WARP 프로젝트 웹사이트의 내용들은 친절하고 자세하지만, 처음 시작하는 저에게는 너무 생소하고 접근하기에 어려워서
실질적으로 어떻게 해야 WARPLab을 시작할수가 있을까? 에 대한 해답을 정리해보았습니다.
> 먼저 WARPLab 이란?
가지고 계신 WARP 장비를 매트랩을 이용하여 연구를 진행할수 있도록 지원하는 FPGA 레퍼런스를 의미합니다.
따라서, WARPLab 을 사용하기 위해서 필요한 준비물은 2가지로 분류 가능합니다.
1) 하드웨어 준비물
PC 1대, WARP 모듈 (2대이상)과 FMC-RF-2X245 radio FMC 모듈 각 1개씩, 이더넷카드 2개 (PC내장형 1개와 추가1개), 무선 AP (스위치용도로) , LAN 케이블 3개, SD 카드와 리더기 각1개씩 (레퍼런스 소스파일을 WARP 모듈에 설치용)
2) 소프트웨어 준비물
매트랩(2011a 버전이상),
PC에는 고정 IP주소를 할당해야함 : 아이피 주소 10.0.0.250, 서브넷 마스크 255.255.255.0
UDP 포트사용을 위한 방화벽해제
WARP v3 Latest Release 파일(4개의 폴더가 존재) : 아래에 다시 자세히 설명하겠습니다.
Q. PC와 WARP간의 연결은 무선공유기를 스위치 기능으로 사용하여 통신하는것은 이해가 되지만, 실질적으로 어떻게 MATLAB 으로 명령을 전달하고 사용자 정의의 프로그램을 코딩하여 예제를 실행할수있는지는 아직까지 명확하게 이해가 되진 않습니다.
Q. 또한 자일링스사의 FPGA보드를 시스템으로 사용하지만, 어플리케이션 구현시에는 MATLAB을 사용하는데, 이에 대한 구체적인 동작원리와 방식은 의문이 남습니다. 여기에 대한 해답은 차차 달도록 하겠습니다.
3) Code File의 구성과 설명
(1) Bitstreams_Reference
확장자가 Bin인 파일로써, WARP장비의 전원이 켜져있고 SD카드가 WARP의 카드 슬롯에 삽입되어있다면, SD카드에 해당되는 Bitstreams_Reference 는 자동으로 WARP에 설치를 진행합니다. Bin 파일을 SD 카드에 설치 및 구성하는 방법은 아래의 링크를 참조해주세요. http://warpproject.org/trac/wiki/howto/SD_Config
이 폴더에는 다양한 EDK 프로젝트들이 포함되어있습니다. 자일링스 ISE를 설치하게 되면 자일링스 임베디드 개발 키트 EDK 소프트웨어도 함께 설치가 됩니다. 하드웨어의 구성 및 설계는 XPS로 실행 되어야 합니다. 또한 마이크로 블레이즈 프로세서의 실행에 필요한 여러 라이브러리들은 자일링스 SDK에 내장되어 있습니다.
만약 기존의 제공되는 Reference 디자인을 사용하는 경우는 위의 Bitstreams_Reference 의 설치와 M 코드파일만 필요합니다. 하지만 MicroBlaze/PPC C code의 수정이 필요하다면 EDK 프로젝트를 열어 수정해야 합니다. 만약 FPGA reference design을 수정하기 위해서는 XPS 프로젝트를 열어서 수정해야 합니다.
The WARPLab FPGA design uses custom peripherals designed in Xilinx System Generator, including the warplab_buffers core. You will need MATLAB, Simulink and System Generator to modify these cores.
CPLD 복합 프로그램 가능 논리 소자
(3) M_Code_Examples
이 폴더는 WARPLab 릴리즈와 호환되는 스크립트들이 포함되어있습니다. 예제들은 아래와 같습니다.
== SISO OFDM Comm Example ==
Please see [wiki:./OFDM SISO OFDM Example] for details and code.
== MIMO OFDM Comm Example ==
Please see [wiki:./MIMO_OFDM MIMO OFDM Example] for details and code.
== Synchronized Nodes Example ==
Please see [wiki:./nodeSync Synchronized Nodes Example] for details and code.
== Multi-Node Array Example ==
Please see [wiki:./8x2Array 8x2 Multi-node Array] for details and code.
== Spectrogram Example ==
Please see [wiki:./Spectrogram Spectrogram Example] for details and code.
== User Extension Example ==
Please see [wiki:./userExtension EEPROM User Extension] for details and code.
We use Subversion for version control of the WARP repository.
The easiest way to access the WARP repository is to simply browse it via this site.
저장소의 액세스를 위해서 서브버전 클라이언트가 필요한데, 매우 유명한 윈도우용 GUI인 TortoiseSVN 를 설치하여 사용하면 편리합니다.
For direct access to our Subversion server, you will need a Subversion client. The command-line Subversion client is installed in OS X 10.5 by default; installation pages for older versions of OS X are available here. TortoiseSVN is an excellent GUI client for Windows.
Anonymous users have checkout permissions for the entire repository. An account is required to commit changes.
Please remember that nearly everything in the WARP repository is covered by the Rice-WARP open-access license. For code contributed by others, the please look for copyright/license notices included with the code. Please be sure you understand the applicable licenses and agree to abide by their terms before using any of our code.
WARPLab 7 은 WARP v3 과 WARP v2 hardware 에 대해서 지원합니다.
For the 2-radio WARPLab reference design:
WARP v3 nodes use the integrated RF interfaces
WARP v2 nodes must have Radio Boards in daughtercard slots 2 and 3
2-radio WARPLab reference design을 위해선,
WARP3 버전의 경우 내장된 RF 인터페이스를 사용하며 WARP2의 경우는 라디오 보드가 필요합니다.
For the 4-radio WARPLab reference design:
WARP v3 nodes must be equipped with the FMC-RF-2X245 radio FMC module
WARP v2 nodes must have Radio Boards in all four daughtercard slots
WARP v1 users should use the WARPLab 6 reference design.
4-radio WARPLab reference design의 실행을 위해선,
WARP3 버전은 반드시 FMC 모듈 (추가 구매 액세서리) 이 필요하고 v2은 라디오 보드 그리고 v1은 WARPLab 6 디자인을 사용해야 합니다. // 후에 직접 실행해보고 다시 자세한 포스팅을 진행할 예정.
Software Requirements
MATLAB 2011a or later (매트랩 버전 2011a 이상 필요)
PC requirements
Dedicated NIC for WARPLab network I/O
Static IP address in the 10.0.0.X subnet
Open firewall for UDP ports (10000 and [9000:9000+numNodes-1])
NIC 카드1개 필요. 서브넷에 정적 IP주소 할당, 오픈 UDP 포트에 대한 방화벽 필요.
Using Jumbo Ethernet Frames
The WARP hardware design supports Ethernet packets up to 9000 bytes.
WARP를 사용하게 되면 이더넷 패킷의 전송은 9000bytes 까지 지원합니다.
하지만 보통의 NIC 카드의 경우 만약 이더넷 패킷의 크기가 1500 bytes 이상일경우 "점보프레임"으로 고려되고 이러한 점보 프레임은 NIC와 스위치간에 패킷 제한 됩니다.
만약 하드웨어가 점보 프레임을 지원하는 경우는, MTU 설정을 최대로 늘립니다. 어디까지 늘려야 할지는 WARP테스트와 Ping 테스트를 하면서 MAX 허용치를 알수가 있다.
Any Ethernet packet larger than 1500 bytes is considered a "jumbo frame" and support for these jumbo frames among consumer NICs and switches is limited. To see if your hardware supports jumbo frames, increase the MTU setting on your computer to the maximum allowed setting. Then, two tests can determine the maximum usable payload: (a) a ping test, and (b) a WARPLab test.
Ping Test 와 WARP Payload 테스트는 아래의 예시와 같이 진행하면 된다.
Ping Max Payload Test
Once the MTU on your machine is raised to its maximum, you can use pings from your computer to determine whether your switch and NIC can actually send and receive jumbo frames. Make sure you have a board configured with the WARPLab bitstream and a DIP switch of '0' (making its IP address 10.0.0.1).
Windows: Open the command line 'cmd.exe' and type the following:
>ping -l 8000 10.0.0.1
This will send 8000 byte pings to the board. If the board responds, Windows will tell you how many bytes were actually returned. For example, we receive the following using one of our PCs:
Pinging 10.0.0.1 with 8000 bytes of data:
Reply from 10.0.0.1: bytes=8000 time=2ms TTL=32
Reply from 10.0.0.1: bytes=8000 time=2ms TTL=32
Reply from 10.0.0.1: bytes=8000 time=2ms TTL=32
Reply from 10.0.0.1: bytes=8000 time=2ms TTL=32
This shows that the 8000 byte ping packet was returned, and you computer and switch appear to support communicating with a WARP board with jumbo frames. If, however, you receive ping responses that look like this:
Pinging 10.0.0.1 with 8000 bytes of data:
Reply from 10.0.0.1: bytes=1472 (sent 8000) time<1ms TTL=32
Reply from 10.0.0.1: bytes=1472 (sent 8000) time<1ms TTL=32
Reply from 10.0.0.1: bytes=1472 (sent 8000) time<1ms TTL=32
Reply from 10.0.0.1: bytes=1472 (sent 8000) time<1ms TTL=32
Then only 1472 bytes were returned of the sent 8000. This means that the packets were fragmented and that the MTU was not set high enough to support the 8000 byte ping packet.
WARPLab Max Payload Test
If the ping test indicates that your PC and your Ethernet switch support jumbo frames, the next step is to see if WARPLab works with jumbo frames. When node objects are first set up in a WARPLab script, they run a test with their associated boards to see what maximum payload size can be supported.
First, re-run the wl_setup function in M_Code_Reference and select that you would like to enable jumbo frame support. Next, ensure one WARP board is programmed with the WARPLab bitstream and configured with DIP switch '0'. Then, copy and paste the following lines to the MATLAB command line:
clear;
node = wl_initNodes(1);
disp(node.transport.maxPayload)
This will display the payload size the WARPLab has configured itself to use. For one of our PCs, this value returns as 8960, showing the jumbo frame support is correctly working.
Jumbo Frame Hardware Compatibility
알려진 점보 프레임이 호환되는 하드웨어는 아래와 같습니다. 참조해주세요.
Support for jumbo frames varies widely across Ethernet NICs, PCs and OSs. Our observations for a variety of hardware/OS combinations are described below. If you try jumbo frames and have a hardware setup that does or does not work with them, please post to the WARP forums so we can add them to the list.
Known Compatible:
Dell workstation, Windows 7 64-bit, Intel(R) 82573LB NIC
Netgear GS105 gigabit switch
Known Partially Compatible:
Apple 2013 Macbook Pro, OSX 10.8.3, Apple Thunderbolt to Gigabit Ethernet Adapter
Appears to have a "hidden" MTU maximum around 8000 (despite the GUI letting you choose 9000)
Apple 2011 Mac Mini, OSX 10.8.3, Broadcom 57765-B0
Appears to work for MTU < 7000
Known Incompatible:
Ethernet NIC using the Broadcom BCM5755 controller
Apple 2010 Macbook Pro using the Broadcom 5764-B0 controller
WARPLab 은 빠른 UDP 프로토콜의 실현을 위하여 MEX (wl_mex_udp_transport) 라는 코드를 제공한다.
In order to provide better performance, the WARPLab reference design includes a MEX implementation (wl_mex_udp_transport) of the WARPLab UDP transport. This implementation provides significantly higher performance than both the java and pnet transports used in previous WARPLab releases.
MEX implementation은 java 와 pnet 보다 고성능을 제공한다. 지난 WARPLab 릴리즈를 참고하세요.
The wl_mex_udp_transport C code must be compiled using MATLAB's MEX tools before it can be used with the WARPLab reference design. MATLAB uses the Microsoft Visual C compiler for creating MEX libraries in Windows. Please refer to the How-To Compile MEX guide for pointers setting up your MATLAB environment for compiling MEX functions.
WARPLab 레퍼wl_mex_udp_transport C 코드는 반드시 매트랩을 사용하여 컴파일도 되어야 합니다.
매트랩은 윈도우에서 MEX 라이브러리를 만들기 위해서 마이크로소프트 비쥬얼 C 컴파일러를 사용한다. 이에 대한 자세한 내용은 링크를 참조하세요. http://warpproject.org/trac/wiki/howto/MEX_Compile
Once your MATLAB environment is ready for MEX compilation, please follow the instructions below to complete the installation of the wl_mex_udp_transport.
만약 당신의 매트랩환경이 MEX compilation 을 사용할 준비가 되었다면 아래의 순서에 따라서 wl_mex_udp_transport 설치를 완료하길 바랍니다.
To install the WARPLab MEX UDP Transport, please perform the following steps:
NOTE: Make sure you are downloading the WARPLab 7.3.0 (or later) release, or your repository is updated to the WARPLab 7.3.0 (or later) release. In order to use this transport on your system, you must compile the wl_mex_udp_transport mex function (see How-To Compile MEX for more information).
NOTE: The wl_mex_udp_transport in WARPLab 7.3.0 only supports Windows operating systems. However, the transport in the repository has been updated to support both Windows and Unix/Mac operating systems. All command lines in this documentation have been updated to support the new version of the transport but are backward compatible with the WARPLab 7.3.0 release.
기본적으로 윈도우 OS에서만 wl_mex_udp_transport 지원이 된다. 유닉스도 가능하니 일단 저장소를 찾아보라.
1. Within MATLAB, change your directory to the M_Code_Reference directory that you unpacked as part of the WARPLab release.
2. Run wl_setup in order to set up your MATLAB paths. When running wl_setup , you should only see the java transport available. If not, please check your paths to make sure there are no issues.
Now your paths should be set up to proceed. Run which wl_mex_udp_transport to check that you can see the mex files. You should see: <your WARPLab install dir>/M_Code_Reference/mex/wl_mex_udp_transport.m
3. Run wl_mex_udp_transport from the MATLAB command line:
나머지 부분은 원문을 참조하라.
Setting up the WARPLab 7 Framework
Download the latest WARPLab Reference Design Release (Download) and unzip it to a location of your choosing.
Open MATLAB and change the current path to the M_Code_Reference directory from the downloaded archive.
Run wl_setup on the MATLAB command line.
Follow the prompts to configure your WARPLab environment.
WARPLab 7의 셋팅은 매우 쉽습니다. 먼저 레퍼런스 디자인 파일을 설치하여 로컬 폴더에 압축을 풉니다.
매트랩에서 경로추가를 하고 wl_setup 파일을 run 합니다.
그 후 매트랩의 지시를 따릅니다.
Hardware Setup
For your PC:
Assign one of your NICs to the manual IP address specified in the wl_setup step above (default: (10.0.0.250, 255.255.255.0))
Connect the NIC to a 1Gb Ethernet switch
앞서 Getting Start 에서 보여드린 PC와 WARP 간의 연결은 AP나 스위치에 LAN 케이블을 통해서 연결됩니다. 따라서 PC와 WARP 의 설정이 필요합니다. 먼저 PC의 경우는 위와 같은 고정되 IP주소를 지정하고 이더넷 스위치에 연결합니다.
For WARP v3 nodes:
Connect ETH_A to the 1Gb Ethernet switch your PC is connected to.
Set the user DIP switch to a unique value on each node, starting at 0
Configure the FPGA with the Reference Design. The reference bitstreams are included in the Bitstreams_Reference folder from the downloaded archive. Find the bitstream appropriate for your hardware and program the .bit file to the board using the Xilinx iMPACT tool. The .bin file can be used to configure an SD card with the design (see the SD config howto for help using the .bin file).
On boot each node will display its node ID on the right hex display
The bottom green LED will blink until the Ethernet link is up
All four green LEDs will blink when the node is ready to accept commands from MATLAB
ETH_A 포트와 PC와 연결된 스위치간에 LAN 케이블로 유선 연결합니다.
각노드들은 고유한 값으로 DIP 스위치를 셋팅합니다.
FPGA와 레퍼런스 디자인을 WARP에 구성합니다.
이는 비트스트림으로 작성된 레퍼런스 입력 파일을 해당 Bitstreams_Reference 폴더에 복사합니다.
SD카드에 구성하는 방법은 이전의 포스팅에서 설명했습니다.
그러고나면 이제 각각의 WARP는 HEX 디스플레이에 해당 노드의 ID값을 디스플레이 합니다.
그리고 하단의 녹색 LED가 깜빡입니다.
이후 WARP 노드가 매트랩의 명령을 받아들일 준비가 다 되면 4개의 LED들이 모두 깜빡입니다.
예를들면,
Examples
Confirm everything is ready by copying and pasting the following lines to the MATLAB command line:
clear
N = 1;
nodes = wl_initNodes(N);
wl_nodeCmd(nodes,'identify');
disp(nodes)
Note: N can be changed to the number of nodes in your network. When you run these lines of code, you should see the User I/O LEDs on your N nodes blink as a result of the identify command. Additionally, you should see your nodes object vector print status messages to the screen. For N = 2, your status display should be similar to:
Displaying properties of 2 wl_node objects:
| ID | WLVER | HWVER | Serial # | Ethernet MAC Addr |
The WARPLab reference design is packaged as a .zip file with the full source code and compiled bitstreams for the reference design. You can view the latest source code in the repository (ResearchApps/PHY/WARPLAB/WARPLab7). Please note the code in the repository is under active development.
The contents of the WARPLab reference design .zip file are explained below.
레퍼런스 디자인의 구성은 전체 소스코드와 비트스트림으로 구성되어 zip 파일로 압축되어있습니다.
최신 코드소스는 저장소 ResearchApps/PHY/WARPLAB/WARPLab7 를 참고하세요.
압축을 풀면 아래의 4개 폴더가 존재합니다. 각 폴더에 대한 설명은 아래와 같습니다.
Bitstreams_Reference
Bitstreams are fully-built designs that are ready to be downloaded onto WARP hardware. Files ending with the extension '.bit' may be downloaded using the Xilinx tool iMPACT. Files ending with the extension .bin may loaded onto an SD card so that the WARP v3 hardware will automatically be programmed whenever it is powered on and has the SD card inserted. Details on how to configure an SD card with a '.bin' file are provided here. For WARP v2 hardware, compact flash cards may be loaded with the provided .ace files for similar functionality (instructions provided here).
w3: WARP v3 FPGA bitstreams (see SD config howto for help using the .bin file)
w2: WARP v2 FPGA bitstreams (see CF config howto for help using the .ace file)
Bitstreams 이란? WARP 하드웨어로 바로 다운로드가 가능하게끔 준비가 된 디자인을 의미합니다. 확장자명이 bin으로 끝나며, WARP의 SD카드에 복사하여 전원을 켜면 하드웨어가 자동으로 프로그래밍을 수행합니다. bin 파일에 대한 자세한 내용은 링크를 참조하세요.
EDK_Projects
This folder contains EDK projects for various hardware configurations. The WARPLab FPGA design is built with the Xilinx Embedded Development Kit (EDK) software. The hardware design is constructed and implemented in EDK Xilinx Platform Studio (XPS). The software design, running in the MicroBlaze processor, is built in the Xilinx SDK. Opening these EDK projects requires a copy of the WARP edk_user_repository at the SVN revision in the table above.
If you want to use (but not modify) the reference FPGA design, you only need a bitstream and the reference M code. If you want to modify the MicroBlaze/PPC C code, you can download an EDK project in this folder, but only modify the SDK project contained therein. To modify the FPGA hardware design, you will need to modify the XPS project. The WARPLab FPGA design uses custom peripherals designed in Xilinx System Generator, including the warplab_buffers core. You will need MATLAB, Simulink and System Generator to modify these cores.
Each of these EDK projects are a combination of an XPS project along with Eclipse software projects that can be imported into an SDK workspace. These software projects are present in the 'SDK_Workspace' subfolder of every XPS project -- we recommend using this folder as the location of the SDK Workspace. These projects can then be imported "in place" and will not need to be copied.
w3: WARP v3 EDK projects for the 2-radio (2RF) and 4-radio (4RF) WARPLab Reference Designs
w2: WARP v2 EDK projects for the 2-radio (2RF) and 4-radio (4RF) WARPLab Reference Designs
이 폴더에는 다양한 EDK 프로젝트들이 포함되어있습니다. 자일링스 ISE를 설치하게 되면 자일링스 임베디드 개발 키트 EDF 소프트웨어도 함께 설치가 됩니다. 하드웨어의 구성 및 설계는 XPS로 실행 되어야 합니다. 또한 마이크로 블레이즈 프로세서로 실행되는 소프트웨어 디자인은 자일링스 SDK에 내장되어 있습니다. FPGA 하드웨어 디자인의 수정은 XPS로 수행되어야 하며, 소프트웨어 디자인은 SDK로 수정됩니다. EDK 프로젝트들은 각각 SDK workspace로 불러올수 있습니다.
M_Code_Examples
This folder contains example WARPLab scripts that are compatible with this release of WARPLab. Explanations of these scripts are available here.
이 폴더는 WARPLab 릴리즈와 호환되는 스크립트들이 포함되어있습니다. 예제들은 아래와 같습니다.
This is the introductory example to WARPLab 7. This example demonstrates basic transmission and reception of waveforms between two WARP nodes. One node will transmit a simple sinusoid and the other node will receive the sinusoid.
This folder contains all of the supporting files needed for WARPLab to run on a host PC with MATLAB. When downloading a new Reference Design Release, users will need to run the wl_setup.m script in this folder.
PC의 매트랩을 실행하여 WARP와 연동하기 위한 WARPLab 지원 파일들을 의미합니다.
새로운 릴리즈의 출시마다 사용자가 해당 스크립트를 실행시켜야 합니다.
Q. SD카드를 사용하여 어떻게 FPGA를 구성할수가 있을까?
XPS로 제작한 FPGA 디자인을 비트스트림 파일로 생성하여 bit -> bin 파일로 변환시킨다. 그후 해당 bin 파일을 SD카드의 폴더에 저장하고 이를 WARP 장비에 삽입하여 실행하면 해당 디자인 파일을 자동 설치 된다.
