• 动机
  在进行 AI 算法加速器设计时，需要读取模型导出的权重和数据集数据作为加速器的输入，而目前我个人比较常用的做法是将权重和数据集(如果数据集过大，可以选择一两张图片)放到 SD/TF 卡中，然后 PS CPU核去进行数据读取，最后传输给 PL 端的加速器。
• 目标
  本示例工程实现了读取 SD/TF 卡中 BIN文件 所包含的浮点数 到 PS 的DDR中, 每个 BIN的浮点数均保存在一维数组空间中

如果要读取 int , 如果读取后将浮点数转为定点数，都是可以在此工程基础上进行修改，去做测试的。

1 购买示例工程的途径

• 示例工程价格: 5 元 （教学视频无字幕）
• 购买渠道

1. (QQ) 736340716 雪天鱼 — 加我好友进行咨询即可，备注 SD读取工程购买 或者类似的都行
2. 雪天鱼的 B 站工房 — 用哔哩哔哩 app 扫码下面的二维码，即可跳转至我的工房 — ZYNQ_PS读取TF卡中bin文件的浮点数据示例工程 商品
   商品链接：ZYNQ_PS读取TF卡中bin文件的浮点数据示例工程
   二维码：
   

也可以从我的B站主页进入我的工房，然后选择 ZYNQ_PS读取TF卡中bin文件的浮点数据示例工程 商品即可

2 工程资料包概览

4个教学视频，总共 30 min 左右，其中 3-上板结果演示 已上传 B站，链接为：ZYNQ PS 读取 TF 卡 BIN 文件中的浮点数 (3)上板结果演示_哔哩哔哩_bilibili

3 Vitis 工程实际操作

参考资料：领航者ZYNQ之嵌入式SDK开发指南_V2.0.pdf — 第十三章 SD 卡读写 TXT 文本实验

• Vivado 工程：

1. 使能 UART 和 SD 外设(使能CD)，绑定到板卡指定的管脚，并在 MIO 的配置界面将 Bank1 的电压改为 LVCMOS 1.8V

• Vitis 应用工程：

0. 将测试数据的文件夹复制到 TF 卡(文件系统为：FAT32)中，并插入到板卡的 TF 卡槽中
1. 选好纯英文文件夹，创建Vitis工程
   1. 创建好平台工程后，不要编译，否则创建的应用工程无法选择开发语言为c++ 。先创建应用工程，再进行平台的编译。
2. 导入应用源代码
3. 修改硬件平台设置，使能 xilffs 库，并进行平台编译
4. 进行应用编译，并下载到开发板进行测试。（需要打开串口助手）

• DDR Size 计算
  0x3FF00000(hex) = 1,072,693,248(dec)
  1,072,693,248 Bytes / 1024 = 1,047,552 KB
  1,047,552 / 1024 = 1023 MB

• 最终结果
  PS CPU 实际读到的浮点数与参考值基本一致，有些许不同是因为参考值是保留了10位小数位，精度高一些。而 PS CPU 保留 6位小数位。
  

4 FAT FileSystem

4.1 简介

• 官网：FatFs - Generic FAT Filesystem Module (elm-chan.org)

FAT、HPFS 和 NTFS 文件系统的概述 - Windows Client | Microsoft Learn

4.2 FatFs 库文件组织：

ffconf.h     FatFs 模块配置文件
ff.h         FatFs 和应用模块公用的包含文件
ff.c         FatFs 模块
diskio.h     FatFs and disk I/O 模块公用的包含文件
integer.h    数据类型定义
option       可选的外部功能
diskio.c     FatFs 与disk I/O 模块接口层文件(不属于 FatFs 需要由用户提供)

4.3 常用结构体和函数

• File object structure (FIL) 文件对象结构， 我理解为文件句柄
• File function return code (FRESULT) 文件函数返回码， 指定该次函数执行情况， 返回为 FR_OK=0 时，执行成功，其余返回码都表示执行有问题，但可以通过打印返回码的方式快速了解错误原因。

FatFs - f_mount (elm-chan.org)

f_open 打开或者创建一个文件：

FRESULT f_open (FIL* fp, const TCHAR* path, BYTE mode);				/* Open or create a file */
参数：
fp 文件对象
path 文件所在路径
mode 文件访问模式,具体见下图

• f_lseek FatFs - f_lseek (elm-chan.org)
  移动一个打开的文件对象的文件读/写指针：

// Seek File Read/Write Pointer
FRESULT f_lseek (FIL* fp, FSIZE_t ofs);	 /* Move file pointer of the file object */
fp  指向打开的文件对象的指针
ofs 设置读/写指针距文件顶部的字节偏移量。数据类型 FSIZE_t 是 DWORD（32 位）或 QWORD（64 位）的别名，具体取决于配置选项 FF_FS_EXFAT。

• 读操作： f_read FatFs - f_read (elm-chan.org)
  该函数从文件对象的读/写指针指向的文件偏移处开始从文件中读取数据。读/写指针随着读取的字节数而前进。函数成功后，应检查 *br 以检测文件结尾。如果 *br < btr，则表示读操作期间读/写指针到达文件末尾。

FRESULT f_read (
  FIL* fp,     /* [IN] File object */  指向打开的文件对象的指针
  void* buff,  /* [OUT] Buffer to store read data */ 指向用于存储数据的buffer
  UINT btr,    /* [IN] Number of bytes to read */ 要读取的字节数
  UINT* br     /* [OUT] Number of bytes read */ 已读取的字节数
);

5 实际遇到的问题

5.1 为什么不直接读取txt文件

txt 数据如下：

0.0219814759   
-0.0472012386
-0.6958550811
0.1151463836
0.3210625350

根据python打印长度和类型得：
13 <class 'str'>
14 <class 'str'>
14 <class 'str'>
13 <class 'str'>
13 <class 'str'>

即每个符号或者数字都按1字节算，然后加上字符结尾"\0", 得到每个浮点数的总字节数，并不是 4 个字节
所以不能 4 个字节， 4个字节的读。

5.2 terminate called after throwing an instance of ‘std::bad_alloc’

terminate called after throwing an instance of 'std::bad_alloc'
  what():  std::bad_alloc

堆分配的空间过小

5.3 ERROR : f_open returned 13

查看 ff.h 文件，我们发现返回码 13 对应：

FR_NO_FILESYSTEM,		/* (13) There is no valid FAT volume */

即 SD 卡的格式不对，

• FPGA板卡读取不了的格式：exFAT
• 支持的格式：FAT32

格式化教程：参考视频

1. 下载 DiskGenius 免费版本 DiskGenius – 正式版下载|免费下载，解压即可使用
2. 清除SD卡的所有分区(注意：千万不要删成自己电脑的其他硬盘了)，看到所有空间空闲即为成功
3. 新建新分区，文件系统类型选择 FAT32，其余保持默认就行
   

4. 点击左上角的 保存更改，并确认。

5.4 ERROR : f_read returned 7

返回码 7 在 ff.h 中的 FRESULT 枚举 中表示：FR_DENIED, /* (7) Access denied due to prohibited access or directory full */

reading vit_weights_bin/pos_embed.bin
ERROR : f_read returned 7

经检查，是此文件为空文件，估计是复制时出错了。

6 未实现的思路

读取浮点数直接到 2D/3D/4D 数组
伪代码：
(1) 打开文件
(2) 复位文件指针
(3) 通过嵌套循环，读取文件数据至指定数组单元 arr[i][j]...
(4) 关闭文件

思路：读取一个 float 字节的数据，然后单个字节循环读取，直到读取到换行符"\n"
用 python 打开 txt 文件结尾字符
只软复位 CPU 来重启程序，不对PL进行编程。