极致奢华，真正全可编程异构soc开发套件myd-凯发app

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      本产品（myd-czu3eg开发板）详情介绍：http://www.myir-tech.com/product/myc-czu3eg.htm

      随着5g通信、自动驾驶及物联网等新兴应用的发展，图像处理、ai算法加速、软件无线电等复杂多任务设计越来越挑战嵌入式平台的处理能力。专用标准产品只能为设计人员提供无法扩展的固定凯发app的解决方案。这样，为了让设计更灵活就必须添加相应器件，因而不可避免地会拉高bom成本和功耗成本。xilinx的zynq-7000 soc系列作为arm和fpga全可编程的soc，以其灵活的设计方式和优异的性能功耗比，为人所熟知，但是和今天我们要介绍的这款soc平台相比，zynq-7000简直弱爆了。它就是赛灵思推出的真正 all programmable （全可编程）异构多处理 soc——zynq ultrascale mpsoc。

      米尔科技推出的myd-czu3eg开发套件搭载的就是ultrascale mpsoc平台器件 — xczu3eg，它集成了四核cortex™-a53 处理器，双核 cortex™-r5 实时处理单元以及mali-400 mp2 图形处理单元及 16nm finfet 可编程逻辑相结合的异构处理系统，具有高性能，低功耗，高扩展等特性，除了这款异构soc之外，板子还搭载了丰富的接口和完善的开发资料，可以帮助开发人员降低产品开发周期，实现产品快速上市，下面我们来一探究竟。

开箱

      暖色调的简洁外包装上印有一行“make your idea real”，不免给人一种立马开箱动手躁起来的冲动。

      开箱之后就是摆放在内衬中的板卡和配套设备。除了板卡之外，配套的电源、数据线、sd卡和光盘等等，可谓考虑齐全。

板卡资源介绍

      笔者迫不及待的拆开板卡的防静电袋，下面来看一下这块性能小怪兽的样子。myd-czu3eg 开发板由myc-czu3eg 核心板加myb-czu3eg 底板组成。散热器下面是核心板，这是一个cpu最小系统模块，集成了主处理器和存储。底板是一块外设接口板，集成了电源和多种接口，方便评估或集成。

      下面我们详细的了解一下板卡详细的组成结构，首先，核心板基于xilinx xczu3eg全可编程处理器，4核cortex-a53(up to 1.5ghz) fpga(154k le)，具体型号：xczu3eg-1sfvc784,（未来可选配xczu2cg, xczu3cg,xczu4ev,xczu5ev)，性能强大；板载4gb ddr4 sdram（64bit,2400mhz) 及丰富的存储资源，从容应对复杂运算；板载千兆以太网phy 和usb phy , 轻松实现高速互联，如此奢华的配置，板子尺寸只有60*52mm，紧凑程度令人赞叹。

      另外，板子选材和用料讲究，据称使用了intel电源模块，松下的m6 pcb板材，micron存储，村田电容，还是非常良心的。

      底板的外设接口丰富，板载了串口，网口，hdmi，dp，sata，pcie，usb3.0 type-c，lcd，pmod，arduino，fmc-lpc，tf 卡接口，sfp，adc，can等多种接口，方便用户评估或集成。这些接口根据soc的结构，有的接在ps端，有的接在pl端。

ps 单元：

• 1 路千兆以太网
• 1 路usb3.0 typec 接口
• 1 路displayport 接口
• 1 路pcie2.1 x1 接口
• 1 路sata3.1 接口
• 1 路can 接口
• 1 路rs232 串口
• 1 路tf 卡接口
• 1 路i2c 接口
• 1 个复位按键，2 个用户按键，
• 1 路jtag
• 内置实时时钟

pl 单元：

• xadc 接口
• 1 路xilinx 标准lpfmc 接口
• 1 路hdmi 接口，rgb 24bit，不支持音频
• 1 路lcd dip/lpc 接口，rgb 24bit，与hdmi 复用显示信号
• 电阻式电容式触摸屏接口，集成在lcd 触摸屏接口
• 2 路pmod
• 5 个电源指示灯
• 4 路sfp 模块接口
• 1 路arduino 接口

      除了板卡之外，套件内的光盘提供了包括用户手册，使用示例、pdf底板原理图，外扩接口驱动，bsp 源码包，开发工具等，为开发者提供了完善的软件开发环境，帮助降低产品开发周期，实现产品快速上市。

      不过现在的笔记本电脑已经很少带光驱了，拷出这些资料也着实废了笔者一番功夫，建议厂商换成u盘来装资料，会更方便一些。

zynq ultrascale mpsoc介绍

      1.真正的全可编程异构多处理soc
      在使用板子之前，我们先来了解一下这款板卡的核心芯片——xczu3eg，这是xilinx继zynq-7000系列之后推出的真正的全可编程异构平台，zynq® ultrascale mpsoc 器件不仅提供 64 位处理器可扩展性，同时还将实时控制与软硬件引擎相结合，支持图形、视频、波形与数据包处理。置于包含通用实时处理器和可编程逻辑的平台上，三个不同变体包括双应用处理器 (cg) 器件、四核应用处理器和 gpu (eg) 器件、以及视频编解码器 (ev) 器件， 为 5g 无线、下一代 adas 和工业物联网创造了无限可能性。

      myd-czu3eg开发套件目前搭载的是eg器件，后期还可以选配cg或ev器件。eg 器件采用运行速率高达 1.5ghz 的四核 arm® cortex-a53 平台与双核 cortex-r5 实时处理器、mali-400 mp2 图形处理单元及 16nm finfet 可编程逻辑相结合。

      该器件有着无与伦比的集成度、高性能和低功耗特点，与 zynq-7000 soc 相比，系统级性能功耗比提升5 倍，为交付最低系统功耗而精心设计，官方给出的典型应用包括基带 l1 加速、公共安全与移动无线电和8x8 100 mhz td-lte 远端射频单元等场景。

      2. 多媒体的理想系统
      说到应用，不得不提zynq ultrascale mpsoc最最擅长的领域——面向视频编解码器和图形引擎的前沿多媒体凯发app的解决方案。赛灵思soc为多媒体凯发app的解决方案提供了多种支持，包括：

•  集成型视频编解码器单元 (vcu)
•  集成型图形处理单元 (gpu)
•  含集成式 displayport 接口模块
•  集成型可编程逻辑 (pl)

      ev 器件带有集成型 gpu 和h.264 / h.265视频编解码器，专为超高清 (uhd) 视频而设计带有集成型 h.264 / h.265 视频编解码器，能够同时编解码达 4kx2k (60fps) 的视频，可实现单芯片4k视频处理，当然myd-czu3eg开发板使用的是eg器件，没有视频编解码器，但是有mali-400 mp2 gpu。

      mali-400 mp2 gpu与 apu 直接绑定，还可在帧缓存中加速视频图形渲染，从而实现显示器输出。gpu 可通过独立的并行引擎进行像素渲染，速度远高于依靠 cpu 来处理图形，而且与需要设计人员添加片外 gpu 引擎的凯发app的解决方案相比，成本与功耗均更低。gpu 通过全面可编程的架构加速 2d 和 3d 图形，该架构既支持基于着色器的图形 api ，也支持固定功能图形 api 。gpu 具有抗锯齿功能，能实现最佳图像质量，且几乎不会造成额外的性能损耗。xilinx配套提供经实践检验的全套 linux 驱动程序，能自动将图形命令从 apu 转到 cpu 处理。

      另外，zynq ultrascale mpsoc 提供高速互联外设，后者包含集成式 displayport 接口模块。displayport接口位于 ps 端，可多路复用至四个专用高速串行收发器中的两个，工作速率高达 6 gb/s。该架构摆脱了对于额外显示芯片的需求，进一步降低了系统 bom 成本。

      displayport 接口基于 vesa displayport standard version 1 和 revision 2a 开发，其提供的多个接口能处理来自 ps 或 pl 的实时音视频流，也能存储来自存储器帧缓存的音视频。它同时支持两个音视频流水线，支持 alpha 混合、chroma 复采样、色彩空间转换和音频混合等功能的动态渲染。displayport 既可使用一个 ps pll，也能使用 pl 的时钟生成像素时钟。

      除视频编解码器和图形处理之外，多媒体应用还需要其他重要组件，如视频数据的输入输出管理 , 以及处理高速视频数据的功能。在 pl 内可设计定制化逻辑，用于捕获来自直播源的视频。例如，sdi rx、hdmi rx、mipi csi ip 等协议均可用于捕获不同来源的原始视频。视觉算法可用于采集来自原始数据的重要信息，如路标识别和针对驾驶员辅助技术的动作检测、视频监控面部识别、高级拍摄应用的物体与动作识别等。除收集数据外，算法还可用于音视频广播和视频会议等用例中处理与操控原始数据。考虑到今后几年视频分辨率不可避免的攀升态势，有关算法需要具备极高的工作速度。pl 为此类算法提供了所需的硬件加速功能，便于大幅提高性能，满足下一代技术需求。

      zynq ultrascale mpsoc 的灵活性能加速计算密集型应用程序，在 gpu、cpu 和 pl 之间共享工作负载，在 pl 中可卸载复杂的算数计算以实现硬件加速，并且在 apu 上可预先计算 opengl 着色语言 (glsl) 一致变量。gpu 着色器核心上的计算仅适用于顶点和片断之间不同的值。整批顶点中所有保持常量的值在 cpu 上处理最为有效。

      3. 无与伦比的系统性能功耗比
      zynq ultrascale mpsoc 在设计之初就考虑了高效电源管理问题，该器件被分为四个电源域：

• 处理系统 (ps) 中的电池电源域包含实时时钟和电池供电的 ram。
• ps 中的低电源域包含 rpu、通用外设、片上存储器 (ocm)、平台管理单元，以及配置安全单元。
• ps 中的全电源域包含 apu、高速外设、系统存储器管理器和 ddr 控制器
• 可编程逻辑 (pl) 位于自身的电源域中

      zynq ultrascale mpsoc 含有可控制电源域的创新型平台管理单元 (pmu)，。pmu 负责器件的安全管理，并监管电源域内的电源。不用的电源域可在启动时关闭，然后智能地通过中断或事件唤醒，实现精细的电源管理。

      我们已经知道zynq ultrascale mpsoc 内部分了多个处理核心，四核arm cortex-a53是应用处理单元，具有高效的基线性能，适合linux应用处理；双核 arm cortex-r5是实时处理单元理想适用于低时延确定性应用，诸如安全模块和 apu 任务分担等，另外图形引擎，高速外设等针对特定应用做了优化，各个模块各司其职，系统性能明显提升。该器件采用了台积电 (tsmc) 的 16nm finfet 工艺节点，。该工艺节点采用更高效的晶体管实现方案，具备最佳的开关速度以及比平面工艺更低的漏电流，因此能实现更高性能和更低功耗。从 28nm 的 zynq-7000 到 16nm 的 zynq ultrascale mpsoc，性能提升了 60%，功耗降低 20%，使原始处理器性能提升 2.7 倍。

示例
      板子qspi闪存预先烧录了linux镜像，默认也是从qspi闪存启动的，使用数据线连接板子串口和pc，连接电源，板子上电，打开putty，可以看到系统启动信息。通过命令行可以登录，默认密码是root。

      光盘中也提供了系统的镜像文件，用户如果不熟悉linux系统编译，可以直接使用。

      另外，myd-czu3eg 光盘中提供了常用外设的演示程序，例如：

• 使用linux api 操作开发板上的led
• 使用linux api 操作开发板上的按键
• 使用linux api 操作开发板上的can
• 使用linux api 进行网络通讯

      程序以及源码都位于“/examples/”，用户可以根据目录内的makefile 进行编译。

      这里我们使用xilinx vivado新建一个helloworld工程，生成启动镜像，从tf卡启动。整个过程分为：

• 生成开发板的硬件平台
• 将硬件平台导出到sdk
• 创建一个“helloworld”工程
• 产生boot loader（fsbl）
• 生成sd 卡启动映像，从microsd启动

以下是笔者实际操作的流程：
（1） 新建vivado工程

      创建一个rtl工程，选择开发板芯片为 xczu3eg-sfvc784-1-e。

（2）创建block design，添加并配置ps 的ip核

      单击 ip integrator->create block design 新建一个 block design，点击add ip，

      添加zynq ultrascale mpsoc ip核

      双击zynq mpsoc 核导入配置文件presets‐‐>apply configuration

      厂家在光盘资料中提供了示例预配置文件，导入hello_world.tcl 配置文件，然后点击ok。
（3）生成综合文件

      右击 design_1‐>generate ouput products‐>generate

（4）生成fpga顶层文件

（5）生成bitstream

（6）导出硬件配置文件

      点击菜单栏上的 file‐>export‐>export hardware‐>ok 导出硬件配置文件

（7）启动sdk，新建fsbl

      点击菜单栏上的 file‐>launch sdk‐>ok 启动 sdk

      在xilinx sdk软件中，点击file‐‐>application project 新建工程，输入工程名为fsbl，选择zynq mp fsbl，点击finish。

（8）新建一个helloworld工程

      在xilinx sdk中点击file‐‐>application project 新建工程，输入工程名为hello_world，选择board support package为上一步中生成的fsbl_bsp，选择hello_world 模板，点击finish。

（9）生成boot image

      右击 hello_world ‐‐>create boot image，点击create image，生成boot.bin 启动文件

      将开发板的启动模式switch 开关sw1 的1 拨到off，2 拨到on，3 拨到off，


4 拨到on，设置成tf 卡启动模式，

      然后将这个boot.bin 文件拷贝到sd 卡，板子接入电源，串口连接电脑，打开电源开关，开发板上运行。电脑端连接microusb线，打开putty，可以板子上电运行在终端打印字符“”“hello world”

总结
      作为国内首款zynq ultrascale mpsoc平台开发板，myd-czu3eg核心板性能配置强大且设计紧凑可靠，外设底板接口资源丰富，厂家为开发者提供的软件开发环境也比较完善，非常适合人工智能，工业控制，嵌入式视觉，adas，算法加速，云计算，有线/无线通信等应用领域做原型开发。