Arduino MKR Vidor 4000的出現確實讓我挺意外的，為何？因為它是一款FPGA開發板。眾所周知，Arduino最深入人心的東西就是其簡單的入門，快速的開發，這種特性很好的體現在它的硬件以及開發工具上，因此，Arduino一度成為剛接觸嵌入式編程的學生或者工程師群體，甚至是電子業余愛好者的首選。

但是，MKR Vidor 4000的推出打破了這種簡單，FPGA相比MCU入門更難，開發工具也龐大復雜，學習成本大，甚至說你沒有一定的專業知識連入門都不易，那這種有違Arduino特色的板子意義何在？我理解為兩點：1.目前人工智能火爆，而FPGA則是人工智能中可謂全能的角色，高端可用于推理加速乃至訓練，入門級的則作為嵌入式邊緣計算的輔助被很好的應用在低功耗領域，如物聯網、移動電子設備等，所以FPGA作為一個“有潛力的風口”切入不錯；2. 目前Arduino所有的產品核心器件較為單一，都是簡單的通用MCU，甚至連個“全家桶”MCU都沒有，這種單一適合初學者，但是無法滿足更高需求的用戶，因此推更加靈活和強大的FPGA作為產品線的補充，用于覆蓋更多用戶群體。當然，這只是我個人的推測，事實究竟是怎樣？相信看完本文你也會有自己的理解。

MKR Vidor 4000

MKR Vidor 4000作為一款拇指型的開發板，小巧精致是它固有的特性，這是優點，同時也是缺點。優點在于沒有復雜的硬件，上手理解應該會比較簡單；而缺點則是因為太過簡單，所以注定不可能搭載很多功能，而且更多的功能實現都需要靠外接其它功能外設支持，成本花銷會很大。不過對于MKR Vidor 4000來說，這種缺點不明顯，為何？因為它不像其它的Arduino開發板一樣搭載純粹的MCU，MKR Vidor 4000搭載英特爾FPGA與Microchip MCU相結合，其特有的屬性讓它變得非常靈活又難能可貴，比如它可以做以往Arduino系列板卡做不到的事情，處理高速的音頻、視頻信號。

從我見到MKR Vidor 4000的第一眼開始就知道這個板子非常適合作為原型開發，當你了解清楚這板子的功能后完全可以基于此做應用級的開發，板子搭載的眾多豐富接口都有配套的外設模塊，有錢就買買買，當然沒錢的話玩玩單板其實也是可以的，畢竟FPGA的無限可編程性還是能給大家留下一個預期。Vidor 4000的外設接口分布如下圖所示：

Vidor 4000板子的背面很簡潔，主要是板卡的電源管理部分。而對應的另一側則是miniPCIe接口，這在Arduino的開發板上還屬于十分罕見，也是因為這個接口的原因，很多應用可以直接基于Vidor 4000做原型開發。板子PCB上也貼心的開了兩個U型凹槽用于螺絲固定，真正方面那些需求融合進自己產品設計的用戶。

在靠近MicroUSB接口處有兩顆電源芯片，一顆為TI的bq24195L，集成了開關模式電池管理和系統電源路徑管理，可以應用于各類移動電源、平板電腦和其他便攜式設備的單節鋰離子和鋰聚合物電池，在這塊板子上，當同時存在電池與USB供電的時候，通過內部開關會自動切換為USB供電；另一顆為英特爾的EZ6301QI，這是一款可擴展的多輸出 PowerSoC，集成了 3 個獨立電源：一個 1.5A DC-DC 降壓轉換器（包含集成式電感器）和兩個300mA的線性穩壓器，如下圖所示，僅需少量的外圍器件就可以組成Vidor 4000所需要的電源系統。

板子正面的5V MicroUSB供電接口，外接I2C模塊接口以及鋰電池供電接口。

另一側則是幾個比較“高端”的接口，miniPCEIe、MiPi CSI、MicroHDMI。

這種接口一般在Arduino的MCU開發板上基本不會存在，但在Vidor 4000上齊全了，這主要依托于板載的這顆Intel Cyclone 10 FPGA，因此板子上的miniPCIe接口所涉及到的引腳都是FPGA的可編程IO口，用戶可以自己定義需要的接口信號，非常靈活，也易于嵌入式到現有的產品中去。

英特爾的Cyclone FPGA具體型號為10CL016YU256CBG，包含16K邏輯單元，504 KB嵌入式RAM和56個18x18 bit HW乘法器，用于高速DSP。每個pin腳都可以在150 MHz以上速度進行切換，并可配置為UART，（Q）SPI，高分辨率/高頻率 PWM，正交編碼器，I2C，I2S，Sigma Delta DAC等功能。

FPGA部分關聯的功能以及外設接口，參照下表：

MCU部分關聯的功能以及外設接口，參照下表：

上電使用

如果您本身熟悉FPGA開發，那么毫無疑問你對Verilog，VHDL和RTL都不陌生。雖然Vidor的工具鏈提供了對這些語言的支持，但這肯定不是它原本的目的，要不然用戶為何要選擇這個Arduino的FPGA開發板（市面上更多功能，更強性能的FPGA開發板多的是），而且，這樣的話將Arduino的生態置于何處？

Vidor 4000的目的顯然是讓任何人都可以更輕松配置FPGA，玩轉FPGA，所以傳統的FPGA開發方式肯定不是Vidor 4000想傳達給用戶的，這點很重要，也就是說，你可以將Vidor看作是一個使用FPGA的平臺，而不是一個學習FPGA的平臺。真要學習FPGA的朋友，推薦使用愛板網評測過的另一款小腳丫FPGA比較合適。

官方為MKR Vidor 4000開發板提供了不少庫以及IP，如MIPI相機輸入、DVI輸出、120MHz DAC、QR碼跟蹤器、PWM、四編碼器、I2C，I2S，SPI和UART、FFT、FIR濾波器，所以，我們可以直接拿來使用。

必要的開發環境安裝有：（Vidor 4000三件套）

Arduino IDE工具

MKR Vidor開發板支持包

庫管理包

東西準備就緒，那就可以使用上面的“三件套”實現基本的功能演示，我們借助了樹莓派上的攝像頭，通過MiPi攝像頭接口輸入，MicroHDMI輸出，輸出連接到顯示器上。

程序是一個二維碼檢測器。

源碼如下

#include “VidorGraphics.h”

#include “VidorCamera.h”

VidorCamera vcam;

#define MAXDIM 10

static uint16_t x［QR_PT_DET_NUM］， y［QR_PT_DET_NUM］;

struct qrPtn {

uint16_t x［QR_PT_DET_NUM］;

uint16_t y［QR_PT_DET_NUM］;

};

static qrPtn qrBufferPtn［MAXDIM］;

uint16_t count = 0， last;

void setup（） {

Serial.begin（9600）;

// wait for the serial monitor to open，

// if you are powering the board from a USB charger remove the next line

while （！Serial）;

if （！FPGA.begin（）） {

Serial.println（“Initialization failed！”）;

while （1） {}

}

/**

begin（） enable the I2C communication and initialize the display for the camera

*/

if （！vcam.begin（）） {

Serial.println（“Camera begin failed”）;

while （1） {}

}

/**

qrrec.begin（）; enable the QR code recognition

*/

vcam.qrrec.begin（）;

delay（4000）;

Serial.println（“Power ON”）;

}

void loop（） {

/**

qrrec.readQRCode（）; get， if available， the coordinates of the QR code in the screen

*/

vcam.qrrec.readQRCode（）;

for （int i = 0; i 《 QR_PT_DET_NUM; i++） {

if （vcam.qrrec.qr.pt［i］.valid） {

x［i］ = （vcam.qrrec.qr.pt［i］.xs + vcam.qrrec.qr.pt［i］.xe） / 2;

y［i］ = （vcam.qrrec.qr.pt［i］.ys + vcam.qrrec.qr.pt［i］.ye） / 2;

vcam.vgfx.Cross（x［i］， y［i］， 65535）;

}

}

last = count % MAXDIM;

for （int i = 0; i 《 QR_PT_DET_NUM; i++） {

vcam.vgfx.Cross（qrBufferPtn［last］.x［i］， qrBufferPtn［last］.y［i］， 0， 0）;

qrBufferPtn［last］.x［i］ = x［i］;

qrBufferPtn［last］.y［i］ = y［i］;

}

count++;

}編譯下載，實際的運行結果如下，可以在顯示器上看到經過攝像頭采集，FPGA處理后輸出的圖像效果，顯然圖像處理方面應該沒有任何調教過，優化，所以看起來會比較渣，但是二維碼的檢測定位的功能是沒問題的。

除了此demo外還有不少關于攝像頭輸入和HDMI輸出的demo，相較之下還比這個二維碼檢測的demo少了些許功能，而在圖像輸出上也沒什么提升，所以不再演示了。從Vidor 4000提供的一些demo不難發現基本上都是關于一些IP的使用，明白我意思不，這個所謂的“使用”，不是教你如何去學習開發FPGA，而是教你如何像先前使用Arduino IDE開發MCU那樣去玩FPGA，官方將復雜的功能實現都模塊化成庫或者IP，用戶只需通過原本的Arduino IDE工具像簡單的MCU開發一樣去使用FPGA。

小結

相比傳統的Arduino開發板，Vidor 4000的優勢在于集成了靈活多變的FPGA，體現在板卡上的話就是具備了MiPi CSI（沒有MIPI DSI接口是個遺憾）、MicroHDMI、miniPCIe等與傳統的Arduino MCU開發板不同的“先進”接口，配合Arduino官方提供的庫以及相關的IP，用戶可以在原本簡單的Arduino開發板是實現更加靈活、更多功能的擴展，實現更復雜的應用。在不少用戶眼里，認為Arduino的簡單是理所當然的，但是我要說的是我們現在所能得到Arduino的一切理所當然的簡單是靠許許多多工程師傾注心血用復雜去構建，Arduino之所以能在全球范圍內流行，并不是因為它本身簡單，而是它將復雜簡單化，就比如說文章中的MKR Vidor 4000，這或許是你這輩子最有底氣去接觸FPGA的一個產品了。