把PYNQ框架移植到ZC702開發(fā)板上

描述

本項目我們將把PYNQ框架移植到ZC702開發(fā)板上。

介紹

ZC702 是 Xilinx 的官方開發(fā)板。該板采用 ZC7020 ZYNQ FPGA SoC。該板帶有許多外設，包括 HDMI、CAN 總線、UART、嵌入式 Digilent JTAG 編程器、以太網、SD 卡、USB 主機、I2C 總線擴展器和許多支持 SMBUS 的 PMIC，用于監(jiān)控 SoC 軌。

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PYNQ 是 Xilinx 的一個項目，它為 FPGA 帶來了 Python 級別的生產力。它允許設計人員導入在 PYNQ 術語中稱為覆蓋的硬件設計，并編寫 Python 代碼來尋址和配置內核。

與裸機設計相比，這可以將開發(fā)速度提高一個數(shù)量級。截至 2020 年，PYNQ 使用帶有 UBUNTU 28.04 Rootfs 的 Petalinux 內核。

ZC702開發(fā)板不支持官方PYNQ框架。

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將 PYNQ 移植到新板的官方方法是在 UBuntu 主機上下載框架并創(chuàng)建使用板 BSP 和板自定義參數(shù)的自定義板文件。

在這里，我們將采用涉及重新使用官方 PYNQ 2.5 映像的捷徑。

以簡單的方式移植 PYQN。

下載 PYNQ 映像 2.5 并將其刻錄到 SD 卡。這將使用包含內核和設備樹的 FATFS 分區(qū)和包含 rootfs 的 ext4 分區(qū)對 SD 卡進行分區(qū)，在 PYNQ 的情況下，rootfs 是 UBUNTU 18.0 根文件系統(tǒng)。

要在 ZC702 上啟動電路板，我們必須自定義 PYNQ V2.5 映像的默認內核，該映像針對 ZC7020 的 400 針版本到 ZC702 上的 484 針 SOC。

步驟1

創(chuàng)建 Vivado 設計。我創(chuàng)建了一個針對 ZC702 的自定義 Vivado 設計，其中有一個 BRAM、一個針對內置 LED 和開關的 GPIO 以及一個部署在 PL 上的 AXI IIC 內核，它共享位于 FMC 上的相同 I2C 引腳。

第2步

編譯設計并將其導出。同時創(chuàng)建一個 SDK FSBL 應用程序以及一個 Hello world 應用程序。另外創(chuàng)建一個名為 PYQN_ZC702 的文件夾并導出生成的比特流和 .tcl 文件。我們將來會用它來證明 PYNQ 框架工作正常。

第三步

安裝 Virtual Box，安裝 Ubuntu 18.0，然后安裝 Vivado 2019.1 以及 Petalinux 2019.1。然后將完整的 Vivado 項目文件夾復制到 Ubuntu VM 上。

第4步

確保 Vivado 和 Petalinux 都在用戶路徑中。然后，從項目目錄啟動 Petalinux 并讀取導出的 hdf 項目文件。

步驟#5

為 ZC702 構建自定義內核。更改 rootfs 引導設置，使其從 SD 卡引導。然后禁用網絡啟動。此外啟用常用實用程序，例如 i2cdetect 和 fpga-manager。

petalinux-build

步驟#6

構建內核后，通過發(fā)出以下命令創(chuàng)建 boot.img 文件

petalinux-package --boot --format BIN --fsbl ./images/linux/zynq_fsbl.elf --fpga ./images/linux/download.bit --u-boot
//run this from within image directory

這將 uboot 引導加載程序、內核打包在一個文件中。最后使用我們之前燒錄PYNQ鏡像的SD卡，用新文件覆蓋啟動鏡像文件和設備樹。

以上步驟完成了PYNQ移植到ZC702的過程。將SD卡放在ZC702上，將boot開關的位置改為all ON，SoC從SD卡啟動。

連接USB串口顯示PYNQ正常啟動。您可能需要修改uboot 設置，以便uboot 可以從SD ??卡的第二個分區(qū)讀取rootfs。

將以太網電纜從主機連接到 ZC702

一旦 PYNQ 啟動，我們就可以通過主機筆記本電腦端連接到它。然后打開 Web 瀏覽器并導航到 pynq:9090。這將帶來如下所示的默認頁面。PYNQ 的默認密碼是xilinx 。

現(xiàn)在我們已經啟動了 PYNQ，下一步是測試它如何在 ZC702 上運行。使用 WinSCP 傳輸我們之前在 PYNQ 文件夾中創(chuàng)建的兩個文件。

測試 PYNQ

為測試 PYNQ 框架，將測試自定義 Vivado 設計。下面的框圖顯示了連接到 AXI 互連的 BRAM IP。這樣做的目的是從PS端讀寫B(tài)RAM。

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通過 scp 復制包含 iPython Notebook 筆記本、ZYNQ 上的 tcl 和比特流文件的文件夾，然后導航至 pynq:9090\ 文件夾位置打開它。

首先加載比特流。然后生成大量數(shù)據(jù)并通過內存映射調用寫入 BRAM。然后通過回讀數(shù)據(jù)并將其打印在筆記本電腦上來確認數(shù)據(jù)。

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結論

這樣就完成了演示。在這個項目中，我們展示了如何通過避免完全重新編譯 rootfs 來輕松創(chuàng)建自定義 PYNQ 發(fā)行版。通過向 BRAM IP 讀取和寫入數(shù)據(jù)來驗證設計。