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Xilinx Pynq 框架允許我們將 Python 和可編程邏輯結(jié)合起來。讓我們看看如何為自己的ZYNQ板卡創(chuàng)建 Pynq 鏡像。

介紹

Python 是目前最熱門的編程語言之一（Python是一種高級編程語言，由Guido van Rossum于1991年開發(fā)。它具有簡潔、易讀、易學(xué)的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域的軟件開發(fā)。），我們希望能夠在 FPGA/SoC 開發(fā)中利用使用 Python 帶來的生產(chǎn)力紅利。

Xilinx Pynq 框架允許開發(fā)人員做到這一點(diǎn)，利用 Python 使用可編程邏輯的進(jìn)行加速。

在 Pynq 框架內(nèi)，可編程邏輯設(shè)計稱為overlays(覆蓋層)，并被視為硬件庫。雖然創(chuàng)建新的overlays需要 FPGA 設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，但越來越多的開源overlays可供開發(fā)人員使用 ( http://www.pynq.io/community.html )

然而，有時我們需要不同或自定義板的 Pynq 映像，讓我們看看如何為自己的Z7010 板創(chuàng)建 Pynq 鏡像。

創(chuàng)建環(huán)境

我們需要做的第一件事是創(chuàng)建一個虛擬機(jī)，配置如下：

Ubuntu 16.04

4 個處理器核心

至少 8 G 內(nèi)存

至少 300 G 硬盤空間

配置機(jī)器進(jìn)行無密碼 sudo 操作

虛擬機(jī)啟動并運(yùn)行后，我們需要做的下一件事是安裝構(gòu)建 Pynq 所需的應(yīng)用程序。

需要什么工具？

要創(chuàng)建 Pynq 映像，我們需要在 Linux 虛擬機(jī)上安裝以下工具

Vivado 2018.2

SDK 2018.2

PetaLinux 2018.2

我們還需要使用以下命令從 Xilinx GitHub 克隆 Pynq 存儲庫。

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git?clone?https://github.com/Xilinx/Pynq.git

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clone Pynq 存儲庫后，將能夠看到包含許多文件夾的 Pynq 目錄。

Boards - 現(xiàn)有主板規(guī)格、Juypter Notebook 和基礎(chǔ)覆蓋層

Doc - 文檔來源

Pynq - Python 和相關(guān)的支持文件

SDBuild - 包含構(gòu)建 Pynq 映像的所有腳本和資源

要正確設(shè)置我們的構(gòu)建環(huán)境，下一步是在目錄中運(yùn)行設(shè)置環(huán)境腳本（setup_host.sh）

Pynq/SDBuild/Scripts

一旦這個腳本運(yùn)行完成，接下來我們確保可以重建現(xiàn)有的主板（確保環(huán)境無問題）。

在這種情況下，決定重建 Pynq Z1 映像，為此我將目錄更改為 SDBuild 目錄并運(yùn)行命令

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make?BOARDS=Pynq-Z1?

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將啟動鏡像創(chuàng)建過程

構(gòu)建過程可能需要一段時間（如果速度很慢，請檢查分配給虛擬機(jī)的處理器數(shù)量）。完成后 SDBuild 目錄下有一個輸出目錄。

在此將找到 Pynq-Z1 鏡像

現(xiàn)在我們知道我們可以重新創(chuàng)建 Pynq 鏡像來開發(fā)我們的自定義鏡像。

構(gòu)建基礎(chǔ)覆蓋層

Pynq 構(gòu)建首先需要的東西之一是基礎(chǔ)覆蓋層。對于自己的開發(fā)板，我們將使用 Pynq Z1 鏡像作為起點(diǎn)。

打開 Vivado (2018.2) 并在 Vivado TCL 窗口中獲取以下腳本。可以在目錄中找到它們

boards/Pynq-Z1/base

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source?build_base_ip.tcl?
Source?base.tcl?

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第一個命令將生成必要的 IP，而第二個命令將在 Vivado 項目中重新創(chuàng)建設(shè)計。

現(xiàn)在我們需要做的就是更改設(shè)備型號（FPGA型號）。

根據(jù)板卡外設(shè)添加自己的外設(shè)到工程中，其中包括

Pmod A

Pmod B

Tri-coloured LEDs

Switches (push buttons on the Cora)

I2C interface

SPI Interface

然而，由于我們可用的資源較少，我們需要刪除一些功能。最終的基礎(chǔ)平臺如下。

然后，在 Vivado 中生成bit，以確保設(shè)計符合我們的設(shè)計

此步驟的目的是確保新的基礎(chǔ)平臺適合 Zynq 7010 器件，并允許重新生成我們用于自定義板卡的base.tcl 。

創(chuàng)建新板

生成鏡像之前的最后一步是在目錄下創(chuàng)建一個新板

pynq/boards

創(chuàng)建新板需要創(chuàng)建一個以目標(biāo)板命名的新目錄，在本例中為 cora。

在此目錄中，我們還需要創(chuàng)建幾個目錄和板規(guī)范。

電路板規(guī)格是一個文本文件，包含以下信息

目錄是：

base - 這包含基礎(chǔ)覆蓋層和相關(guān)的設(shè)計信息notebooks - 這包含 juypter notebookspetalinux_bsp - Linux BSP

使用 Pynq Z1 作為每個目錄的模板，根據(jù) Cora 板（自己的板卡）和較小的 7010 設(shè)備的需要更新 tcl、xdc 和 python 文件。

使用基本目錄中的 make 腳本生成基本設(shè)計的位文件。

當(dāng)上面所有操作完成后，可以使用 SDBuild 目錄中的命令啟動 Pynq 構(gòu)建

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make?BOARDS=cora?

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同樣，這需要一段時間才能結(jié)束，但結(jié)果將與之前相同

硬件測試

啟動時要監(jiān)控的是串口輸出，通過串口打印能監(jiān)控到 Pynq 的啟動是否正確。

FPGA 啟動 Pynq 映像后，下一步是檢查 FPGA 能否連接到網(wǎng)絡(luò)，以便可以訪問 Jupyter notebooks。

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$?ifconfig?

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最后階段是測試 Jupyter notebooks。在與 Pynq 位于同一網(wǎng)絡(luò)的計算機(jī)上打開瀏覽器并輸入網(wǎng)址 pynq:9090

將進(jìn)入登錄屏幕，密碼是 xilinx

登錄后，將看到筆記本和目錄

一旦我們點(diǎn)擊一個notebook，它就會開始運(yùn)行，我們可以通過點(diǎn)擊運(yùn)行選項來看到正在運(yùn)行的notebook。

如果需要，我們還可以在 Jupyter 環(huán)境中打開終端窗口

看起來 Pynq 環(huán)境已在我們自己的板上啟動并運(yùn)行，我們現(xiàn)在可以根據(jù)需要開始開發(fā)解決方案和覆蓋層。