基于Vitis Model Composer完成全流程AI Engine开发

AI Engine（AIE）是基于Vitis Model Composer开发的。核心优势体现在AIE独家优化、简化开发流程、灵活适配、高效验证和量产适配，具体如下：

专属优化的AI Engine库，降低基础开发成本：提供AIE专用DSPLib库，包括FFT、FIR等预制模块，适配AIE架构并与开源生态同步，无需重复开发基础算法。

灵活的AIE代码导入方式，适配多样开发需求：支持AIE Kernel、Class Kernel、Graph三种导入形式，兼容缓冲区/流数据访问，适应不同的开发场景。

简化的AIE专属开发流程，提升开发效率：在Simulink环境中直观地构建设计，支持中间信号查看和调试，降低开发门槛。

自动化代码生成，简化编程流程：一键生成ADF图、Makefile、Testbench等代码，无需手动适配底层架构。

适配动态场景，配置高度灵活：支持可变大小信号，可以对动态数据处理进行建模，支持自定义约束，并灵活调整性能。

精准的AIE仿真与调试，保障设计正确性：支持功能高精度仿真，快速验证设计的正确性，确保算法与硬件特性匹配。

01环境准备Ubuntu 22.04

Vitis 2025.1（必须选择Vitis完整安装过程，不能是Vivado ML Enterprise安装）

Vitis 模型作曲家

MATLAB R2024b

02获取Vitis_Librariesgitclonehttps://gitee.com/light007/Vitis_Libraries.git

03下载依赖文件gitclonehttps://gitee.com/qinzhusheng/vmc_duc.git

04启动Model Composer#!/bin/bash# 设置Vitis 环境source/tools/Xilinx//2025.1/Vitis/settings64.sh# 设置Model Composer 环境source/tools/Xilinx/2025.1/Model_Composer/settings64.sh# 设置MATLAB 路径exportPATH=$PATH:/tools/MATLAB/R2024b/bin# 启动Model Composermodel_composer

上述路径需要修改为实际运行环境的安装路径。

05在Simulink中创建空白模型5.1 在MATLAB 命令行窗口中输入以下命令，切换到工作目录。 $WORK_PATH 需要替换为实际目录。

cd/$WORK_PATH/vmc_duc/lab

5.2 在MATLAB命令行窗口中输入以下命令，创建并打开空白模型。

new_system('duc_chain')open_system('duc_chain')

按Ctrl+S 保存到/$WORK_PATH/vmc/lab 目录。

06添加模型初始化函数6.1 返回duc_chain.slx，在空白处右键单击，选择Model Properties，单击Callbacks窗口，单击InitFcn，在右侧框中输入以下脚本：

PreprocIn0data=dataPreProc('data/input_sig_i0.txt');PreprocIn1data=dataPreProc('data/input_sig_i1.txt');PreprocOutdata=dataPreProc('data/output_adder.txt');

6.2 单击“确定”完成设置。

当设计更新或运行仿真时，这些模型初始化函数会自动调用dataPreProc.m 滤波器配置脚本。

过滤器配置脚本将设置以下内容：

输入0模块的输入数据变量PreprocIn0data

输入1模块的输入数据变量PreprocIn1data

Golden_Adder模块的输出数据变量PreprocOutdata

07查看AI Engine library按Ctrl+Shift+L 打开Library Browser，展开AMD Toolbox，即可看到AI Engine模型库。

AI引擎库包含：

用于导入Versal AI Engine 使用的内核和图形

与FIR、FFT、混频器和直接数字合成器相关的AI 引擎DSP 模块

08添加FIR Resampler Filter8.1 按顺序展开AMD ToolboxAI EngineDSPBuffer IO 库，找到FIR Resampler Filter。

8.2 按住左键将FIR Resampler Filter拖入duc_chain.slx中，双击进行配置，按照图中红框修改即可。配置为3/2分数采样器，实际采样点数为71个。

Filter coefficients:[-8,-15,2,27,38,-1,-67,-86,1,139,171,-2,-257,-309,2,443,522,-3,-724,-84 2,4,1144,1324,-4,-1789,-2078,5,2866,3402,-5,-5080,-6495,6,13412,27026,32 762,27026,13412,6,-6495,-5080,-5,3402,2866,5,-2078,-1789,-4,1324,1144,4, -842,-724,-3,522,443,2,-309,-257,-2,171,139,1,-86,-67,-1,38,27,2,-15,-8]

8.3 单击“确定”完成配置。

09添加三个FIR Halfband Interpolator blocks9.1 依次展开AMD ToolboxAI EngineDSPBuffer IO 库，找到FIR Halfband Interpolator。

9.2 按住左键并将FIR Halfband Interpolator 拖至duc_chain.slx 中。重复三次以添加三个FIR 半带插值器。按顺序双击配置。配置如下：

10添加Mixer10.1 依次展开AMD ToolboxAI EngineDSPBuffer IO 库，找到Mixer。

10.2 按住左键将Mixer拖入duc_chain.slx中。配置如下：

输入窗口大小（样本数）: 3072

舍入模式： 对称舍入至无穷大

饱和模式： 3-对称

相位增量： 715827883

11添加PLIO按顺序展开AMD ToolboxAI EngineInterfaces库，找到PLIO，按住左键将PLIO拖入duc_chain.slx中，双击修改如下配置：

如下图所示连接各个模块。

按住左键选中上方所有模块，复制粘贴另一个信号通道，如下图：

双击粘贴的混音器并将相位增量更改为3042268501。

12从Reference_design_blocks内复制信号输入模块在MATLAB 命令行窗口中输入以下命令以打开此设计参考模块集合。

参考设计块

将以下块复制到duc_chain.slx。

这些模块主要包括预定义的信号输入、使用Simulink 本机模块构建的比较模块、用于自定义AIE 模块的AIE Class Kernel 以及用于减法比较结果的波形查看器。

修改粘贴的PLIO2块配置PLIO width(bits):64

13配置自定义AIE block的AIE Class Kernel双击AIE Class Kernel，打开配置窗口，如下图配置，点击Import，导入C++设计的AIE adder Kernel。

14完成所有模块的连接将未连接的模块分别连接到信号输入和输出，如下所示。

15添加Vitis Model Composer Hub blockVitis Model Composer Hub 块本质上是一个控制面板，用于控制系统和仿真参数、选择AMD 芯片板模型，以及调用代码生成过程。

只要Simulink 模型包含AMD Toolbox 的任何模块，就必须添加Vitis Model Composer Hub 模块以启用自定义代码生成和仿真。

15.1 依次展开AMD ToolboxUtilitiesCode Generation，找到Vitis Model Composer Hub块，按住左键拖入duc_chain.slx。

15.2 双击Vitis Model Composer Hub模块打开配置窗口，点击右侧红框中的按钮打开硬件平台选择窗口。

15.3 选择平台窗口，下拉选择VCK190，点击确定关闭窗口。

15.4 单击OK 关闭Vitis Model Composer Hub 模块配置窗口。

16编译工程并运行仿真16.1 按Ctrl+S保存工程，按Ctrl+D执行编译，等待编译完成。

16.2 设置仿真停止时间为100，点击Run运行仿真。

16.3 模拟结果。中间的窗口波形是AIE仿真结果和Simulink控制组相减的结果。从波形可以看出基本为0，说明AIE仿真结果达到了预期的结果。

17创建子系统并生成graph代码17.1 按住左按钮选择以下区块。

17.2 按Ctrl+G将这些Block创建为子系统，如下图所示。

17.3 双击上图蓝色部分，将子系统重命名为DUCchain，双击Vitis Model Composer Hub模块打开配置窗口，点击Code Generation窗口，选择DUCchain，在右侧窗口切换到Analyze，点击Analyzer按钮。

17.4随后会自动运行仿真、编译并生成图形代码。

17.5 完成后，点击如下图所示。

17.6生成的图源代码在以下目录。

/$WORK_PATH/vmc_duc/lab/code/ip/DUCchain/src

通过以上流程，基于Vitis Model Composer即可完成从模型构建、配置、仿真验证到代码生成的整个AIE开发流程。凭借其可视化设计和自动化工具链，可以显着降低开发复杂度，提高设计效率和可靠性，为AIE应用的快速实施提供有力支持。

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