Digilent Genesys ZU - rekonfigurowalna, wieloprocesorowa platforma SoC dla aplikacji AI i Embedded Vision

Digilent Genesys ZU - rekonfigurowalna, wieloprocesorowa platforma SoC dla aplikacji AI i Embedded Vision

Zestaw Genesys ZU, bazujący na zaawansowanym układzie Zynq UltraScale+ MPSoC firmy Xilinx, jest jedną z najbardziej zaawansowanych platform sprzętowych, opracowanych i produkowanych przez firmę Digilent. Ogromna moc obliczeniowa zastosowanego układu SoC oraz bogate wyposażenie „pokładowe” zestawu powodują, że nawet wymagające aplikacje robotyczne, AI czy Embedded Vision mogą być wygodnie implementowane, w czym dodatkowo pomaga bogata biblioteka bezpłatnych IP core’ów.

Genesys ZU-3EG to zestaw ewaluacyjny z układem Zynq Ultrascale+ MPSoC, integrującym 4-rdzeniowy procesor ARM Cortex-A53, mikrokontroler czasu rzeczywistego Cortex-R5, procesor graficzny Mali-400 MP2 oraz matrycę logiki programowalnej FinnFET+. Rozbudowę zestawu umożliwiają złącza SYZYGY i Pmod.

Zestaw Genesys ZU (fotografia 1) jest nowością w ofercie produkcyjnej firmy Digilent, bazującą na niezwykle wyrafinowanych układach z rodziny Zynq UltraScale+ MPSoC z podrodziny EG. Jest to jeden z najnowszych zestawów w ofercie produkcyjnej Digilent, przeznaczony zarówno do użycia w laboratoriach szkolnych i uczelnianych, jak i w laboratoriach przemysłowych pracujących nad systemami obróbki i analizy wideo czy SDR.

Fotografia 1. Wygląd zestawu Genesys ZU-3EG

Kilka słów o sprzęcie

W układach Zynq UltraScale+ MPSoC EG zintegrowano 4-rdzeniowy procesor Cortex-A53, 2-rdzeniowy system real-time bazujący na rdzeniach Cortex-R5, koprocesor graficzny ARM Mali-400 MP2 oraz rekonfigurowalną matrycę FPGA.

Część rekonfigurowalna układu FPGA oferuje użytkownikom 154 tysiące komórek logicznych, 360 bloków wspomagających obliczenia DSP, a także 7,6 Mb konfigurowalnej pamięci RAM. Układy Zynq UltraScale+ MPSoC są także wyposażone w standardowe peryferia komunikacyjne i szybkie interfejsy komunikacyjne, jak PCIe (przystosowane do montażu dysku SSD lub modemu LTE z kartą SIM), mSATA, USB3.1, Ethernet 1 Gb czy moduł WiFi (ATWINC1500).

Wysoką wydajność mikroprocesorowej części systemu zapewnia pamięć RAM DDR4, która domyślnie ma pojemność 4 GB. Ponieważ jest montowana w zestawie jako moduł SODIMM, w razie konieczności można dostosować jej pojemność do wymogów aplikacji.

Prezentowany zestaw został wyposażony w dwa interfejsy MIPI-CSI dla kamer wideo oraz 2-lane’owy DisplayPort 1.2a, dzięki któremu można wygodnie dołączyć monitor do systemu testowego. Fanów systemów multimedialnych z pewnością ucieszy fakt wbudowania w zestaw kompletnego kodeka audio z rodziny SigmaDSP firmy Analog Devices, który jest wyposażony w stereofoniczny wzmacniacz słuchawkowy.

Standardowym wyposażeniem zestawu jest złącze SYZYGY, za pomocą którego do układu SoC można dołączyć specjalne karty rozszerzeń, przykładowymi rozwiązaniami z oferty firmy Digilent są szybkie (częstotliwość próbkowania do 100 MHz), 14-bitowe przetworniki: A/C ZmodADC1410 (fotografia 2) oraz C/A ZmodDAC1411 (fotografia 3).

Fotografia 2. Wygląd ekspandera SYZYGY ZmodADC1410 – 14-bitowego przetwornika A/C o częstotliwości próbkowania do 100 MHz
Fotografia 3. Wygląd ekspandera SYZYGY ZmodDAC1411 – 14-bitowego przetwornika C/A o częstotliwości próbkowania do 100 MHz

Alternatywą dla SYZYGY jest klasyczne złącze rozszerzeń FMC, w przypadku mniej zaawansowanych modułów peryferyjnych użytkownicy mogą korzystać, także z czterech złączy Digilent Pmod.

Zestaw Genesys ZU wyposażono, także mniej spektakularne elementy, jak na przykład złącze karty SD, przełączniki i diody LED spełniające rolę sprzętowego interfejsu użytkownika, 3-portowy hub USB 2.0, ekspandery portów: IO i I2C, a także pamięć Flash SPI.

Kilka słów o oprogramowaniu i bezpłatnych IP

Firma Digilent przygotowała dla użytkowników zestawu Genesys ZU system operacyjny Petalinux, znany z innych zestawów bazujących na układach Xilinx Zynq. Z myślą o użytkownikach zamierzających korzystać z zaawansowanych peryferiów implementowanych w FPGA, producent przygotował i udostępnił bezpłatne IP core’y. Ich zestawienie znajduje się w tabeli 1, są udostępnione w formacie zgodnym z popularnym środowiskiem Vivado.

Tabela 1. Zestawienie IP core’ów udostępnionych bezpłatnie użytkownikom zestawu Digilent Genesys ZU w środowisku Vivado WebPack 2020.1 (w większości dostępne już od wersji Vivado 2019.1)
Interfejs IP support
DDR4 memory controller PS hard-core, WebPACK built-in
MIPI CSI-2/Pcam PL soft-core, MIPI CSI Controller Subsystems
DisplayPort controller PS hard-core, WebPACK built-in
Ethernet 1G PS hard-core, WebPACK built-in
USB 2.0/3.0 PS hard-core, WebPACK built-in
PCIe Root/Mini PCIe PS hard-core, WebPACK built-in
SATA/mSATA PS hard-core, WebPACK built-in
Wi-Fi/SPI controller PS hard-core, WebPACK built-in, open-source Linux driver

Jak widać, producent przygotował zaawansowane bloki funkcjonalne, dzięki którym obsługa wyrafinowanych interfejsów komunikacyjnych nie wymaga od użytkownika ogromnych nakładów pracy.

Podsumowanie

Prezentowany w artykule zestaw Genesys ZU na pewno nie jest platformą startową dla każdego konstruktora, który chciałby poznać tajniki aplikowania układów System-on-a-Chip w praktyce. Wynika to zarówno ze znacznego rozbudowania sprzętowego zestawu, stopnia skomplikowania zastosowanego układu SoC, jak i możliwości sprzętu i przygotowanego przez producenta oprogramowania.

Dzięki dostępnemu bezpłatnie oprogramowaniu narzędziowemu (Vivado WebPack), IP core’om, przygotowanym przez producenta do natychmiastowego użycia, systemowi operacyjnemu Linux (dostępnemu dla obydwu domen MPU), a także dużym możliwościom rozbudowy sprzętowej, zestaw Genesys ZU jest (biorąc pod uwagę jego możliwości) tanim i bardzo elastycznym narzędziem do badania szerokiej gamy zaawansowanych rozwiązań programowo-sprzętowych. Duża moc obliczeniowa SoC oraz wbudowane interfejsy wideo predestynują zestaw do ewaluacji aplikacji wizyjnych, z kolei szybkie interfejsy różnicowe wyprowadzone na złącza FMC i SYZYGY poszerzają listę możliwych aplikacji niemalże po horyzont wyobraźni użytkowników. Możliwości zbliżenia się do tego horyzontu życzymy każdemu konstruktorowi.

Więcej informacji:
 
Wyłącznym, autoryzowanym dystrybutorem edukacyjnym zestawów firmy Digilent w Polsce jest firma KAMAMI, www.kamami.pl
Artykuł ukazał się w
Czerwiec 2020
Zobacz też
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik lipiec 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio lipiec 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje lipiec 2020

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna lipiec 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich lipiec 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów