ッ サの タ ブに関 し ては、 こ のアプ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト の範疇ではないため閉 じ て も 構い ませ
ん。
こ れで、 性能を示すデー タ が揃い ま し たが、 こ れ ら は何を表 し てい る ので し ょ う か。 最初の手順 と し て、 それぞれの値が
示す意味を理解 し てい き ます。 その後、 高度な手順 と し て、 こ れ ら のデー タ を解析 し て、 目標の性能に到達 し てい る か を
判断 し ます。
まず、 [APU Performance Summary] タ ブ を開き ます。 こ の タ ブには、 PMU カ ウ ン タ ー と APM の指標が一覧表示 さ れてい ま
す。 1 つ目のテーブルは、 PMU カ ウ ン タ ーか ら の値で、 各 Cortex-A9 プ ロ セ ッ サの指標を示 し てい ます。 各プ ロ セ ッ サの
レベル 1 (L1) キ ャ ッ シ ュ 、 そ し て 2 つの Cortex-A9 コ アで共有 さ れ る 統合 さ れた キ ャ ッ シ ュ の レベル 2 (L2) キ ャ ッ シ ュ に
対応 し てい ます。 PS 性能の指標は次の と お り です。
•
CPU Utilization (%) : 非ア イ ド ル状態での CPU ク ロ ッ ク サ イ ク ル率を示す。
•
CPU Instructions Per Cycle (IPC) : 1 サ イ ク ルに実行 さ れた命令数を示す。
•
L1 Data Cache Miss Rate (%) : L1 デー タ キ ャ ッ シ ュ に対 し てア ク セ ス し た数お よ び ミ ス率を示す。
•
CPU Write/Read Stall Cycles Per Instruction : メ モ リ の書 き 込み (write) お よ びデー タ キ ャ ッ シ ュ の リ フ ィ ル (read) 動作が
原因 と な る 、 1 命令に対す る ス ト ール サ イ ク ル数を示す。
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シス テム性能解析
APM の指標は、 次の よ う に定義 さ れてい ます。
•
Read/Write Transactions
ATG で生成 さ れ る 読み出 し /書 き 込み ト ラ ンザ ク シ ョ ンの数を示 し てい ます。 一般的に ATG は ト ラ ンザ ク シ ョ ン を多
数生成す る ため、 こ の値は大 き く な り ます。
•
Read/Write Latency - Average
ト ラ ンザ ク シ ョ ンの レ イ テ ン シ を示 し てい ます。 コ マ ン ド を受信 し てか ら バース ト の最後の ワー ド が送信 さ れ る ま で
の期間が測定 さ れます。
レ イ テ ン シは上記の よ う に測定 さ れ る ため、 書 き 込みの受信 と 同時に書 き 込み動作が測定 さ れ、 レ イ テ ン シが低 く な
り ます。 し たがっ て、 シ ス テ ムにバ ッ ク プ レ ッ シ ャ ーがない場合、 こ の値はバース ト サ イ ズ よ り も わずかに上回 る 程
度 と な り ます。 こ れを使用 し て、 書 き 込み ト ラ ンザ ク シ ョ ンに対 し てバ ッ ク プ レ ッ シ ャ ーが動作す る タ イ ミ ン グ を示
す こ と がで き ま す。 ユーザーは、 こ の よ う に し て、 書 き 込みが ス レーブで ス ト ールす る タ イ ミ ン グ を認識で き ます。
書 き 込みレ イ テ ン シがバー ス ト 長 よ り も 大 き く 上回 る と 、 こ れ ら の ト ラ ンザ ク シ ョ ン が ス レーブで ス ト ール し ます (
デザ イ ン内の PS)。
•
Read/Write Latency - Std.Dev.
レ イ テ ン シ測定値の標準偏差を示 し てい ます。
•
Read/Write Throughput (MB/s)
ト ラ ンザ ク シ ョ ン数、 ト ラ ンザ ク シ ョ ン サ イ ズ、 お よ び イ ン タ ーフ ェ イ ス ス ピー ド に基づいて、 イ ン タ ーフ ェ イ ス の
スループ ッ ト が計算 さ れてい ます。
全体的な PL 性能を見てみま し ょ う 。ボー ド の電源投入で ATG が動作 し てい ます。コ アの実行開始に伴っ て一定値 ( ロ ジ ッ
ク 1) が保持 さ れてい る ため、 ATG は Zynq-7000 AP SoC が リ セ ッ ト か ら 回復する と 実行 し ます。 ま た ATG は、 一定数の ト
ラ フ ィ ッ ク を生成す る よ う に設定 さ れてい る ため、 図 20 の よ う に ト ラ フ ィ ッ ク はグ ラ フ上で一本の線 と し て現れます。 +
印が付いたオ レ ン ジ色のボ ッ ク ス は、 グ ラ フ の拡大/縮小機能です。 図 20 に、 こ のボ ッ ク ス を丸で囲んでい ます。
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シス テム性能解析
X-Ref Target - Figure 20
[BB
図 20 : [Performance Analysis] の [PL Performance] タ ブ
こ の タ ブの上部には、 オ レ ン ジ色の + の拡大部分を示 し ます。 グ ラ フ内の任意の部分を ク リ ッ ク し て、 ズーム ボ ッ ク ス を
配置で き ます。 拡大表示 し たい部分にズーム ボ ッ ク ス を ク リ ッ ク し て ド ラ ッ グ し ます。 CTRL キーを押 し なが ら マ ウ ス を
ス ク ロ ール し て、 ズーム エ リ ア を拡大/縮小す る こ と も 可能です。
[PS Performance] タ ブは、 [PL Performance] と 類似 し てい ますが、 PMU カ ウ ン タ ーを グ ラ フ化 し た も のであ り 、 APM か ら
取得 し たデー タ ではあ り ません。 それぞれの値が示す意味を理解す る こ と で、 こ れ ら がデザ イ ン要件を満た し てい る か を
判断で き ます。 結果は、 アプ リ ケーシ ョ ンに よ っ て異な り ます。 まず最初に、 任意の ト ラ フ ィ ッ ク で ATG が設定 さ れてい
る こ と を確認 し ます。 ソ フ ト ウ ェ ア を動作 さ せた状態で、 帯域幅 と レ イ テ ン シがアプ リ ケーシ ョ ンの要件を満た し てい る
場合は、 こ れで終了ですが、 性能に関す る 要件が満た さ れていない場合は、 何をすべ き で し ょ う か。
こ の問題は、 簡単には解決で き ません。 通常、 性能を向上 さ せ る パ ラ メ ー タ ーは 1 つだけではあ り ません。 い く つかの要
素を確認す る 必要があ り ます。 すでに言及 し た と お り 、 PS-PL 間を往来す る ト ラ フ ィ ッ ク 量を確認 し ま す。 PS DDR の理
論上の最大帯域幅の 80% を使用 し てい る 場合は、 こ れが問題 と な る 可能性があ り ます。 も う 一つの要素 と し て、 すべての
ト ラ フ ィ ッ ク が 1 つま たは 2 つの HP ポー ト 上に集中 し てい る か を確認 し ます。 その よ う な場合は、 こ れ ら の ト ラ フ ィ ッ
ク を複数ポー ト に分散可能であ る か を考え ます。 ピー ク ト ラ フ ィ ッ ク 用にシ ス テ ムがモデル化 さ れてい ませんか。 10% ～
50% 程度 し か生 じ ないに も かかわ ら ず、 100% の ピー ク ト ラ フ ィ ッ ク を達成 し よ う と し てい ませんか。
Zynq-7000 AP SoC で性能を調整す る 作業は非常に複雑です。 こ のアプ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト では言及 し てい ませんが、 デザ
イ ンの フ ロ ーや性能要件が異な る ため、 特定アプ リ ケーシ ョ ンの設定がほかのアプ リ ケーシ ョ ンに必ず し も 有効 と は限 り
ません。 詳細は、 『SDK ユーザー ガ イ ド : シ ス テ ム性能解析』 (UG1145) [参照 1] お よ び 『UltraFast エンベデ ッ ド デザ イ ン
設計手法ガ イ ド 』 (UG1046) [参照 4] を参照 し て く だ さ い。
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モデルへの変更および追加
注記 : SDK 2014.3 には、 次の制約事項があ り ます。
°
°
ハー ド ウ ェ ア デザ イ ンには、 AXI Performance Unit が 1 つ含まれ る 必要があ り 、 0 か ら 5 ま での ス ロ ッ ト は、 順に
HP0、 HP1、 HP2、 HP3、 HP4、 ACP ポー ト へ接続 し ます。
APM カ ウ ン タ ーが読み出 さ れ る と 、 すべてのプ ロ フ ァ イ ル カ ウ ン タ ーが リ セ ッ ト さ れます。 こ のため、 2 つのエ
ン テ ィ テ ィ が APM を読み出す と 、 結果が不正にな り ます。 可能な限 り 、 SDK ま たは perf_mon C コ ー ド を使用 し
て、 帯域幅を読み出 し お よ び表示 さ せます。 推奨方法は SDK です。 perf_mon コ ー ド は、 必要に応 じ て GP ポー ト
を読み出す際に使用 し ます。
モデルへの変更および追加
こ のモデルを使用 し てユーザー アプ リ ケーシ ョ ン を よ り 厳密に模倣する 方法は 2 つあ り ます。 1 つ目は、 ソ フ ト ウ ェ ア を
追加す る 方法です。 2 つ目は、 ハー ド ウ ェ ア モデルを変更 し て、 ユーザー アプ リ ケーシ ョ ンのデー タ フ ロ ーを模倣す る 方
法です。 前の セ ク シ ョ ン で は、 モデル に複数の ソ フ ト ウ ェ ア を 追加 し ま し た。 ソ フ ト ウ ェ ア を 追加す る 際、 SDK で
hello_world コ ー ド を独自の も のに置 き 換え る こ と がで き ます。 GP ポー ト の APM を読み出すために hello_world の
コ ー ド が重要な場合は、 独自 コ ー ド に統合で き ます。 SDK 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 5] ま たは 『Zynq-7000 All Programmable SoC : コ ン セプ ト 、 ツール、 テ ク ニ ッ ク ガ イ ド : 効率
的なエンベデ ッ ド シ ス テ ム構築をサポー ト す る ハンデ ィ ガ イ ド 』 (UG873) [参照 6] の 「Zynq プ ロ セ ッ シ ン グ シ ス テ ム を使
用す る エンベデ ッ ド シ ス テ ム デザ イ ン」を参照 し て く だ さ い。ま た、その他の参考資料お よ びビデオは、Document Navigator
のデザ イ ン ハブか ら 入手で き ます。
1.
[Import] ウ ィ ン ド ウ で [C/C++] を ク リ ッ ク し て、 C コ ー ド を含むデ ィ レ ク ト リ を選択 し ます。 図 21 お よ び図 22 に、 C
ま たは C++ コ ー ド を イ ン ポー ト す る ウ ィ ン ド ウ を示 し ます。
X-Ref Target - Figure 21
[BB
図 21 : 既存の C コ ー ド を SDK に イ ンポー ト
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モデルへの変更および追加
X-Ref Target - Figure 22
[BB
図 22 : 既存コ ー ド のイ ンポー ト
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モデルへの変更および追加
2.
新規のパフ ォーマ ン ス パースペ ク テ ィ ブを作成 し ます (図 23)。
X-Ref Target - Figure 23
[BB
図 23 : 新 し い コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン
SDK お よ び ソ フ ト ウ ェ ア デバ ッ グに関す る その他の資料は、 「参考資料」 を参照 し て く だ さ い。
2 つ目は、 ハー ド ウ ェ ア モデルを変更す る 方法です。 こ の方法には、 次の 4 つの手法があ り ます。
•
さ ら に ATG を追加す る
•
ATG を独自の IP で置 き 換え る
•
既存 ATG の ト ラ フ ィ ッ ク フ ロ ーを変更する
•
APM を追加 し た独自の IPI デザ イ ン を追加す る
ハー ド ウ ェ ア デザ イ ンは、 こ のアプ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト の一部であ り 、 こ れ ら の変更お よ び追加が可能です。
こ のデザ イ ンで ATG の追加はサポー ト さ れてい ません。 ATG を PS へ接続する ために残 さ れたポー ト は GP ポー ト のみで
す。 追加す る 場合は、 こ のデザ イ ンの ATG と GP0 の接続方法を真似て、 GP1 への別の TrafficGen 接続を行 う こ と で実現
で き ます。 その後、 TrafficGen が GP0 へ接続 さ れ る 方法 と 同 じ よ う に し て、 各信号を所定の場所へ接続 し ます。
ATG を独自の IP に置 き 換え る 方法は、 多 く の時間を要する 上に Vivado IP イ ン テ グ レー タ ーの知識 も 必要です。 こ の方法
については、 アプ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト の後半で説明 し てい ま す。 確認すべ き 最 も 重要な事は、 コ アが AXI3 ま たは AXI4
メ モ リ マ ッ プ ド イ ン タ ーフ ェ イ ス を備えてい る こ と です。 AXI4 の場合は、 PS へ接続する ために TrafficGen ブ ロ ッ ク で使
用 さ れ る よ う な イ ン タ ー コ ネ ク ト が必要です。
ATG コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンの フ ロ ーを変更 し て、 よ り 厳密にアプ リ ケーシ ョ ン デー タ フ ロ ーを模倣す る 方法について
説明 し ます。 ATG コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン を変更する 手順は次の と お り です。
1.
アプ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト の最初に作成 し たデザ イ ン を Vivado IDE で開 き ます ( 「性能解析用に構成 さ れたデザ イ ン」
参照)。
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モデルへの変更および追加
2.
任意の TrafficGen モデルを ダブル ク リ ッ ク し て階層内に入 り ます。
TrafficGen ブ ロ ッ ク には 0 ～ 5 ま での番号が付いてい ます。 最初の 4 つ (TrafficGen0 ～ 3) は、 HP0 ～ 3 に接続 さ れて
お り 、 TrafficGen4 は ACP、 TrafficGen5 は S_AXI_GP0 に接続 さ れてい ます。
3.
階層内に入っ た後、図の中の axi_traffic_gen_0 を ダブル ク リ ッ ク し ます。図 24 の よ う な ATG の コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ
ン画面が表示 さ れます。
X-Ref Target - Figure 24
[BB
図 24 : ATG コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンの変更
まず最初に、 プ ロ フ ァ イ ルを変更 し ます。 カ ス タ ム モー ド では、 Zynq-7000 プ ラ ッ ト フ ォームの Cortex-A9 あ る いは PL の
その他の CPU (MicroBlaze プ ロ セ ッ サ な ど) を 使用 し て ATG を プ ロ グ ラ ム で き ま す。 詳細は、 『LogiCORE IP AXI Traffic
Generator v2.0 製品 ガ イ ド 』 (PG125) [参照 2] の ATG に関す る 説明 を 参照 し て く だ さ い。 ド ラ イ バー ソ フ ト ウ ェ ア は、
C:\Xilinx\SDK\2014.3\data\embeddedsw\XilinxProcessorIPLib\drivers\trafgen_v3_2\doc\html\ap
i\index.html にあ り ま す。 ト ラ フ ィ ッ ク の動的制御を実装す る 場合は、 こ のモー ド を使用 し ま すが、 こ のアプ リ ケー
シ ョ ン ノ ー ト では説明 し てい ません。
次に、 ト ラ フ ィ ッ ク プ ロ フ ァ イ ルを設定 し ます。 便宜上、 4 つのプ ロ フ ァ イ ル (Video、 PCIe、 Ethernet、 USB) があ ら か じ
め定義 さ れてい ます。 こ れ ら のプ ロ フ ァ イ ルの詳細は、 『LogiCORE IP AXI Traffic Generator v2.0 製品ガ イ ド 』 [参照 2] を参
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ま とめ
照 し て く だ さ い。 こ れ ら の各モー ド を使用 し て、 イ ン タ ーフ ェ イ スや生成す る ト ラ フ ィ ッ ク に関す る さ ま ざ ま な項目を選
択で き ます。 あ ら か じ め定義 さ れてい る すべてのモー ド が、 モデル化す る ト ラ フ ィ ッ ク の要件を満た さ ない場合は、 Data
モー ド を使用 し ます。 例では、 こ のモー ド を使用 し てい ます。 ユーザーは、 次の項目を変更で き ます。
•
AXI オプシ ョ ン : 生成 さ れ る ト ラ ンザ ク シ ョ ンのデー タ 幅、 ベース ア ド レ ス、 高位ア ド レ ス。 こ れ ら は、 Zynq-7000
AP SoC の DDR 用に設定 さ れ ます。 1 つの設定を変更す る と 、 オ ンチ ッ プ メ モ リ (OCM) の こ れ ら の設定が変更 さ れ
る 場合があ り ます。
•
Data モー ド :
°
パ タ ーン (固定ま たは ラ ン ダ ム サ イ ズ)、 ラ ン ダ ム サ イ ズの最小/最大転送サ イ ズ、 固定サ イ ズの転送長。
°
ト ラ ンザ ク シ ョ ン タ イ プ。 ATG の読み出 し 、 書 き 込み、 読み出 し /書き 込み、 お よ びそれ ら のパーセ ン テージ。
°
例で使用 さ れ る 設定は、 固定の 16 ワ ー ド バース ト 、 50% の読み出 し と 50% の書き 込み。
°
ト ラ ンザ ク シ ョ ン間の イ ン タ ーバル (固定ま たは ラ ン ダ ム)。 イ ン タ ーバルの設定は 50 サ イ ク ルで、 ATG 用の ク
ロ ッ ク サ イ ク ル。 例では 100MHz ク ロ ッ ク を使用。
°
ト ラ ンザ ク シ ョ ン ア ド レ ッ シ ン グ。 固定のみ。 こ れは、 ア ド レ ス が イ ン ク リ メ ン ト ま たは ラ ン ダ ムのいずれかに
制限 さ れ る 。
こ のデザ イ ン を使用 し て ATG を変更す る こ と で、 Zynq-7000 AP SoC 用のアプ リ ケーシ ョ ン モデルを作成で き ます。
注記 : シ ス テ ムに過度の付加が与え ら れ る と 、 性能可視化 (Performance Visualization) の結果が不正にな り ます。 た と えば、
最初のセ ク シ ョ ンで示 し た リ フ ァ レ ン ス デザ イ ンで、各 ATG の イ ン タ ーバルを 30 サ イ ク ル未満に設定 し ます。その結果、
生成 さ れ る ト ラ フ ィ ッ ク は、 各 AXI イ ン タ ーフ ェ イ ス で 844MB/s、 合計する と 4,220MB/s にな り ます。 こ れは 533MHz で
100% の DDR 使用率 と な り 、(すべて と は言わないが) ほ と ん ど の DDR コ ン ト ロ ー ラ ーでは達成不可能です。Zynq-7000 AP
SoC の付加に関す る 詳細は、 『SDK ユーザー ガ イ ド : シ ス テ ム性能解析』 (UG1145) [参照 1] を参照 し て く だ さ い。
も う 一つ有効な方法 と し て、 ATG を既存 IP で置 き 換え る 方法があ り ます ( こ の場合、 Vivado ツールにすでに イ ン ポー ト さ
れてい る 必要があ る )。 IP を追加す る 場合は、 ATG を削除 し てか ら 独自 IP を追加 し ます。 こ の作業には、 Vivado アーキ テ
ク チ ャ お よ び IP イ ン テ グ レー タ ーに関す る 実用的な知識が必要です。 Vivado アーキ テ ク チ ャ お よ び IP イ ン テ グ レー タ ー
に精通 し ていない方は、 『Vivado Design Suite チ ュ ー ト リ アル : IP を使用 し た設計』 (UG939) [参照 7] お よ び 『Vivado Design
Suite ユーザー ガ イ ド : IP を使用 し た設計』 (UG896) [参照 8] を参照 し て く だ さ い。 Vivado 2014.2 の Document Navigator か
ら ア ク セ ス可能なデザ イ ン ハブ [参照 9] では、 役に立つ さ ま ざ ま な資料お よ びビデオ を提供 し てい ます。
ま とめ
こ のアプ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト では、 All Programmable SoC の性能解析について包括的な説明を し てい ます。 こ の よ う に性
能を解析す る こ と で、 デバ イ ス が性能要件を満たす こ と が可能であ る か を判断で き ます。 CPU の ス ピー ド を着目す る だけ
な ら 簡単なのですが、 メ モ リ コ ン ト ロ ー ラ ーの効率が悪ければ、 CPU 動作は低速化 し ます。
こ こ では、 Zynq-7000 AP SoC をベース と す る アプ リ ケーシ ョ ンのモデル化に利用で き る リ フ ァ レ ン ス デザ イ ン を提供 し 、
こ れ ら を使用 し て実際に達成可能な性能を示 し ます。 こ のモデルは、 ユーザーが独自の ソ フ ト ウ ェ ア と 組み合わせ可能な
実際のハー ド ウ ェ ア内のデザ イ ン を採用 し てい ます。 こ れに よ っ て、 ユーザーのアプ リ ケーシ ョ ン を モデル化 し て、 早期
の設計段階で性能を評価で き ます。
こ のモデルの ATG を変更、 あ る いは独自 IP に置 き 換え る こ と で、 アプ リ ケーシ ョ ン を厳密にモデル化で き ます。 こ れに
よ り 、 Zynq-7000 デバ イ ス で達成で き る こ と 、 で き ない こ と を よ り 詳 し く 解析で き ます。
SDK の機能 と 性能解析用の IP を組み合わせて使用す る こ と で、 Zynq-7000 AP SoC がユーザー アプ リ ケーシ ョ ンの性能要
件を満たすか ど う か を確実に評価で き ます。
リ フ ァ レ ン ス デザイ ン
こ のアプ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト の リ フ ァ レ ン ス デザ イ ンは、 ザ イ リ ン ク ス の ウ ェ ブサ イ ト か ら ダ ウ ン ロ ー ド で き ます。
表 2 に、 リ フ ァ レ ン ス デザ イ ンの詳細を示 し ます。
XAPP1219 (v1.0) 2014 年 12 月 11 日
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参考資料
表 2 : リ フ ァ レ ン ス デザイ ンの詳細
パラ メ ー タ ー
説明
全般
Forrest Pickett
開発者
XC7Z020
デバ イ ス番号
ソ ース コ ー ド の提供
あり
C
ソ ース コ ー ド の形式 (提供 さ れ る 場合)
AXI Traffic Generator
既存 リ フ ァ レ ン ス デザ イ ンか ら 使用 し た IP
AXI Performance Monitor
シ ミ ュ レーシ ョ ン
論理シ ミ ュ レーシ ョ ンの実施
N/A
タ イ ミ ン グ シ ミ ュ レーシ ョ ンの実施
N/A
論理シ ミ ュ レ ーシ ョ ンお よ び タ イ ミ ン グ シ ミ ュ レ ーシ ョ ン
用テ ス ト ベンチの提供
N/A
テ ス ト ベンチの形式
N/A
使用 し たシ ミ ュ レー タ /バージ ョ ン
N/A
SPICE/IBIS シ ミ ュ レーシ ョ ンの実施
N/A
使用 し た イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン ツール/バージ ョ ン
ザ イ リ ン ク ス SDK (2014.3)
N/A
ス タ テ ィ ッ ク タ イ ミ ン グ解析の実施
ハー ド ウ ェ ア検証
N/A
ハー ド ウ ェ ア検証の実施
Vivado Design Suite 2014.3
使用 し たプ ラ ッ ト フ ォーム
参考資料
1.
『SDK ユーザー ガ イ ド : シ ス テ ム性能解析』 (UG1145)
2.
『LogiCORE IP AXI Traffic Generator v2.0 製品ガ イ ド 』 (PG125)
3.
『LogiCORE IP AXI Performance Monitor v5.0 製品ガ イ ド 』 (PG037)
4.
『UltraFast エンベデ ッ ド デザ イ ン設計手法ガ イ ド 』 (UG1046)
5.
『Zynq-7000 All Programmable SoC ソ フ ト ウ ェ ア開発者向けガ イ ド 』 (UG821)
6.
『Zynq-7000 All Programmable SoC : コ ン セプ ト 、 ツール、 テ ク ニ ッ ク ガ イ ド : 効率的なエンベデ ッ ド シ ス テ ム構築を
サポー ト す る ハンデ ィ ガ イ ド 』 (UG873)
7.
『Vivado Design Suite チ ュ ー ト リ アル : IP を使用 し た設計』 (UG939)
8.
『Vivado Design Suite ユーザー ガ イ ド : IP を使用 し た設計』 (UG896)
9.
Vivado 2014.2 - Document Navigator のデザ イ ン ハブ (Document Navigator は Vivado Design Suite か ら ア ク セ ス可能)
10. 『AXI リ フ ァ レ ン ス ガ イ ド 』 (UG761)
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改訂履歴
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
2014 年 12 月 11 日
1.0
内容
初版
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