AXI USB 2.0 デバイス : バルク転送およびアイソクロナス転送における

概要

こ のアプ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト では、バル ク お よ びア イ ソ ク ロ ナ ス ト ラ ンザ ク シ ョ ンにおいて、AMBA® (Advanced Microcontroller Bus Architecture) AXI (Advanced eXtensible Interface) を用い る ザ イ リ ン ク ス USB (Universal Serial Bus) 2.0 高速デバ イ ス が発揮す る パフ ォーマ ン ス を検証 し ます。作成 さ れ る テ ス ト シ ス テ ムは、Kintex®-7 FPGA に基づいてい ます。 バル ク ト ラ ンザ ク シ ョ ン と ア イ ソ ク ロ ナ ス ト ラ ンザ ク シ ョ ンのパフ ォーマ ン スは、2 つの別々のホ ス ト ド ラ イ バーで測定 さ れます。 こ のアプ リ ケー シ ョ ン ノ ー ト では、バル ク お よ びア イ ソ ク ロ ナ ス ト ラ ンザ ク シ ョ ン用の USB シ ス テ ム と 対応す る ELF

フ ァ イ ルの開発方法を説明 し ま す。 こ の資料は、 ザ イ リ ン ク ス Platform Studio (XPS) に関す る 基本的 な知識を前提 と し てい ます[参照1]。

は じ めに

AXI USB 2.0 デバ イ ス は、最小限の リ ソ ース でデザ イ ンの USB 接続を可能に し ます。こ の イ ン タ ーフ ェ

イ ス は、USB を中心 と し た高性能デザ イ ン、 ブ リ ッ ジ、 お よ び従来ポー ト の置 き 換えに最適です。USB 2.0 プ ロ ト コ ルは、 単一の半二重シ リ アルバス上で多数のデバ イ ス を マルチプ レ ク ス し ます。AXI USB 2.0 デバ イ ス は、480Mb/s (高速) ま たは 12Mb/s (最速) で動作 し 、 プ ラ グ ア ン ド プ レ イ に対応 し てい ま す。 ホ ス ト はバ ス を制御 し 、 要求 さ れた動作を指定す る ト ー ク ン をデバ イ ス に送信 し ま す。AXI USB 2.0 デバ イ ス は、 最大 8 つのエ ン ド ポ イ ン ト を サポー ト し ます。 こ れには、 デー タ の ソ ース ま たはシ ン ク と な る デフ ォ ル ト の制御エン ド ポ イ ン ト が含まれます。USB 2.0 デバ イ ス のエン ド ポ イ ン ト 0 は、 制 御 ト ラ ンザ ク シ ョ ンでデバ イ ス を列挙す る のに使用 さ れます。 AXI USB 2.0 デバ イ ス の 7 つのユーザーエ ン ド ポ イ ン ト は、 バル ク 、 割 り 込み、 ま たはア イ ソ ク ロ ナ ス と し て構成で き ます。 ま た、 各エン ド ポ イ ン ト は、(ホ ス ト への) 入力ま たは (ホ ス ト か ら の) 出力 と し て構成で き ます。 各エン ド ポ イ ン ト は、 同 じ サ イ ズのエン ド ポ イ ン ト デー タ 用 ping/pong バ ッ フ ァ ーを 2 つ備え てい ます。 ユーザーエン ド ポ イ ン ト のデー タバ ッ フ ァ ーは単方向であ り 、 各エン ド ポ イ ン ト の エン ド ポ イ ン ト コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン/ス テー タ ス レ ジ ス タ で設定 さ れます。バ ッ フ ァ ーのサ イ ズは、 バル クエン ド ポ イ ン ト は 0 ～ 512 バ イ ト 、割 り 込みエン ド ポ イ ン ト は 64 バ イ ト 、 ア イ ソ ク ロ ナ スエン ド ポ イ ン ト は最大 1024 バ イ ト に設定で き ます。 こ のアプ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト は、 バル ク お よ びア イ ソ ク ロ ナ ス ト ラ ンザ ク シ ョ ンで USB が発揮す る パ フ ォーマ ン ス の検証を目的 と し てい ます。 こ のアプ リ ケーシ ョ ン では、 次の要素を使用 し ます。

• AXI USB 2.0 デバ イ スお よ び DDR コ ン ト ロ ー ラ ーを備えた MicroBlaze™ リ フ ァ レ ン スシ ス テ ム

• デバ イ ス をバル ク エン ド ポ イ ン ト ま たはア イ ソ ク ロ ナ ス エン ド ポ イ ン ト と し て構成す る 、ELF (Executable and Linkable Format) フ ァ イ ル

• USB デバ イ ス のパフ ォーマ ン ス測定に使用 さ れ る ホ ス ト アプ リ ケーシ ョ ン

AXI USB 2.0 デバ イ ス は、エン ド ポ イ ン ト バ ッ フ ァ ー と メ モ リ 間でデー タ を転送す る 内蔵 DMA (Direct Memory Access) コ ン ト ロ ー ラ ーで構成 さ れます。USB 2.0 デバ イ ス コ アは、 専用の AXI4 ス レーブ イ ン タ ーフ ェ イ ス と オプシ ョ ン の AXI4 マ ス タ ー イ ン タ ーフ ェ イ ス で構成 さ れ ま す。 オプシ ョ ン のマ ス タ ーイ ン タ ーフ ェ イ ス は、 デバ イ スパ ラ メ ー タ ー C_INCLUDE_DMA に よ っ て設定 さ れます。 こ のパ ラ メ ー タ ーが 1 に設定 さ れ る と 、DMA ロ ジ ッ ク がデザ イ ンに組み込まれ ます。DMA ロ ジ ッ ク が組み 込まれてい る 場合は、AXI ス レーブ イ ン タ ーフ ェ イ ス か ら ユーザーエン ド ポ イ ン ト バ ッ フ ァ ーにア ク セ ス で き ま せん。DMA が無効の場合は、AXI ス レ ーブ イ ン タ ー フ ェ イ ス か ら エ ン ド ポ イ ン ト バ ッ フ ァ ーにア ク セ ス で き ます。 ア プ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト : Kintex- 7 フ ァ ミ リ XAPP891 (v1.0) 2012 年 12 月 19 日

AXI USB 2.0

デバイ ス

:

バル ク 転送およびア イ ソ ク ロナス転送における

パフ ォ ーマ ン スの検証

マスス ト レージ ア プ リ ケーシ ョ ン

マス

ス ト レージ

ア プ リ ケーシ ョ ン

マ ス ス ト レージアプ リ ケーシ ョ ンはバル ク ト ラ ンザ ク シ ョ ン を使用 し ます。 バル ク ト ラ ンザ ク シ ョ ン を利用す る には、2 つのエン ド ポ イ ン ト バ ッ フ ァ ーをバル ク In お よ びバル ク Out エン ド ポ イ ン ト と し て構成 し 、 最大パケ ッ ト サ イ ズ を 512 バ イ ト に設定す る 必要があ り ます。 バル ク In エン ド ポ イ ン ト を 使用 し て、 読み出 し 操作のパフ ォーマ ン ス を測定 し ます。 バル ク Out エン ド ポ イ ン ト を使用 し て、 書 き 込み操作のパフ ォーマ ン ス を測定 し ます。 バル クアプ リ ケーシ ョ ンは、 シ ス テ ム を初期化 し て USB お よ び UART デバ イ ス を有効に し ます。 デバ イ ス列挙 コ マ ン ド (SET/GET 記述子) への応答がホ ス ト か ら 送信 さ れます。 列挙が完了す る と 、 デバ イ ス がホ ス ト か ら 読み出 し 要求を受信 し た場合は、 次の手順が実行 さ れます。

1. DMA を介 し て、USB デバ イ ス内に存在す る ping/pong バ ッ フ ァ ーにデー タ が書 き 込まれます。

2. USB デバ イ ス は、 ホ ス ト デバ イ ス か ら In ト ー ク ン を受信す る と 、ping/pong バ ッ フ ァ ー内に存在 す る デー タ で応答 し ます。 3. 対応す る エン ド ポ イ ン ト のバ ッ フ ァ ー解放状態を示す割 り 込みが、Microblaze リ フ ァ レ ン ス シ ス テ ムに送信 さ れます。 4. Microblaze リ フ ァ レ ン ス シ ス テ ムはバ ッ フ ァ ー解放割 り 込みを検出 し 、 次に送信す る デー タ で ping/pong バ ッ フ ァ ーを充填 し ます。 5. こ のプ ロ セ ス が繰 り 返 さ れます。 デバ イ ス が書 き 込み要求を受信 し た場合は、 次の手順が実行 さ れます。 1. ホ ス ト デバ イ ス は、Out ト ー ク ンに続いてデー タ パケ ッ ト を送信 し ます。 2. デー タ を受信す る と 、 受信デー タ は ping/pong バ ッ フ ァ ーに書 き 込まれます。 3. 対応す る エン ド ポ イ ン ト のバ ッ フ ァ ー フル状態を示す割 り 込みが、Microblaze リ フ ァ レ ン ス シ ス テ ムに送信 さ れます。 4. Microblaze リ フ ァ レ ン ス シ ス テ ムはデー タ を読み出 し 、DMA を介 し て DDR にデー タ を保存 し ます。 5. ホ ス ト がデー タ を送信す る 限 り 、 こ の手順が繰 り 返 さ れます。

ア イ ソ ク ロ ナス

ア プ リ ケーシ ョ ン

ア イ ソ ク ロ ナ ス アプ リ ケーシ ョ ン の読み出 し と 書 き 込みは、 別々のア プ リ ケーシ ョ ン でテ ス ト さ れ ま す。isoc_in アプ リ ケーシ ョ ンは、 ア イ ソ ク ロ ナ ス ト ラ ンザ ク シ ョ ン を使用す る 読み出 し 操作を テ ス ト し ま す。isoc_out アプ リ ケーシ ョ ンは、 書 き 込み操作のパ フ ォ ーマ ン ス を測定 し ま す。isoc_in アプ リ ケーシ ョ ンはデバ イ ス を マ イ ク ロ フ ォ ン と し てプ ロ グ ラ ム し 、1 つのエ ン ド ポ イ ン ト を ア イ ソ ク ロ ナ ス In エン ド ポ イ ン ト と し て使用 し ます。isoc_out アプ リ ケーシ ョ ンはデバ イ ス を ス ピーカー と し てプ ロ グ ラ ム し 、1 つのエン ド ポ イ ン ト を ア イ ソ ク ロ ナ ス Out エン ド ポ イ ン ト と し て使用 し ます。 ア イ ソ ク ロ ナ スアプ リ ケーシ ョ ンは、シ ス テ ム を初期化 し て USB お よ び UART デバ イ ス を有効に し ま す。 デバ イ ス列挙 コ マ ン ド (SET/GET 記述子) への応答がホ ス ト か ら 送信 さ れます。 列挙が完了す る と 、 デバ イ ス がマ イ ク ロ フ ォ ン と し て構成 さ れてい る 場合は、 次の手順が実行 さ れます。

1. DMA を介 し て、USB デバ イ ス内に存在す る ping/pong バ ッ フ ァ ーにデー タ が書 き 込まれます。

2. USB デバ イ ス は、 ホ ス ト デバ イ ス か ら In ト ー ク ン を受信す る と 、ping/pong バ ッ フ ァ ー内に存在 す る デー タ で応答 し ます。 3. 対応す る エン ド ポ イ ン ト のバ ッ フ ァ ー解放状態を示す割 り 込みが、Microblaze リ フ ァ レ ン ス シ ス テ ムに送信 さ れます。 4. Microblaze リ フ ァ レ ン ス シ ス テ ムはバ ッ フ ァ ー解放割 り 込みを検出 し 、 次に送信す る デー タ で ping/pong バ ッ フ ァ ーを充填 し ます。 5. こ のプ ロ セ ス が繰 り 返 さ れます。 デバ イ ス が ス ピーカー と し て構成 さ れてい る 場合は、 次の手順が実行 さ れます。 1. ホ ス ト デバ イ ス は、Out ト ー ク ンに続いてデー タ パケ ッ ト を送信 し ます。

コ アパラ メ ー タ ー 2. デー タ を受信す る と 、 受信デー タ は ping/pong バ ッ フ ァ ーに書 き 込まれます。 3. 対応す る エン ド ポ イ ン ト のバ ッ フ ァ ー フル状態を示す割 り 込みが、Microblaze リ フ ァ レ ン ス シ ス テ ムに送信 さ れます。 4. Microblaze リ フ ァ レ ン ス シ ス テ ムはデー タ を読み出 し 、DMA を介 し て DDR にデー タ を保存 し ます。 5. こ の手順が繰 り 返 さ れます。

コ ア

パ ラ メ ー タ ー

表1に、 コ アパ ラ メ ー タ ーの説明、 名前、 お よ び使用に関す る ガ イ ド ラ イ ン を示 し ます。

ハー ド ウ ェ ア要件

こ の リ フ ァ レ ン ス シ ス テ ムに必要なハー ド ウ ェ アボー ド と 追加の機器には、 次の も のがあ り ます。 • ザ イ リ ン ク ス KC705 プ ロ ダ ク シ ョ ンボー ド • LPC コ ネ ク タ 付 き USB PHY FMC カー ド • JTAG プ ラ ッ ト フ ォームケーブル USB • 2 本の USB mini-B ケーブル こ の リ フ ァ レ ン ス シ ス テ ム を構築 し 、 ダ ウ ン ロ ー ド す る には、 次の ソ フ ト ウ ェ ア ツールを イ ン ス ト ー ル し てお く 必要があ り ます。

• Xilinx Platform Studio 14.3 • ISE Design Suite 14.3 • SDK 14.3 表 1 : コ アパラ メ ー タ ー 機能/説明 パ ラ メ ー タ ー名 使用 AXI4 メ モ リ マ ッ プ方式 : ベース ア ド レ ス C_BASEADDR 必須 AXI4 メ モ リ マ ッ プ方式 : 上位ア ド レ ス C_HIGHADDR 必須 DMA ロ ジ ッ ク の使用 C_INCLUDE_DMA 1

PHY リ セ ッ ト タ イ プの選択 C_PHY_RESET_TYPE active_low エ ラ ーロ ジ ッ ク の組み込みの選択 C_INCLUDE_USBERR_LOGIC 1

使用す る バ ッ フ ァ ータ イ プの選択 C_ULPI_CLK_BUFFER_TYPE BUFR ア ラ イ メ ン ト さ れていない ト ラ ン ザ ク シ ョ ン

のサポー ト の選択

AXI USB 2.0 デバイ スの使用

AXI USB 2.0

デバイ スの使用

AXI USB 2.0 デバ イ ス IP は、デー タ幅 32 ビ ッ ト の AXI ベース シ ス テ ム上に接続で き ます。 こ の IP は、

USB PHY 側の ULPI イ ン タ ーフ ェ イ ス をサポー ト し ます。 さ ら に、 パ ラ メ ー タ ー C_INCLUDE_DMA

に よ っ て DMA モー ド ま たは非 DMA モー ド に設定で き ます。DMA を有効にする と 、AXI マ ス タ ー イ ン ターフ ェ イ ス が有効にな り 、AXI4 マ ス ターイ ン ターフ ェ イ スは、DDR コ ン ト ロ ー ラ ーが ス レーブ と し て 接続 さ れ る AXI4 フ ル イ ン タ ー コ ネ ク ト に 接続す る 必要 が あ り ま す。IP の 割 り 込み ピ ン は、

MicroBlaze シ ス テ ムの割 り 込みコ ン ト ロ ー ラ ーブ ロ ッ ク (axi_intc) に接続 し ます。IP の設定に使用する パ ラ メ ー ターは次の と お り です。

• C_INCLUDE_DMA : 1 に設定す る と 、内蔵 DMA ブ ロ ッ ク が AXI4 マ ス タ ーイ ン タ ーフ ェ イ ス と 共にデザ イ ン に組み込 ま れ ま す。DMA ブ ロ ッ ク を 追加す る と 、 ユーザー エ ン ド ポ イ ン ト バ ッ フ ァ ーは AXI ス レーブ イ ン タ ーフ ェ イ ス か ら 切断 さ れます。

• C_DMA_UA_TRNS_SUPPORT : 1 に設定す る と 、 デー タ リ ア ラ イ メ ン ト のサポー ト がデザ イ ン に追加 さ れます。

• C_PHY_RESET_TYPE : こ のパ ラ メ ー タ ーは、PHY の要件に従っ て設定す る 必要があ り ます。

ACTIVE_LOW に設定す る と 、AXI USB 2.0 デバ イ ス IP に よ っ て生成 さ れ る ULPI リ セ ッ ト はア ク テ ィ ブ Low 信号にな り ます。ACTIVE_HIGH に設定す る と 、AXI USB 2.0 デバ イ ス IP に よ っ て生成 さ れ る ULPI リ セ ッ ト はア ク テ ィ ブ High 信号にな り ます。

• C_INCLUDE_USBERR_LOGIC : 1 に設定す る と 、USB リ ン ク エ ラ ー ロ グ カ ウ ン タ ーがデザ イ ンに追加 さ れます。

• C_ULPI_CLOCK_BUFFER_TYPE : こ のパ ラ メ ー タ ーは、 デザ イ ン内の ULPI ク ロ ッ ク の配線に 使用 さ れ る バ ッ フ ァ ーの タ イ プ を指定 し ます。 サポー ト し てい る 値は、IBUF、IBUFG、BUFG、 お よ び BUFR です。 こ のパ ラ メ ー タ ーを使用 し て、ULPI ク ロ ッ ク ド メ イ ン で よ り 良い タ イ ミ ン グ結 果が得 ら れ る よ う に ULPI ク ロ ッ ク を配線 し ます。

シ ス テム

デザイ ン

AXI USB 2.0 デバ イ ス アプ リ ケーシ ョ ンの標準的なシ ス テ ム を図1に示 し ます。

こ のシ ス テ ムは AXI に基づいてい ます。AXI は、AMBA 仕様に応 じ て標準化 さ れた IP イ ン タ ーフ ェ イ スプ ロ ト コ ルです。リ フ ァ レ ン スデザ イ ンに使用 さ れ る AXI イ ン タ ーフ ェ イ ス は、AXI4 メ モ リ マ ッ プ方式 イ ン タ ーフ ェ イ ス と AXI4-Lite イ ン タ ーフ ェ イ ス で構成 さ れます。ク ロ ッ ク ジ ェ ネ レー タ ー と プ X-Ref Target - Figure 1

図 _{1 : AXI USB 2.0} デバイ スア プ リ ケーシ ョ ンの標準的な シス テム MicroBlaze Processor AXI GPIO AXI UARTLite AXI USB2

Device USB PHY ULPI Interface DDR Interface DDR Controller DDR Memory AXI4Lite Interconnect AXI4 Interconnect X891_01_100912

リ フ ァ レ ン スデザイ ンの コ ンポーネ ン ト ロ セ ッ サシ ス テ ム の リ セ ッ ト ブ ロ ッ ク は、 シ ス テ ム全体に ク ロ ッ ク を供給 し 、 リ セ ッ ト を行い ま す。 I/O ペ リ フ ェ ラ ルお よ びプ ロ セ ッ ササポー ト IP を含む内蔵 MicroBlaze プ ロ セ ッ ササブシ ス テ ム に よ り 、 シ ス テ ムの高度な制御が行われます。 パフ ォーマ ン ス と エ リ アのバ ラ ン ス を と る よ う にシ ス テ ム を 最適化す る には、 複数の AXI イ ン タ ー コ ネ ク ト ブ ロ ッ ク を使用 し 、AXI イ ン タ ー コ ネ ク ト ブ ロ ッ ク を 個別に調整お よ び最適化 し て、 セグ メ ン ト 型ま たは階層型の AXI イ ン タ ー コ ネ ク ト ネ ッ ト ワ ー ク を イ ンプ リ メ ン ト し ます。

リ フ ァ レ ン ス

デザイ ンの

コ ンポーネ ン ト

表2に、IP リ フ ァ レ ン スデザ イ ンの コ ン ポーネ ン ト 、 バージ ョ ン、 ベース ア ド レ ス、 お よ び上位ア ド レ ス を示 し ます。

XAPP891

に付属

のハー ド ウ ェ ア

シ ス テム

USB デバ イ スお よ び MicroBlaze アプ リ ケーシ ョ ンのアプ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト には、す ぐ に使用可能な シ ス テ ム BIT フ ァ イ ル と ELF フ ァ イ ルが付属 し てい ます。 こ のハー ド ウ ェ アシ ス テ ムは、MicroBlaze

プ ロ セ ッ サ と 7 シ リ ーズ FPGA DDR3 コ ン ト ロ ー ラ ーを備え た USB 2.0 デバ イ ス シ ス テ ム で構成 さ れ ます。

リ フ ァ レ ン ス シ ス テ ム を作成す る には、 次の手順に従い ます。

1. XPS を起動 し 、Base System Builder (BSB) ウ ィ ザー ド で新 し いシ ス テ ム を作成 し ます。

2. AXI シ ス テ ム を選択 し 、[OK] を ク リ ッ ク し ます。 3. Kintex- 7 ボー ド を選択 し 、[Next] を ク リ ッ ク し ます。 4. MicroBlaze プ ロ セ ッ サペ リ フ ェ ラ ル と 一緒に次のブ ロ ッ ク を組み込みます。 a. DDR3_SDRAM (キ ャ ッ シ ュ) b. Push_Buttons_5bits (割 り 込み有効) c. RS232_Uart_1 (割 り 込み有効) 5. [Finish] を ク リ ッ ク し ます。 割 り 込み コ ン ト ロ ー ラ ーを含めて、 選択 し たペ リ フ ェ ラ ルを備え たデフ ォ ル ト の MicroBlaze シ ス テ ムが作成 さ れます。

6. [IP Catalog] → [Communication High Speed] → [axi_usb2_device] か ら [axi_usb2_device] IP を選 択 し て右 ク リ ッ ク し 、[Add IP] オプシ ョ ン を選択 し ます。

表 _{2 :} リ フ ァ レ ン スデザイ ンの コ ンポーネ ン ト

IP バージ ョ ン ベースア ド レ ス 上位ア ド レ ス

MicroBlaze 8.40.a N/A N/A

axi_7series_ddrx 1.06.a 0xb0000000 0xbfFFFFFF axi_usb2_device 3.02.a 0x44800000 0x4480ffff axi_uartlite 1.02.a 0x40600000 0x4060ffff lmb_bram_if_cntlr 3.10.a 0x00000000 0x00001fff axi_intc 1.02.a 0x41200000 0x4120ffff Mdm 2.10.a 0x41400000 0x4140ffff axi_gpio 1.01.b 0x40000000 0x4000ffff

proc_sys_reset 3.00.a N/A N/A clock_generator 4.03.a N/A N/A axi_interconnect – lite 1.06.a N/A N/A axi_interconnect – full interface 1.06.a N/A N/A

XAPP891 に付属のハー ド ウ ェ ア シス テム

7. シ ス テ ムへの axi_usb2_device IP の追加を確認す る 画面 (図2) が表示 さ れます。[Yes] を ク リ ッ ク し ます。

8. 図3に示す よ う にパ ラ メ ー タ ーを選択 し ます。[OK] を ク リ ッ ク す る と 、AXI イ ン タ ーフ ェ イ ス と 外部ポー ト への接続が自動的に作成 さ れます。

X-Ref Target - Figure 2

図 2 : [Add IP Instance to Design] 画面

X891_02_100912

X-Ref Target - Figure 3

図 3 : パ ラ メ ー タ ーの選択

XAPP891 に付属のハー ド ウ ェ ア シス テム

9. XPS 画面の [Ports] タ ブ (図4) に進み、microblaze_0_intc ブ ロ ッ ク を展開 し ます。INTR ピ ンの

[Connected Ports] の列を ク リ ッ ク し 、[Unconnected Interrupts] 画面か ら [Connected Interrupts] 画 面に axi_usb2_device_0_irpt ピ ン を移動 し ます。[OK] を ク リ ッ ク し ます。

10.system.mhsフ ァ イ ル内の AXI USB 2.0 デバ イ ス IP イ ン ス タ ン ス の外部ポー ト リ ス ト か ら 、図5 に表示 さ れてい る デバ ッ グ ポー ト を削除 し ま す。 こ れ ら のポー ト はデバ ッ グ ポー ト であ り 、 実際 のシ ス テ ムには不要です。

X-Ref Target - Figure 4

図 4 : [Ports] タ ブ

XAPP891 に付属のハー ド ウ ェ ア シス テム

11. ワー ク スペース のdataフ ォ ルダー内のsystem.ucfフ ァ イ ルに、 次の ULPI 信号のシ ス テ ム ロ ケーシ ョ ン制約を コ ピー し ます。

### SMSC2_USB KC705 constraints ###

NET axi_usb2_device_0_ULPI_Clock_pin LOC = AD27 | IOSTANDARD=LVCMOS25; NET axi_usb2_device_0_ULPI_Reset_pin LOC = AB30 | IOSTANDARD=LVCMOS25 | TIG;

NET axi_usb2_device_0_ULPI_Next_pin LOC = AE28 | IOSTANDARD=LVCMOS25; NET axi_usb2_device_0_ULPI_Dir_pin LOC = AF28 | IOSTANDARD=LVCMOS25; NET axi_usb2_device_0_ULPI_Stop_pin LOC = AB29 | IOSTANDARD=LVCMOS25; NET axi_usb2_device_0_ULPI_Data_pin<7> LOC = AC26 | IOSTANDARD=LVCMOS25; NET axi_usb2_device_0_ULPI_Data_pin<6> LOC = AD26 | IOSTANDARD=LVCMOS25; NET axi_usb2_device_0_ULPI_Data_pin<5> LOC = AK29 | IOSTANDARD=LVCMOS25; NET axi_usb2_device_0_ULPI_Data_pin<4> LOC = AK30 | IOSTANDARD=LVCMOS25; NET axi_usb2_device_0_ULPI_Data_pin<3> LOC = AJ28 | IOSTANDARD=LVCMOS25; NET axi_usb2_device_0_ULPI_Data_pin<2> LOC = AJ29 | IOSTANDARD=LVCMOS25; NET axi_usb2_device_0_ULPI_Data_pin<1> LOC = AE30 | IOSTANDARD=LVCMOS25; NET axi_usb2_device_0_ULPI_Data_pin<0> LOC = AF30 | IOSTANDARD=LVCMOS25;

12. [Hardware] → [Generate BitStream] を選択 し 、 ビ ッ ト ス ト リ ーム フ ァ イ ルを生成 し ます。

13.ビ ッ ト ス ト リ ーム フ ァ イ ルの生成後、[Project] → [Export Hardware to SDK] を選択 し 、 ビ ッ ト ス ト リ ーム フ ァ イ ルを SDK にエ ク ス ポー ト し ます。

X-Ref Target - Figure 5

図 5 : デバ ッ グポー ト の削除

ELF フ ァ イルの作成

ELF

フ ァ イルの

作成

次の手順は、 バル ク ト ラ ンザ ク シ ョ ンの ELF フ ァ イ ルの作成方法を示 し てい ます。 ア イ ソ ク ロ ナ ス In

お よ び Out ト ラ ン ザ ク シ ョ ン の ELF フ ァ イ ル も 、 同 じ 手順 で 作成 で き ま す。 ソ ー ス フ ァ イ ルは、 SW/Device_Filesデ ィ レ ク ト リ の bulk、isoc_in、 お よ び isoc_out フ ォ ルダーに置かれます。

1. ポ ッ プア ッ プ画面か ら [Export and Launch] オプシ ョ ン を選択 し ます。

2. SDK が開いた ら 、[File] → [New] → [Application Project] を ク リ ッ ク し 、 バル ク エン ド ポ イ ン ト のアプ リ ケーシ ョ ンのアプ リ ケーシ ョ ンプ ロ ジ ェ ク ト を作成 し ます。図6を参照 し て く だ さ い。

3. プ ロ ジ ェ ク ト 名に 「bulk_perfmon」 と 入力 し ます。

4. [Use default location] チ ェ ッ ク ボ ッ ク ス を オンに し ます。 X-Ref Target - Figure 6

図 6 : 新 し いプ ロ ジ ェ ク ト の作成

ホス ト 側 ド ラ イバーのイ ン ス ト ール

5. [OS Platform] を [Standalone]、[Language] を [C]、[Board Support Package] を [Create New] に設 定 し ます。[Next] を ク リ ッ ク し ます。

6. [Available Templates] か ら [Empty application] を選択 し 、[Finish] を ク リ ッ ク し ます。

7. [Project Explorer] 画面で、mass_storage_perf プ ロ ジ ェ ク ト の下の [src] フ ォ ルダーを選択 し ます。

8. SRC デ ィ レ ク ト リ を右 ク リ ッ ク し 、[Import] を ク リ ッ ク し ます。

9. [General] → [File System] を ク リ ッ ク し 、[Next] を ク リ ッ ク し ます。

10.デ ィ レ ク ト リ SW/Device_Files/bulk に移動 し 、[OK] を ク リ ッ ク し ます。 11.次の フ ァ イ ルを選択 し 、[Finish] を ク リ ッ ク し ます。 • xusb_cp9.c • xusb_cp9.h • xusb_storage.c • xusb_storage.h • xusb_types.h

ホス ト 側

ド ラ イバーの

イ ン ス ト ール

こ のセ ク シ ョ ンでは、 ホ ス ト 側 ド ラ イ バーの イ ン ス ト ール方法を説明 し ます。

ソ フ ト ウ ェ ア要件

USB バル クパフ ォーマ ン ス モニ タ ーの ソ フ ト ウ ェ ア要件は次の と お り です。 • Windows XP (SP3) 以上 (32 ビ ッ ト ま たは 64 ビ ッ ト) • NET Framework 4

ド ラ イバーのイ ン ス ト ール

バル ク ト ラ ンザ ク シ ョ ン と ア イ ソ ク ロ ナ ス ト ラ ンザ ク シ ョ ン のパフ ォ ーマ ン ス は、 別々のアプ リ ケー シ ョ ン で 測 定 さ れ ま す。 ア イ ソ ク ロ ナ ス ト ラ ン ザ ク シ ョ ン の パ フ ォ ー マ ン ス を 測 定 す る に は、 SW/Host_Files/USBISOC_Setupデ ィ レ ク ト リ に進みます。 バル ク ト ラ ンザ ク シ ョ ン のパフ ォ ーマ ン ス を測定す る には、 SW/Host_Files/USBBulk_Setup/デ ィ レ ク ト リ に進みます。

32 ビ ッ ト マシ ン では Xilinx USB Perfmon Setup x86.msi、64 ビ ッ ト マシ ンでは Xilinx USB Perfmon Setup x64.msi を ダブル ク リ ッ ク し ます。 手順に従っ て イ ン ス ト ールを完了 し ます。

注記 : 64 ビ ッ ト 版 Windows 7 では、PC を起動 し 、Windows が起動を開始 し た ら 、F8 キーを押 し 続け てセ ッ ト ア ッ プ画面を開 き ます。 セ ッ ト ア ッ プ画面で、[Disable Driver Signature Enforcement] を [No]

に設定 し て無効に し ます。 注記 : ボー ド が *.bit フ ァ イ ルで構成 さ れ、*.elf フ ァ イ ルが読み込ま れてい る こ と を確認 し てか ら 、 ド ラ イ バーを イ ン ス ト ール し ます。 アプ リ ケーシ ョ ンが動作 し ない場合は、 も う 一度 MicroBlaze アプ リ ケーシ ョ ン を読み込みます。 アプ リ ケーシ ョ ンが問題な く 動作する ま で、数回 (最大で 2 ～ 3 回) 読み込ま なければな ら ない こ と があ り ます。

ハー ド ウ ェ ア要件

FPGA 上で USB バル ク アプ リ ケーシ ョ ン を検証す る には、 次のハー ド ウ ェ ア コ ン ポーネ ン ト が必要 です。 • 電源ケーブル付 き KC705 ボー ド • 1 枚の FMC カー ド (HW-FMC-Number-USB-G) • 3 本の mini-USB ケーブル

ホス ト 側 ド ラ イバーのイ ン ス ト ール

ハー ド ウ ェ アのセ ッ ト ア ッ プ

次の手順は、Kintex- 7 FPGA ボー ド のセ ッ ト ア ッ プ方法を示 し てい ます。

1. Kintex- 7 FPGA ボー ド 上で、LPC ス ロ ッ ト に USB PHY FMC カー ド を挿入 し ます。

2. ザ イ リ ン ク ス マ イ ク ロ プ ロ セ ッ サデバ ッ ガー (XMD) を実行す る シ ス テ ムに、JTAG ポー ト と UART ポー ト を接続 し ます。 3. ホ ス ト アプ リ ケーシ ョ ン を実行す る シ ス テ ムに、FMC カー ド の J5 USB ポー ト を接続 し ます。図7 にボー ド のセ ッ ト ア ッ プ を示 し ます。 バル ク USB と し てボー ド を構成する手順 1. こ の リ リ ース に付属のReady_2Useフ ォ ルダーに進みます。 2. コ マ ン ドプ ロ ンプ ト を開 き 、 xmd を実行 し ます。 注記 : ユーザーのマシ ン上に XMD が イ ン ス ト ール さ れてい る 必要があ り ます。 3. XMD タ ー ミ ナル上でfpga -f system.bitコ マ ン ド を実行 し ます。 4. XMD タ ー ミ ナル上でconnect mb mdmコ マ ン ド を実行 し ます。 5. XMD タ ー ミ ナル上でrst;stop;dow bulk_perfmon.elf;runコ マ ン ド を実行 し ます。

X-Ref Target - Figure 7

図 7 : Kintex-7 ボー ド のセ ッ ト ア ッ プ

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6. 図8の出力がハ イ パー タ ー ミ ナル上に表示 さ れてい る こ と を確認 し ます。

[USB enumerated] が表示 さ れない場合は、 前の手順の コ マ ン ド を も う 一度実行 し ます。

ア イ ソ ク ロナス USB と し てボー ド を構成する手順

注記 : ボー ド を構成す る には、設計者のシ ス テ ム上に XMD が イ ン ス ト ール さ れてい る 必要があ り ます。

1. こ の リ リ ース に付属のReady_2Useフ ォ ルダーへ移動 し ます。 system.bit、 isoc_in.elf、 お よ びisoc_out.elfの各フ ァ イ ルを使用 し てボー ド を構成 し ます。 注記 : isoc_in の手順を次に示 し ます。isoc_out に も 同 じ 手順を使用で き ます。 2. コ マ ン ドプ ロ ンプ ト を開 き 、 xmd を実行 し ます。 3. XMD タ ー ミ ナル上でfpga -f system.bitコ マ ン ド を実行 し ます。 4. XMD タ ー ミ ナル上でconnect mb mdmコ マ ン ド を実行 し ます。 5. XMD タ ー ミ ナル上でrst;stop;dow isoc_in.elf;runコ マ ン ド を実行 し ます。 ハー ド ウ ェ アは In モー ド のア イ ソ ク ロ ナ スデバ イ ス と し て常に使用で き ます。 6. デバ イ ス の準備が完了 し た ら 、 UsbPerfmon.exeを使用 し てアプ リ ケーシ ョ ン を実行で き ます。 構 成全体が完了する 前に、FMC カー ド に接続 さ れてい る ポー ト 以外のすべての USB ポー ト を注意深 く 削除 し ます。 UsbPerform.exeを実行 し ます。 注記 : ス タ ー ト レ ー ト は 1024K 以上に し て く だ さ い。USB ハブ上の ト ラ ン ザ ク シ ョ ン に よ っ て レー ト/グ ラ フ は変化 し ま す。 通常は変化の幅を 10% 以内に し ま す。 ただ し 、 新 し い USB デバ イ ス を シ ス テ ムに接続 し た場合、 こ の値は大 き く 変化す る こ と があ り ます。

X-Ref Target - Figure 8

図 8 : バル ク USB と し てのボー ド 構成

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結果 と ま と め

ド ラ イ バーが イ ン ス ト ール さ れ、 シ ス テ ムが検出 さ れた状態でUsbPerfmon.exeを開 く と 、図9の画 面がデ ィ ス プ レ イ に表示 さ れます。 パフ ォーマ ン ス測定ツールは、GUI を使用 し て転送レー ト と テ ス ト の タ イ プ を変更で き る オプシ ョ ン を 備えてい ます。 ユーザーが変更で き る オプシ ョ ンは、 デ ィ ス プ レ イ の下部にあ り ます。 出力はデ ィ ス プ レ イ の右側に表示 さ れます。 ユーザーが設定で き る パ ラ メ ー タ ーには次の も のがあ り ます。

• [Test Type] : テ ス ト は [Read] ま たは [Write] モー ド で実行で き ます。 読み出 し ト ラ ンザ ク シ ョ ン と 書 き 込み ト ラ ンザ ク シ ョ ンの スループ ッ ト は別々に測定で き ます。

• [Data Limit Settings] : 1 ト ラ ンザ ク シ ョ ン当た り の最大伝送デー タ は、 こ の タ ブで制限で き ます。

• [Data Transfer Settings] : 転送レー ト の設定は、 こ の タ ブで変更で き ます。[Start Rate] オプシ ョ ン は、 ホ ス ト か ら のデー タ 転送の ス タ ー ト レ ー ト を 指定 し ま す。 転送 レ ー ト の変化パ タ ー ン は、

[Transfer Pattern] オプシ ョ ンで設定で き ます。

バル ク

ト ラ ンザク シ ョ ンのパフ ォ ーマ ン ス測定

X-Ref Target - Figure 9

図 _{9 : USB} パフ ォ ーマ ン スモニ タ ー

ホス ト 側 ド ラ イバーのイ ン ス ト ール

• Start Rate = 40024KB/s • Transfer Pattern = Steady

こ の設定で、AXI USB 2.0 デバ イ ス を使用 し て 36.114 の最大パフ ォーマ ン ス が得 ら れま し た。図10に 結果を示 し ます。

図10の [Transfer Rate] セ ク シ ョ ンに示す よ う に、現在の測定値 ([Current]) は、 その イ ン ス タ ン ス で (1

秒間) 測定 し たパ フ ォ ーマ ン ス を示 し ま す。 平均測定値 ([Average]) は、 その時点 ま でに計算 さ れたパ フ ォーマ ン ス の平均値を示 し ます。 最小測定値 ([Minimum]) は、 時間内に測定 さ れたパフ ォーマ ン ス の 最小値を示 し ます。 最大測定値 ([Maximum]) は、 その秒 ま でに測定 さ れたパフ ォ ーマ ン ス の最大値を 示 し ます。

X-Ref Target - Figure 10

図 _{10 :} バル ク ト ラ ンザ ク シ ョ ンのパ フ ォ ーマ ン ス測定 ₍ス タ ー ト レー ト _40024KB/s)

ホス ト 側 ド ラ イバーのイ ン ス ト ール

図11に、 次の GUI パ ラ メ ー タ ー設定での結果を示 し ます。

• Start Rate = 1240KB/s

• Transfer Pattern = Fixed Increment • Data increments = 1000KB

• Update frequency = 1sec (デー タ レー ト を引 き 上げ る 間隔)

注記 : パフ ォーマ ン ス の数値は、 シ ス テ ムに接続 さ れ る その他の USB デバ イ ス の数 と 、 ホ ス ト が 1 マ イ ク ロ フ レーム で送信で き る パケ ッ ト 数に よ っ て異な り ます。

X-Ref Target - Figure 11

図 11 : バル ク ト ラ ンザ ク シ ョ ンのパ フ ォ ーマ ン ス測定 (1240KB/s)

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ア イ ソ ク ロナス

ト ラ ンザ ク シ ョ ンのパ フ ォ ーマ ン ス測定

図12に、 ス タ ー ト デー タ レー ト が 1024KB/s で、 固定増分パ タ ーン を使用 し た ア イ ソ ク ロ ナ ス Out ト ラ ンザ ク シ ョ ンのパフ ォーマ ン ス測定を示 し ます。 達成 さ れた最大スループ ッ ト は 22.7MB/s で、 理論 上の最大スループ ッ ト は 24MB/s です。

X-Ref Target - Figure 12

図 12 : ア イ ソ ク ロナス Out ト ラ ンザク シ ョ ンのパフ ォ ーマ ン ス測定

リ フ ァ レ ン スデザイ ンのパラ メ ー タ ー 図13に、 ス タ ー ト デー タ レー ト が 1024KB/s で、 固定増分パ タ ーン を使用 し た ア イ ソ ク ロ ナ ス In ト ラ ンザ ク シ ョ ンのパフ ォーマ ン ス測定を示 し ます。 達成 さ れた最大スループ ッ ト は 22.6MB/s で、 理論 上の最大スループ ッ ト は 24MB/s です。

リ フ ァ レ ン ス

デザイ ンの

パラ メ ー タ ー

こ のアプ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト の リ フ ァ レ ン スデザ イ ン フ ァ イ ルは、 次のサ イ ト か ら ダ ウ ン ロ ー ド で き ます。 https://secure.xilinx.com/webreg/clickthrough.do?cid=199301 表3に、 リ フ ァ レ ン ス デザ イ ンのパ ラ メ ー タ ーを示 し ます。 X-Ref Target - Figure 13

図 13 : ア イ ソ ク ロナス In ト ラ ンザク シ ョ ンのパフ ォ ーマ ン ス測定

X891_13_100912

表 3 : リ フ ァ レ ン スデザイ ンのパラ メ ー タ ー

パラ メ ー タ ー 説明

全般

開発者 Ravi Kiran Boddu、Dinesh Kumar

デバイ ス と リ ソ ース使用率

デバイ ス と

リ ソ ース使用率

表4に、XC7K325T デバ イ ス の リ ソ ース使用率を示 し ます。

参考資料

こ の文書では、 次の参考資料を使用 し てい ます。 1. UG683 : 『EDK コ ンセプ ト 、 ツール、 テ ク ニ ッ ク 』

2. DS785 : 『LogiCORE IP AXI Universal Serial Bus (USB) 2.0 デバ イ ス (v3.02.a) デー タ シー ト 』

(EDK 14.3 リ リ ース)

改訂履歴

次の表に、 こ の文書の改訂履歴を示 し ます。 ソ ース コ ー ド の形式 VHDL/Verilog (一部の コ アは暗号化済み) 既存のザ イ リ ン ク ス ア プ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト/リ フ ァ レ ン ス デ ザ イ ン、CORE Generator ツ ー ル、 サー ド パーテ ィ か ら デザ イ ンへの コ ー ド/IP の使用 VHDL/Verilog (一部の コ アは暗号化済み) シ ミ ュ レーシ ョ ン 既存のザ イ リ ン ク ス ア プ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト/リ フ ァ レ ン ス デ ザ イ ン、CORE Generator ツ ー ル、 サー ド パーテ ィ か ら デザ イ ンへの コ ー ド/IP の使用 な し 機能シ ミ ュ レーシ ョ ンの実施 な し タ イ ミ ン グ シ ミ ュ レーシ ョ ンの実施 な し 機能 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン お よ び タ イ ミ ン グ シ ミ ュ レーシ ョ ンへのテ ス ト ベンチの使用 な し テ ス ト ベンチの形式 な し 使用 し た シ ミ ュ レー タツール/バージ ョ ン な し SPICE/IBIS シ ミ ュ レーシ ョ ンの実施 な し イ ン プ リ メ ン テーシ ョ ン 使用 し た合成ツール/バージ ョ ン

使用し た イ ンプ リ メ ンテーシ ョ ンツール/バージ ョ ン ISE Design Suite 14.3 : System Edition 使用し た イ ンプ リ メ ンテーシ ョ ンツール/バージ ョ ン ISE Design Suite 14.3 : System Edition ス タ テ ィ ッ ク タ イ ミ ン グ解析の実施 あ り (PAR/TRCE 内の通過 タ イ ミ ン グ) ハー ド ウ ェ ア検証 ハー ド ウ ェ ア検証の実施 あ り 検証に使用 し たハー ド ウ ェ アプ ラ ッ ト フ ォーム KC705 ボー ド 表 3 : リ フ ァ レ ン スデザイ ンのパラ メ ー タ ー (続き) パラ メ ー タ ー 説明 表 4 : デバイ ス と リ ソ ース使用率 デバイ ス ス ピー ド グ レー ド パ ッ ケージ ス ラ イ ス レ ジ ス タ 配置済みの ス ラ イ ス ス ラ イ ス

LUT I/O RAMB36E1 XC7K325T -2 FFG900 8002 (1%) 4364 (8%) 10995 (5%) 61 (12%) 11 (2%)

日付 バージ ョ ン 内容

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