python编辑七段数码管引脚图_EDA/PCB

哈喽，我们又见面了，Jaya这次带来的还是一款FPGA板卡，本期的主角板卡是上次ALINXAXU3EG开发板的进阶板卡，同样是由ALINX设计的AXU4EV-P开发板。先来简单的开个箱，让大家看看今天主角的庐山真面目。现在ALINX的开发板基本把黑底金字发挥的淋漓尽致，拆开快递包装就一种莫名的高大上，拿出快递箱，依然还是2个盒子，这一点和AXU3EG开发板的配置一致，只不过盒子的尺寸更大。两个盒子，一个盒子用来装开发板本体，也就是高大上的黑底金字盒，另外一个盒子用来装相关的配件的，比如下载器，电源适配器，连接线，以及读卡器。不得不说黑色的盒子，对板卡本体的保护还是比较到位的，整个一圈都布满了泡棉，整体来说对办卡的保护很到位。AXU4EV-P开发板依旧是子母板的形式，对比AXU3EG开发板，从底板来看，可以说是加料满满多出很多功能，有些童鞋可以能会说，两块板子的核心板是一模一样的，只是底板功能不同么？简单从核心板的表面来说两块确实是一模一样，但是如果你了解这个核心的ZynqUltraScale芯片，可能就不会这样么想了，两款板卡的核心芯片分别是XCZU4EV和XCZU3EG，不论是逻辑单元还是功能性来说，两款新品都是有着一定的差异。下面简单来介绍Zynq这个神奇的系列。首先Xilinx有那么多不同的FPGA系列，Virtex7，Kintex7，Artix7，Spartan7四大FPGA系列，为什么还要额外加一个Zynq系列？Zynq和传统的FPGA有什么却别？其实当我们打开Xilinx的官方网站就可以明白，Xilinx根本就没有把ZYNQ系列算成FPGA，而是算成了SoC。事实上，SoC更加合理，可编辑逻辑门，只是片上系统的一个部分，相比较经典的FPGA，Zynq系列最大的特点是将处理系统PS和可编程资源PL分离开来，固化了PS系统的存在，实现了真正意义上的SoC(SystemOnChip)。ZYNQ的第一代产品，也就是Zynq-7000系列，配备双核ARMCortex-A9处理器，A9处理器与基于28nmArtix-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。可以通过下图了解ZYNQ-7000系列的型号与选型。ZYNQ-7000系列获得了很大的成功与创新，熟悉电子技术的童鞋肯定了解，CPU或者ARM核心，和FPGA两种器件实现的方式方法完全不同，所以适用的功能也完全不同，CPU可以顺序执行任务，而FPGA更加擅长并行任务。在真正的应用场景下，往往两种执行任务的方式都需要，在FPGA中内建软核，会消耗很多的资源，并且通用性和可移植性有不会不好，所以我们就看见了比如STM32+FPGA，MiniPC+FPGA，等等的系统结构。而ZYNQ的出现打破了这种系统结构的常规，内建了标准ARM核心，可以完成大多数顺序任务的需求。也正是因为ZYNQ解决的很多方案的痛点，成功的创新才会发展出我们现在的AXU4EV-P开发板的ZYNQUltraScale+MPSOCEV核心。继ZYNQ-7000系之后XilinxZYNQ系列就在不断的发展，如下图，我们可以看见，我们本期主角AXU4EV-P开发板所使用的就是高端ZYNQUltraScale+MPSOCEV系列芯片。对比下我们两次接触的ZYNQU1traScale+MPSOC的芯片之间的差异。首先是PL端的差异：ZU3EG器件：154K的系统逻辑单元，7.6Mb的内存，以及360个DSPslice。ZU4EV器件：192K的系统逻辑单元，18.5Mb的内存，以及728个DSPslice，对比ZU3EG还会多出来一个视频代码单元，这个就是EV系列和EG系列主要的差异，VideoCodec，视频编码可以进行H.264/H.265的编码。根据如上数据，我们可以简单的了解到两块ZYNQ的区别，首先最大的差异是逻辑单元，ZU4EV比ZU3EG要多出48K的逻辑单元，逻辑单元越多，那么可以内建的逻辑就越复杂，其次内存，ZU4EV比ZU3EG要多出多出10.9Mb，整整多出来一倍，DSP也是368也是整整多出来一倍，两款芯片相对，ZU4EV会更加偏向于视频处理，有内建硬件的VideoCodec，可以进行视频的H.264/H.265的编码，并且多出1路VCU，视频代码单元，来协助VideoCodec硬核实现功能。相信看了上述对Xilinx的ZYNQ系列介绍，对于整块开发板已经有了一个完整的了解了，那么重点回归到我们的开发板上，我们依旧从核心板开始了解。ALINXAXU4EV-P核心板上使用了5片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，红框)，组成了64位数据总线带宽和4GB的容量。而PL端挂载1片(如下图，黄框)，为16位的数据总线宽度和1GB的容量。PS端的DDR4SDRAM的最高运行速度可达1200MHz，也就是2400Mbps的数据速率。PL端的DDR4SDRAM的最高运行速度可达1066MHz，数据速率也就是2132Mbps。除了DDR部分，核心板上还有存储相关的芯片，集成了1片256MBit大小的QSPIFLASH(如下图，红色框)和来自美光的8GBeMMCFLASH芯片(如下图，黄色框)，这两个存储芯片都可以用来进行启动存储配置，以及系统和文件系统等。如下图蓝色框中的是PMIC(电源管理模块)，芯片是来自TI(德州仪器半导体)的TPS6508641RSKR。这颗芯片是TI专门用来配置FPGA，以及MPSoCs供电的多路电源电源管理模块，集成度非常高，具有6个DCDCBuck输出，以及4路LDO输出，同时还可以透过I2C接口，对PMIC部分进行实时的调整和监控。然后我们要看的ALINXAXU4EV-P核心板卡的背面，主要的就是4个连接器，以及一些去耦电容的排布，如下图。连接器用于连接主板和底板的信号。这些接口主要扩展出了PS端的USB2.0接口，千兆以太网接口，SD卡接口及其它剩余的MIO口；也扩展出了4对PSMGT高速收发器接口；以及PL端的几乎所有IO口HPI/O共有96个，HDI/O共有84个。XCZU4EV芯片到接口之间走线做了等长和差分处理，即使跑高速信号，也可以保持较高的信号完整性。ALINXAXU4EV-P核心板卡的尺寸仅为80mmX60mm，可以用于定制化开发，小尺寸，高集成度的核心板设计，可以满足大多数的应用场景，方便二次开发，核心板的设计也经过了信号完整性的考量，电源完整性的考量，整体来说以ALINXAXU4EV-P核心板卡作为蓝本进行Demo和产品原型的设计可以大大的提高开发效率，将精力用在核心的上层功能的设计与实现。相比于AXU3EG核心板，AXU4EV-P核心板上还是有一些区别的，两个板卡使用的PCB应该是同一板的，但是上件的BOM是有区别的，在AXU4EV-P的版本上U83，U33，U36，还有U36是上件的，而AXU3EG核心板上却没上见。其中U33&U34是TPS74801DRCR，具有电源正常指示和使能功能的1.5A、低输入电压(0.8V)、可调节超低压降稳压器，是一颗来自TI的高性能LDO，再加上U83，TPS72018DR也是TI的LDO，这三颗器件的主要是用来共给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，看起来应该是因为在AXU4EV-P开发板中有使用光纤SFP接口和PCIe金手指，所以会用到GTH收发器，所以收发器的模拟电源需要单独提供一个高质量的LDO，为啥要收发器就要用单独的高质量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的手册只给了3%的电源误差空间，也可见收发器部分对电源的需求之高。收发器这个部分要是详细说的话，估计今天都不用做其他事了，有兴趣的小伙伴可以参考下Xilinx的文档，自行参悟。https://www.xilinx.com/support/documentation/user_guides/ug476_7Series_Transceivers.pdfALINXAXU4EV-P核心板上U36这颗就相对比较好理解了，这颗电源应该是在做板子的阶段，特意做的兼容性设计，这路PL_VCU_0V9的电源是专门共给ZYNQZU4EV核心的VideoCodec的部分使用的，ZU3EG没有VideoCodec的部分当然就不用上件。如果感觉ALINXAXU4EV-P核心板不够用的话，ALINX大大还给出了更强的解决方案，AXU5EV-P。资源数目再次翻倍，内核主频提升10%。ALINXAXU4EV-P核心板介绍到这里告一段落，下面看下ALINXAXU4EV-P的底板部分，相比较来说ALINXAXU4EV-P的底板，可是要比ALINXAXU3EG更加的丰富：ALINXAXU4EV-P开发板的设计框图：ALINXAXU4EV-P开发板配备了一个PCIEx1标准的M.2接口，用于连接M.2的SSD固态硬盘，通信速度高达6Gbps。只支持PCIe的固态硬盘，作为经常和电脑打交道的人，M2就不多介绍了，DP显示接口也一样不做过多的说明，最高支持4Kx2K@30Fps输出。ALINXAXU4EV-P开发板还有4个我们常用的USB3.0，这部分USB的实现是透过USBPHYUSB3320C芯片实现USB功能，再配合2对差分信号收发器，加上USB3.0的HUB实现USB3.0的功能，口头描述好痛苦，直接看图。其中的Si5332是一颗来自SiliconLabs的多路时钟芯片，来个FPGA，以及其他模块提供参考时钟。ALINXAXU4EV-P开发板上还有两路Ethernet，通过RGMII接口连接的GPHYKSZ9031RNX。说白了也就是我们平是最常见而又离不开的接口——网口。UART就不用太介绍了，通过SiliconLabsCP2102将串口转换成了MINIUSB接口。AXU4EV-P扩展板还包含了一个Micro型的SD卡接口，以提供用户访问SD卡存储器，存储ZU4EV芯片的BOOT程序，Linux操作系统内核,文件系统以及其它的用户数据文件。由于电平的不匹配ALINX在信号上设计了电平换，使用的是TI的TXS02612RTWR。ALINXAXU4EV-P扩展板具有ALINXAXU3EG所没有的HDMI部分，使用的是ADI的ADV7511，ADV7611来实现HDMI的收入和输出，均可以支持1080P@60Hz。还有MIPI接口用来连接摄像头。MIPI接口15PIN的FPC连接器，为2LANE的数据和1对时钟分别连接BANK65的差分IO管脚上，电平标准为1.2V。同时ALINXAXU4EV-P扩展板还具有FMCLPC的扩展口，可以外接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模块等等)。FMC扩展口包含36对差分IO信号，分别连接在ZYNQBANK65&BANK66的IO上。(如下图，红框)ALINXAXU4EV-P扩展板上，有很多的高速接口，是需要使用GTH收发器的，首先就是PCIEx2金手指，可以实现PCIE3.0的数据传输，同时兼容PCIE2.0。使用ZYNQBANK224的GTH收发器，单通道通信速率可高达8Gbit带宽。再就是光纤接口，购买SFP光模块(市场上1.25G，2.5G，10G光模块)插入到这2个光纤接口中进行光纤数据通信。2路光纤接口分别跟ZYNQBANK224的GTH收发器的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！