可設計的實驗和測量平臺

什么讓Red Pitaya在于其他設備相比中脫穎而出？這是因為它設計為通用的平臺，透過“Bazaar”—一個在線入口類似智能手機的應用程序商店，可為不同用戶配置。這篇文章探討了如何透過較靈活的硬件和開放原始碼的軟件來實現。

硬件

硬件平臺的核心是一個包含了一個雙核心的ARM處理器，接口設備和FPGA為一封包的Xilinx Zynq system-on-chip (SoC)。ARM和接口設備統稱為“處理系統”(PS)，并且提供給運行操作系統和應用軟件的計算機。此系統有512 MB的RAM，Micro SD卡用于儲存，最多支持擴充達32 GB，也可以通過千兆位的以太網絡和USB的UART端口來連接。

FPGA提供28000可程序化的RAM和DSP芯片。這是為了提供主要的ADCs和DACs接口，并且支持硬件方面的處理，加上常見的接口和擴充等。

Red Pitaya的高速數字轉換器提供兩個模擬輸入和兩個模擬輸出——125 MS / s的速度和14位分辨率，并且透過FPGA和AXI總線連接到PS。上圖可以看到FPGA RTL模塊文件中的一部分ASCII流程圖，并且和Zynq外部引腳、PS、應用程序模塊連接在一起。

一個模擬擴充連接器提供了四個低速模擬輸入和四個低速模擬輸出，每個在100 kS/s和12位分辨率。板子另一面還有類似的連接器，提供16個由FPGA GPIOs組成的數字擴充頭。

菊煉板通過兩個SATA連接器，每個皆提供兩對差動對，并支持高達500 Mbps的數據傳輸速率。請注意， SATA并不支持驅動，連接器只是由于其性能和低成本的常用的纜線所組成，而常被使用。

軟件

板子上面運行從Xilinx sources下載的Linux3.9.0版本，帶有一個由BusyBox構成的ramdisk。接電源時，將從SD卡加載以下文件:
? boot.bin：包含第一階段的bootloader，FPGA image和U-Boot bootloader。
? uImage: Linux 內核。
? devicetree.dtb:Linux設備分支圖（描述外圍設備等）
? uramdisk.image.gz:包含root文件系統的ramdisk

一旦啟動了高效能和低內存的web服務器，nginx就啟用了。這是用來提供HTML和JavaScript的網站應用程序給客戶端瀏覽器。接著連接到一個控制器,一個服務器端Linux應用程序,這依次經由ADCs和DACs等接口接口連接到FPGA。所以，每個應用程序由三個部分組成:一個web用戶界面,服務器端控制器和FPGA模塊。

命令行工具同樣可以使用,這些可以透過SSH遠程執行,使諸如GNU Octave和Matlab的整合成為可能，并且對測試和除錯是有用的。這些也是Linux二進制程序和在軟件體系結構的控制器旁,通過這個接口連接到FPGA并且與ADCs和DACs相連接。目前已提供兩種類似工具，分別為信號的產生和取樣。

開發者

示波器應用控制器的部分main.c文件
RedPitaya GitHub 知識庫包含的原始碼：
? FPGA設計資源 (/FPGA/)
? Linux核心、U-boot、root文件系統 (/OS/)
? Nginx和控制器模塊加載程序等 (/Bazaar/)
? Web應用(/Applications/)
? 命令行工具(/Test/)

注意,操作系統子目錄不包含完整的Linux和U-boot,他們是從其他地方復制,而不是只包含特定平臺的補丁和配置等。

FPGA可以使用WebPack, Xilinx ISE或者Vivado設計軟件生成比特流，而不是使用GUI。這些驅動使用執行腳本和命令行工具的makefile-based構建的系統。

Web應用程序，HTML和JavaScript代碼可以使用文本編輯器進行編輯。控制器和命令行工具都是用C語言編寫的,并且可以使用PC的ARM編譯程序進行編譯。和大多數Linux發行版相比，它只需要幾個命令來安裝一個ARM工具鏈。

應用程序必須被給予唯一的應用程序ID,放在一個同一名稱的目錄內,然后打包為ZIP文件，才能通過Bazaar來做發布。除了web應用程序和控制器,它還必須包含一個圖標,和帶有名字、文件和版本等的JSON文件。

目前所有應用程序使用相同的嵌入在boot.bin中的FPGA比特流。這對于許多新的應用領域將是足夠的。然而,它也可以分發常見的比特流作為應用程序的一部分,實現修改和新的以FPGA為依據的DSP,并能夠控制其他設備和透過GPIO與外部周邊界面做連結。

結論

使用可編輯Zynq SoC為整合數字轉換器和實現硬件的信號處理的自定義I / O，提供了一個良好的解決方案。因為它是高度可配置的，如果你想利用其全部功能開發新的應用程序，可能要有一個學習曲線,。然而,許多新的應用程序就可以簡單地按原樣或相對較小的修改來使用現有的FPGA設計。

建立在Linux和web技術，很容易想象Red Pitaya可以定制和擴展許多不同的方式。例如,用于日志記錄到本地或遠程數據庫,通過SNMP發送警報,或通過公共API整合在線服務。

最后, 除了在wiki上面提供文文件，同時提供結構良好的原始碼，并且帶有大量的評論和ASCII art diagrams,。所有的工作都是為了使初次使用這個平臺的開發者能夠更加容易運行。