Pynq Instrument Cluster，正如我們所說的那樣，是一個汽車混合儀表板，旨在成為 Xilinx 成本優(yōu)化產品組合的平臺演示者，以及在 GDL 的 Avnet 應用程序團隊中為客戶應用程序開發(fā)構建塊的媒介。目的是展示用 Python 為 Xilinx 設備開發(fā)軟件的簡便性，以及如何通過將硬件模塊連接到現(xiàn)有開發(fā)板來開發(fā)概念驗證。這是一個正在進行的項目，預計將通過支持更多設備和硬件擴展來不斷增加其功能。

硬件設計
我們得到了一些汽車步進電機、指示針和幾個報廢的儀表板面板。它們很實用，所以我們決定花一些時間建造一個機械結構來支撐它們以及相應的指示燈。它最初是用木雕制成的，這限制了很多功能。經過多次測試，它在 Fusion 360 中重新設計，分成 4 個組裝塊，并用白色 PLA 3D 打印。這提供了一個穩(wěn)定、功能性和更好看的結構，并有助于培養(yǎng)基本的 3D 建模技能。

對于第一個版本，決定使用 WS2812 neopixel LED，與實際集群中使用的傳統(tǒng)頂級 LED 相比，它具有以下幾個優(yōu)點：

1. 無需驅動程序。
2. 鏈上的單個可尋址設備。
3. 用于編程的單個 I/O。
4. 在一個單元中提供非常明亮的 LED 和 RGB 顏色。
5. 來自 Adam Taylor 的可用 IP。

盡管可以使用單個鏈對 55 個 LED 進行編程，并且只需要來自 Zynq 的單個 GPIO，我們還是決定將鏈分成四個部分，這樣我們就可以進行 IP 復制，并稍微簡化布線和組織軟件中的映射。

為了展示 PS-PL 集成并利用 Zynq 器件中的大量邏輯資源，步進控制 IP 設計為在 PL 上運行，并且由于電機運行而需要使用電平轉換器/電流驅動器在 5V。四個 L293D 設備焊接在面包板上，并為它們提供外部 5V 電源。

出于演示目的，使用 BLE 到 UART 模塊將 Zynq 設備連接到在 MIT ai2 應用程序發(fā)明者平臺中開發(fā)的 Android 應用程序。該應用程序非常簡單，只需通過 BLE 連接將 ASCII 數(shù)據(jù)發(fā)送到模塊，該模塊又通過 UART 與 Zynq 進行通信。這些 ASCII 數(shù)據(jù)然后由 Python 程序讀取，該程序在集群硬件上執(zhí)行操作。我們可以改變 4 個表盤的背光顏色，打開和關閉信號燈和轉向信號，并在面板的印刷范圍內移動步進電機。

Vivado 中的 Pynq 覆蓋開發(fā)
最初，步進電機的 IP 僅在 PL 中開發(fā)、模擬和測試。幸運的是 PynqZ1 和 Z2 設計允許這樣做。IP 核需要使用 USB 轉 UART 模塊，因此我們可以設置步進電機移動的角度和方向。步進器控制的時鐘最初在 200 kHz 下進行測試，該頻率可以正常工作，但速度很慢。進一步的測試是在 400 和 500 kHz 下進行的，這提供了更好的運動。

為了讓 PS 訪問 neopixel 和電機控制 IP，添加了幾個 BRAM 接口和 AXI 到 BRAM 模塊。

Jupyter Lab 中的 Python 最終應用
允許對正在運行的設計進行快速疊加更新。

未來的升級/擴展
1. 計劃用閃亮的Ultra96 V2替換Pynq-Z2。但是我們仍然需要步進器的 5V 電平轉換。

2. 啟用中央顯示器和揚聲器。

3.添加內/后攝像頭。

4. 添加多個環(huán)境傳感器。

5. 支持運行 MicroBlaze 或 Arm Cortex 內核的 Spartan-7 設備，用于傳感器集成 C 代碼開發(fā)。