如何實(shí)現(xiàn)用Python開發(fā)FPGA？

近日，想必各位科技愛好者的朋友圈都被一篇發(fā)表在第25屆IEEE國際討論會上，用Python開發(fā)FPGA的論文刷屏了吧，那么這是如何實(shí)現(xiàn)的呢？今天，就請各位看官和小編一起來了解一下，這個構(gòu)想的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)——PYNQ。

PYNQ介紹

PYNQ全稱為Python Productivity for Zynq，即在原有Zynq架構(gòu)的基礎(chǔ)上，添加了對python的支持。Zynq是賽靈思公司推出的行業(yè)第一個可擴(kuò)展處理平臺系列，在芯片中集成了ARM處理器和FPGA可編程邏輯器件，旨在為視頻監(jiān)視、汽車駕駛員輔助以及工廠自動化等高端嵌入式應(yīng)用提供所需的處理與計算性能水平。PYNQ希望能夠借助python語言本身易用易學(xué)、擴(kuò)展庫多而全、社區(qū)活躍貢獻(xiàn)度高等特性，有效降低Zynq嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)門檻。PYNQ將ARM處理器與FPGA器件的底層交互邏輯完全封裝起來，頂層封裝使用python，只需要import對應(yīng)的模塊名稱即可導(dǎo)入對應(yīng)的硬件模塊即可進(jìn)行底層到上層數(shù)據(jù)的交互或者為系統(tǒng)提供硬件加速。對于PYNQ的開發(fā)者來說，ARM上運(yùn)行著一個Linux系統(tǒng)，F(xiàn)PGA被抽象為若干加速IP，開發(fā)者可以通過一行簡單的python腳本即可完成動態(tài)加載bitstream，通過DMA將數(shù)據(jù)流傳輸?shù)郊铀買P融合輸出。PYNQ板卡也提供了非常豐富的接口資源，如HDMI、AUDIO、Grove模塊、常用接口如SPI/I2C等等以及很多通用IO。

圖為Python調(diào)用底層硬件框架

下面給一個在PYNQ中插入HDMI輸入和輸出的例子from pynq importOverlayfrompynq.lib.video import *

base =Overlay('base.bit')hdmi_in =base.video.hdmi_inhdmi_out = base.video.hdmi_out

簡單高效開發(fā)PYNQ-Jupyter

對于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)來說，往往由于性能的局限性，我們只能ssh進(jìn)嵌入式linux，在命令行終端進(jìn)行開發(fā)，開發(fā)效率是個很大的問題。在PYNQ上，我們使用了python擴(kuò)展庫Jupyter Notebook，其本質(zhì)上是一個web服務(wù)器，提供了遠(yuǎn)程可視化、分步運(yùn)行python腳本的能力。Jupyter同時可以實(shí)時顯示程序運(yùn)行結(jié)果，我們甚至可以在瀏覽器中直接看到我們使用硬件加速處理圖像的結(jié)果。我們只需要將PYNQ板子接入網(wǎng)關(guān)，即可通過瀏覽器訪問在板上運(yùn)行的作為嵌入式web服務(wù)器的Jupyter Notebook。

圖為JupyterNotebook實(shí)時顯示運(yùn)算圖片

PYNQ能做什么

PYNQ的整個技術(shù)棧包含了python+linux+ARM+FPGA，提供了無限種擴(kuò)展的可能性，我們可以使用它來做很多有意思的應(yīng)用。在pynq.io的社區(qū)頁面我們可以看到許多PYNQ社區(qū)開發(fā)的項(xiàng)目。包括BNN（二值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）的案例。

圖為PYNQ社區(qū)應(yīng)用案例

同時，官方提供了非常多的外部接口案例。同時還包括了OpenCV的案例。

Logictools功能則實(shí)現(xiàn)了使用python編寫FPGA狀態(tài)機(jī)的功能，使用Logictools可以用python編寫FPGA I/O端口輸出任意波形了。

圖為PYNQ Logictools

查閱PYNQ文檔

關(guān)于PYNQ的所有資料都可以在網(wǎng)站pynq.io中找到，點(diǎn)擊getting started就進(jìn)入了PYNQ的文檔頁面。文檔中包含了如何設(shè)置PYNQ等入門資料、如何創(chuàng)建PYNQ的FPGA硬件工程、PYNQ libraries的詳細(xì)介紹以及最關(guān)鍵的python-PYNQ的函數(shù)文檔，也可以使用搜索功能直接查找關(guān)鍵詞。

圖為pynq.io Getting Started

至此，PYNQ就為大家介紹到這里了。希望Python可以為大家拓展出新的思路。