大家好，我们又见面了，Jaya这次还是一个FPGA本期主角板卡是上次ALINXAXU3EG开发板的进阶板卡也是由ALINX设计的AXU4EV-P开发板。先简单开箱，让大家看看今天主角庐山的真面目。现在ALINX开发板基本上充分发挥了黑底金字。打开快递包装是一种莫名其妙的高度。当你拿出快递箱时，它仍然是两个盒子和AXU3EG开发板配置一致，但盒子尺寸较大。两个盒子，一个盒子用于安装开发板本体，即高黑底金字盒，另一个盒子用于安装相关配件，如下载器、电源适配器、连接线和读卡器。不得不说，黑色盒子对板卡本体的保护还是比较到位的，整个圈子都布满了泡沫。总的来说，对卡的保护是到位的。AXU4EV-P开发板仍以子母板的形式进行比较AXU3EG开发板，从底板的角度来看，可以说有很多功能，一些童鞋可以说，两块板的核心板完全相同，但底板的功能不同吗？从核心板的表面来看，两块是一模一样的，但如果你知道核心的话ZynqUltraScale芯片，可能不这么认为，两个板卡的核心芯片是XCZU4EV和XCZU3EG，无论是逻辑单元还是功能，两款新产品都有一定的差异。下面简单介绍一下Zynq这个神奇的系列。首先Xilinx有那么多不同FPGA系列，Virtex7，Kintex7，Artix7，Spartan7四大FPGA为什么系列要加一个？Zynq系列？Zynq和传统的FPGA什么是别的？其实我们打开的时候Xilinx官方网站可以理解，Xilinx根本没有ZYNQ系列算成FPGA，而是算成了SoC。事实上，SoC更合理，可编辑逻辑门，只是片上系统的一部分，比较经典FPGA，Zynq该系列最大的特点是处理系统PS可编程资源PL分开，固化PS系统的存在，实现了真正意义上的SoC(SystemOnChip)。ZYNQ第一代产品，即Zynq-配备双核7000系列ARMCortex-A9处理器，A9基于28的处理器nmArtix-7或Kintex?-7的可编程逻辑集成，实现优异的性能功耗比和最大的设计灵活性。下图可以理解ZYNQ-7000系列的型号与选型。ZYNQ-7000系列取得了巨大的成功和创新，熟悉电子技术的童鞋一定要懂，CPU或者ARM核心，和FPGA实现这两种设备的方法完全不同，因此适用的功能也完全不同，CPU任务可以顺序执行，FPGA更擅长并行任务。在真实的应用场景中，通常需要两种执行任务的方式FPGA软核在中内建设会消耗大量资源，通用性和可移植性不会差，所以我们可以看到，比如STM32 FPGA，MiniPC FPGA，系统结构等。而ZYNQ这种系统结构的出现打破了常规，内部建立了标准ARM可以满足大多数顺序任务的核心要求。也正是因为ZYNQ许多解决方案的痛点，成功的创新将发展我们现在的AXU4EV-P开发板的ZYNQUltraScale MPSOCEV核心。继ZYNQ-7000系之后XilinxZYNQ该系列正在不断发展，如下图所示，我们可以看到我们本期的主角AXU4EV-P高端开发板使用ZYNQUltraScale MPSOCEV系列芯片。对比我们两次接触的对比。ZYNQU1traScale MPSOC芯片之间的差异。首先是PL端的差异：ZU3EG器件：154K系统逻辑单元，7.6Mb内存360个，DSPslice。ZU4EV器件：192K系统逻辑单元，18.5Mb以及728个内存，DSPslice，对比ZU3EG还会有更多的视频代码单元，这就是EV系列和EG系列的主要差异，VideoCodec，可以进行视频编码H.264/H.265的编码。根据以上数据，我们可以简单地了解两块ZYNQ首先，最大的区别是逻辑单元，ZU4EV比ZU3EG要多出48K逻辑单元越多，逻辑单元越复杂，其次是内存，ZU4EV比ZU3EG要多出多出10.9Mb，整整多出一倍，DSP也是368也是整整多出一倍，两款芯片相对，ZU4EV会更倾向于视频处理，有内部硬件VideoCodec，可以进行视频H.264/H.265编码，多出1路VCU，视频代码单元协助VideoCodec硬核实现功能。相信看了上面的对Xilinx的ZYNQ系列介绍，对整个开发板有了完整的了解，所以关注我们的开发板，我们仍然从核心板开始了解。ALINXAXU4EV-P5片用于核心板Micron(美光)的DDR4芯片，型号：MT40A512M16GE，单片容量1GB，其中PS端挂载4片DDR4(如下图所示，红框)由64位数据总线带宽和4位数据组成GB的容量。ALINXAXU4EV-P5片用于核心板Micron(美光)的DDR4芯片，型号：MT40A512M16GE，单片容量1GB，其中PS端挂载4片DDR4(如下图所示，红框)由64位数据总线带宽和4位数据组成GB的容量。而PL端挂载1片(如下图所示，黄框)，16位数据总线宽度和1GB的容量。PS端的DDR4SDRAM最高运行速度可达1200MHz，也就是2400Mbps数据速率。PL端的DDR4SDRAM最高运行速度可达1066MHz，2132Mbps。除了DDR部分核心板上还存储相关芯片，集成了1片256MBit大小的QSPIFLASH(下图，红色框)和美光的8GBeMMCFLASH芯片(如下图所示，黄色框)可用于启动存储配置，以及系统和文件系统。蓝色框在下图中PMIC(电源管理模块)TI(德州仪器半导体)TPS6508641RSKR。这颗芯片是TI特别用于配置FPGA，以及MPSoCs多路电源管理模块集成度很高，有6个DCDCBuck输出，4路LDO输出也可以通过I2C接口，对PMIC部分进行实时的调整和监控。然后我们要看ALINXAXU4EV-P在核心板卡的背面，主要有4个连接器和一些去耦电容器，如下图所示。连接器用于连接主板和底板的信号。这些接口主要扩展PS端的USB2.0接口，千兆以太网接口，SD卡接口等剩余的MIO口；还扩展了四对PSMGT以及高速收发器接口PL几乎所有的端IO口HPI/O共有96个，HDI/O共有84个。XCZU4EV芯片到接口之间的接线处理等长和差异，即使运行高速信号，也能保持较高的信号完整性。ALINXAXU4EV-P核心板卡的尺寸仅为80mmX60mm，可用于定制开发、小尺寸、高集成度的核心板设计，可满足大多数应用场景，方便二次开发。核心板的设计也考虑了信号完整性和电源完整性，整体来说以ALINXAXU4EV-P核心板卡作为蓝本Demo产品原型的设计可以大大提高开发效率，设计和实现核心上层功能。相比于AXU3EG核心板，AXU4EV-P核心板上还是有一些区别的，用两张板卡。PCB应该是同一个板，但是上一个板BOM是有区别的，在AXU4EV-P的版本上U83，U33，U36，还有U36是上件，而且AXU3EG但是核心板上没有上见。其中U33&U34是TPS74801DRCR，具有正常电源指示和使能功能的1.5A、低输入电压(0.8V)、可调超低压降压器TI的高性能LDO，再加上U83，TPS72018DR也是TI的LDO，这三个设备主要用于共享XCZU4EV的GTH或GTY收发器，提供模拟电源电压和终端电路的模拟电源电压似乎是因为AXU4EV-P光纤用于开发板SFP接口和PCIe所以会用金手指GTH因此，收发器的模拟电源需要单独提供高质量的LDO，为什么要使用单独的高质量收发器？LDO呢？主要是因为收发器的速度很快，模拟电路有点偏差就会对整体结果影响极大，为了获取好的结果，且不受其他模块部分的影响，所以理所当然要用单独的，且电源质量更好的LDO，另一个参考，可以看电源部分，ZU4EV手册只给了3%的电源误差空间，这也说明收发器对电源的需求很高。如果收发器这部分详细说明，估计今天不需要做其他事情，感兴趣的朋友可以参考Xilinx文档，自文档。https://www.xilinx.com/support/documentation/user_guides/ug476_7Series_Transceivers.pdfALINXAXU4EV-P核心板上U36这个相对容易理解，这个电源应该是在做板的阶段，专门做兼容设计，这路PL_VCU_0V9电源是专门共给的ZYNQZU4EV核心的VideoCodec部分使用，ZU3EG没有VideoCodec当然，不需要上件。如果感觉ALINXAXU4EV-P如果核心板不够用，ALINX大大还给出了更强的解决方案，AXU5EV-P。如果感觉ALINXAXU4EV-P如果核心板不够用，ALINX大大还给出了更强的解决方案，AXU5EV-P。资源数量再次翻倍，核心主频增加10%。ALINXAXU4EV-P核心板介绍到此结束。让我们看看ALINXAXU4EV-P相比之下，底板部分ALINXAXU4EV-P的底板，可是要比ALINXAXU3EG更丰富:ALINXAXU4EV-P开发板设计框图：ALINXAXU4EV-P开发板配个开发板PCIEx1标准的M.2接口，用于连接M.2的SSD固态硬盘的通信速度高达6Gbps。只支持PCIe固态硬盘，作为一个经常与电脑打交道的人，M就不多介绍了，DP显示接口也不做太多解释，最高支持4Kx2K@30Fps输出。ALINXAXU4EV-P我们常用的开发板的开发板USB3.0，这部分USB实现就是透过USBPHYUSB3320C芯片实现USB功能，加上2对差分信号收发器USB3.0的HUB实现USB3.0功能，口头描述疼痛，直接看图片。其中的Si5332是一颗来自SiliconLabs多路时钟芯片FPGA，其他模块提供参考时钟。其中的Si5332是一颗来自SiliconLabs多路时钟芯片FPGA，其他模块提供参考时钟。ALINXAXU4EV-P开发板上还有两条路Ethernet，通过RGMII接口连接的GPHYKSZ9031RNX。说白了就是我们平时最常见的界面，离不开网口。UART不用介绍太多，通过SiliconLabsCP2102将串口转换为串口MINIUSB接口。AXU4EV-P还有一个扩展板Micro型的SD用户访问卡接口SD卡式存储器，存储器ZU4EV芯片的BOOT程序，Linux操作系统内核、文件系统等用户数据文件。由于电平不匹配ALINX电平换设计在信号上，使用TI的TXS02612RTWR。ALINXAXU4EV-P扩展板具有ALINXAXU3EG所没有的HDMI部分，用的是ADI的ADV7511，ADV7611来实现HDMI所有的收入和产出都可以支持1080P@60Hz。还有MIPI接口用于连接摄像头。MIPI接口15PIN的FPC连接器，为2LANE数据和一对时钟分别连接BANK65的差分IO管脚上的电平标准为1.2V。同时ALINXAXU4EV-P还有扩展板FMCLPC扩展口，可外接XILINX或者我们ALINX的各种FMC模块(HDMI输入输出模块，双目摄像头模块，高速AD等等)模块。FMC扩展口包含36对差分IO信号，分别连接ZYNQBANK65&BANK66的IO上。(如下图所示，红框)ALINXAXU4EV-P扩展板上有许多高速接口，需要使用GTH首先是收发器PCIEx金手指，可以实现PCIE3.0数据传输兼容PCIE2.0。使用ZYNQBANK224的GTH单通道通信速率高达8Gbit带宽。然后是光纤接口，购买SFP光模块(市场1.25G，2.5G，10G光模块)插入这两个光纤接口进行光纤数据通信。2路光纤接口分别跟随ZYNQBANK224的GTH收发器2路RX/TX相连接，每路TX发送和RX接收数据速率高达12.5Gb/s。这样，ALINXAXU4EV-P开发板的整体结构大致都会有个数，软件部分呢还是Vitis统一软件平台，这个平台是Xilinx大大将功能性的软件的一次整合，其内容主要包括：1.全面的内核开发套件，可无缝构建加速的应用。2.完整的硬件加速开源库，针对Xilinx硬件平台进行了优化。3.插入特定领域的开发环境，可直接在熟悉的更高层次框架中进行开发。4.不断发展的硬件加速合作伙伴库和预建应用生态系统这一边。ALINX也很给力的给出了SOP，即标准作业程序，或者叫做UserGuide。总之有了相关说明就比较简单，按照步骤一步一步装下来就好了，正好也没有用过XilinxVitis这里也就当作给童鞋们做个尝试了，不过整体差异应该不会很大，2020年开始Xilinx把IDE打包升级成了新的开发软件群，改原来的DCSoc命名为Vitis，包含了Vivado和HLS，以及导入新的如AI，Vidoe等，专项应用功能软件。VITIS开发环境在上次简单使用ALINXAXU3EG开发板的时候就搭建好了，这次也就省事了，直接开始尝试着使用的阶段。简单的进行文件读写的例子，使用的是裸板程序没有基于Linux，我直接找到ALINX所提供的对应的工程。这个实验相对简单，其根本想要实现的就是通过FATFS，进行SD卡，或者EMMC的读写，FatFs是一个通用的文件系统模块，用于在小型嵌入式系统中实现FAT文件系统。FatFs的编写遵循ANSIC，因此不依赖于硬件平台。FatFs系统提供了很多API函数，我们只需要优先看下，我们在使用需要的部分。f_mount-注册/注销一个工作区域(WorkArea)f_open-打开/创建一个文件f_close-关闭一个文件f_read-读文件f_write-写文件有兴趣想要对FATFS了解更加深入的，可以去看下如下的网站，这个网站给出来了每个API函数的使用说明和例子。http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html在例程中提供了EMMC和SD卡的测试程序，程序流程为注册工作空间->检查状态->检查是否驱动准备好，文件系统是否存在，如果不存在，则创建->检查目录文件是否存在，如果有，则删除->写入一个文件->读出文件内容。注意BSP要勾选xilffs库。进行工作空间注册，文件系统检查，如果没有文件系统的时候需要创建文件系统，利用f_mkfs函数，如果是SD0，路径就是”0:”，如果是SD1，路径就是”1:”，创建文件系统需要较长时间，需要等待，再判断是否文件存在，存在的话，先删除掉，然后向其中写入一个文件，并再读出来。操作的代码如下这里还需要定义文件路径，文件内容，文件路径要注意，如果SD0就是“0:/”，如果是SD1就是”1:/”，对于我们的板卡和现在的系统来说，SD0就是EMMC，SD1就是SD卡。下载EMMC的程序到开发板，则会打印以下信息，如果EMMC中已经存在目录文件，则会打印第一条语句，最后一条语句则是打印文件中的内容。如果是SD卡，也会有一样的log产生，只不过我们可以将卡拔下来在电脑上进行观察。这样呢我们就跟着例程，实现了裸板的FATFS读写SD卡orEMMC的实验了，有SOP和参考教程实现起来真的相对简单方便。然后我就再找编译好的petalinux的系统，在资料里翻了半天总算找到了相关的image，只是这个应该是编译出来的二进制文件，并没有进行打包，我们想要烧录还是稍微有点麻烦，需要根据地址，将文件烧录在SD卡的不同地址区间。折腾了一通，我想，我们还是选择用ALINX给我们随箱带的SD卡进行启动。回头重新编译来过。使用ALINX提供我们的MINIUSB转USBYTPEA的线连接我们电脑的USB口和板卡的PSUART。通过软件打开串口，串口端口COM14(这个不同电脑端口号会不同，可以自行在设备管理器中查看)，串口波特率115200。然后我们登录ALINXAXU4EV-P开发板PS端的系统：使用的用户名：root，密码：root。查看下CPU的参数：系统使用的是Xilinx家自己的petalinux。相对来说我们想要在这个系统进行一些工具的安装，就需要进行交叉编译方式，将软件编译进系统。这一般来说需要Linux系统的参与。ALINXAXU4EV-P开发板PS端CPU的参数，上面只有显示4个CPU，但是我有些好奇，CortexR5的两个试试内核应该怎么使用呢，还要好好研究一下。当ALINXAXU4EV整块板卡运行起来的时候，系统基本处于idel状态，整板的功耗大概在13.57W左右，相比较于我们之前的ALINXAXU3EG的11.78W整整多出将近2W，其实主要开销可能是在底板上额的功能芯片，和ZYNQ内部更大的逻辑和内存的开销。整体来说还是很可观的。声明：本文系电路城的原创内容，转载请注明出处！