基于Vitis Model Composer完成全流程AI Engine开发

基于Vitis Model Composer进行AI Engine（AIE）开发，核心优势体现在AIE专属优化、开发流程简化、灵活的适配性、高效验证及量产适配等方面，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，包含FFT、FIR等预制模块，适配AIE架构且同步开源生态，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，适配不同开发场景。

简化的AIE专属开发流程，提升开发效率：在Simulink环境中直观搭建设计，支持中间信号查看与调试，降低开发门槛。

自动化代码生成，简化编程流程：一键生成ADF graph、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Variable-sized Signals，可建模动态数据处理，支持自定义约束，灵活调整性能。

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

01环境准备

Ubuntu 22.04

Vitis 2025.1（必须是选择Vitis完整安装流程，不能是Vivado ML Enterprise安装）

Vitis Model Composer

MATLAB R2024b

02获取Vitis_Libraries

gitclonehttps://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 Composer
model_composer

上述的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 Command Window输入以下命令切换到工作目录，$WORK_PATH需替换为实际目录。

cd/$WORK_PATH/vmc_duc/lab

5.2在MATLAB Command Window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目录内。

06添加模型初始化函数

6.1回到duc_chain.slx，右键空白处，选择Model Properties，点击Callbacks窗口，点击InitFcn，在右侧的框口中输入下面的脚本：

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

6.2点击OK完成设置。

这些模型初始化函数在设计更新或模拟运行时会自动调用dataPreProc.m filter配置脚本。

该filter配置脚本会设置以下内容：

Input 0模块的输入数据变量PreprocIn0data

Input 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，可看到AI Engine的模型library。

AI Engine library包含：

用于导入Versal AI Engine使用的kernels和graphs

与FIRs、FFTs、Mixers和直接数字合成器相关的AI Engine DSP模块

08添加FIR Resampler Filter

8.1依次展开AMD Toolbox>AI Engine>DSP>Buffer IO library，找到FIR Resampler Filter。

8.2按住左键将FIR Resampler Filter拖入到duc_chain.slx当中，双击进行配置，按图中红框部分进行修改，配置为一个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,-842,4,1144,1324,-4,-1789,-2078,5,2866,3402,-5,-5080,-6495,6,13412,27026,32762,27026,13412,6,-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点击OK完成配置。

09添加三个FIR Halfband Interpolator blocks

9.1依次展开AMD Toolbox>AI Engine>DSP>Buffer IO library，找到FIR Halfband Interpolator。

9.2按住左键将FIR Halfband Interpolator拖入到duc_chain.slx当中，重复三次添加三个FIR Halfband Interpolator，依次双击配置，配置如下：

10添加Mixer

10.1依次展开AMD Toolbox>AI Engine>DSP>Buffer IO library，找到Mixer。

10.2按住左键将Mixer拖入到duc_chain.slx当中，配置如下：

Input window size (Number of samples): 3072

Rounding mode: Round symmetrical to infinity

Saturation mode: 3-Symmetric

Phase Increment: 715827883

11添加PLIO

依次展开AMD Toolbox>AI Engine>Interfaces library，找到PLIO，按住左键将PLIO拖入到duc_chain.slx当中，双击修改如下配置：

将各模块按下图连接。

按住左键框选上面的所有blocks，复制并粘贴出另一信号通道，如下图所示：

双击粘贴出来的Mixer，把Phase Increment修改为3042268501。

12从Reference_design_blocks内复制信号输入模块

在MATLAB Command Window输入以下命令打开本设计参考模块合集。

Reference_design_blocks

复制如下几个blocks到duc_chain.slx当中。

这些模块主要是包含预定义的信号输入、用Simulink原生blocks搭建的对比模块、用于自定义AIE block的AIE Class Kernel以及相减对比结果的波形查看器。

修改粘贴出来的PLIO2 block的配置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，按下图配置点击Import导入C++设计的AIE加法器Kernel。

14完成所有模块的连接

把未连接的模块按如下示意分别连接信号输入和输出。

15添加Vitis Model Composer Hub block

Vitis Model Composer Hub block本质是个控制面板，用于控制系统与仿真参数、选择AMD芯片板卡型号以及调用代码生成流程。

只要Simulink模型包含AMD Toolbox的任一Block，就必须添加Vitis Model Composer Hub block，才能进行自定义代码生成和仿真。

15.1依次展开AMD Toolbox>Utilities>Code Generation，找到Vitis Model Composer Hub block，按住左键将其拖入到duc_chain.slx当中。

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

15.3选择platform窗口，下拉选择VCK190，点击OK关闭窗口。

15.4点击OK关闭Vitis Model Composer Hub block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把仿真的停止时间设置为100，点击Run运行仿真。

16.3仿真结果，中间一个窗口波形是AIE仿真结果和Simulink对照组相减后的结果，可以从波形上看到基本为0，说明AIE仿真结果达到预期效果。

17创建子系统并生成graph代码

17.1按住左键选中如下的Blocks。

17.2按Ctrl+G将这些Blocks创建为一个子系统，如下图所示。

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

17.4随后会自动运行仿真、编译生成graph代码。

17.5完成后如下图所示，点击。

17.6生成的graph源代码在如下目录中。

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

通过上述流程，可基于Vitis Model Composer完成从模型搭建、配置、仿真验证到代码生成的全流程AIE开发。借助其可视化设计与自动化工具链，能显著降低开发复杂度，提升设计效率与可靠性，为AIE应用的快速实现提供有力支撑。

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