Zynq UltraScale+ MPSoC智能视频平台0：HZU4EVCL介绍

原创已于 2022-10-24 14:49:29 修改 · 1.7k 阅读

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#嵌入式硬件 #1024程序员节

于 2022-10-21 18:48:55 首次发布

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本文介绍了Zynq UltraScale+ MPSoC开发板HZU4EVCL，详细描述了其Cameralink输入/输出接口、M.2接口、DP显示接口、USB3.0接口等硬件特性，旨在帮助工程师理解和利用该平台进行智能视频处理和AI加速应用。通过实例展示了如何在该平台上构建Smart Camera功能，实现车辆识别、行人检测等任务。

Zynq UltraScale+ MPSoC是Xilinx的第二代Zynq产品，以其单芯片、多资源及全可编程的理念在5G无线、ADAS和工业物联网领域占有一席之地。也正因为其集成度高，软件编程难度也增加了一个量级，需要工程师们了解系统架构、芯片资源的功能以及如何做好各部分的衔接，否则沟通成本可能占据了大部分的开发时间，相信用过的读者深有体会。例如一个将FPGA输入图像进行VCU视频编解码的功能需要FPGA工程师、驱动工程师、Linux应用工程师配合完成，在完成之前谁也不确定自己写的代码是否正确，往往需要经历痛苦的交流、调试和更改。

《毫无意义的工作》这本书中有讲到五大类狗屁工作之一：拼接修补者，并拿程序员作为例子，当两个模块设计的足够好的时候，在对接的过程中是不需要有人对其缝缝补补的，这部分修补的工作往往会让人产生无意义感，加剧负面情绪。所以，为了大家的健康和我们的发量，了解Zynq UltraScale+ MPSoC这个平台再去设计是非常有必要的。或者，自己干脆承担芯片所有模块的研发工作，而这个事情很有成就感！

所以这就是这个系列博客的初衷，记录及启发。记录如何一步步实现芯片各部分资源的功能，最终完成我们的目标。其中涉及的知识会非常的多，而这些又是利用好这个芯片的关键。包含但不局限如下：Cameralink输入IP，Cameralink输出IP，Stream数据流、HLS编写图像处理算法、VCU视频编解码、Cortex A53和Cortex R5多核通信，Linux视频采集和显示启动，深度学习DPU集成，模型量化编译与部署。最终的设计会集成上述的所有功能，芯片的每一部分资源都物尽其用。

开发板是一个嵌入式工程师的必备工具，作为一个学习Zynq将近10年的老同志，如果让我评选最好用的开发板，那非Alinx莫属，不管从产品的质量、售后态度以及配套资料，Alinx都拉爆其他厂商。尤其是教程，简单详实明了，能够帮助你学习效率事半功倍。不管你是做哪部分的工程师以及目前水平，看看他们家的资料绝对会给你灵感。

作为Xilinx的老粉，证明自己已经精通Zynq UltraScale+ MPSoC的方式就是设计出一个产品拿在手中把玩，于是就有了如下的设计：HZU4EVCL。采用Alinx家的4EV核心板，PS挂载4GB的DDR，PL挂载1GB的DDR，含有256MBit大小的QSPI FLASH和8GB大小的eMMC芯片。底板实现Cameralink输入、Cameralink输出、M.2接口、DP接口、USB3.0接口、千兆以太网接口、UART串口接口、SD卡接口和JTAG接口，尺寸仅为10cm x10cm。

实物图如下，这款硬件专为智能视频而生，图像输入输入接口为Cameralink Base模式。其他接口能够满足大部分传输和存储视频需求，加上4EV芯片的编解码和AI加速功能，这款硬件的能力非常能打，小巧的体积适用于各种场景。

各大厂商都在人工智能上下足了力气，Xilinx FPGA在并行能力上得天独厚的优势，面对层出不穷的算法和日新月异的需求，Xilinx推出了Vitis AI的协议栈，从FPGA到Linux驱动再到上层应用，都给出了成熟的设计。如之前所说，Zynq MPSoC在软件设计复杂度度上不如其他芯片，这是劝退很多客户和设计师的一个重要原因。这个系列博客从零开始在HZU4EVCL上构建底层FPGA软件，调试驱动，搭建上层应用，最终实现Smart Camera的效果，让输入图像在AI加速器的加持下完成诸如车辆识别、行人识别、ADAS、火灾检测和缺陷检测等功能。

Cameralink输入接口

HZU4EVCL底板包含一个Cameralink输入接口，可以连接含有Cameralink接口的相机，硬件接口为SDR，7对差分信号连接到ZU4EV的BANK65和BANK66上，其中5路为时钟和数据，两路为和相机通信的SerTC和SerTFG，硬件上做了静电保护。

Cameralink输出接口

HZU4EVCL底板包含一路Cameralink输出接口，硬件接口为SDR，连接到Cameralink板卡等接收设备上，可以显示输出图像，最大支持85MHz 24Bit图像数据。5对差分信号连接到ZU4EV的BANK65和BANK66上，分别为1路时钟四路数据，同样，硬件上做了静电保护。

M.2接口

HZU4EVCL底板含有一个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。M.2接口使用Mkey插槽，只支持PCI-E。PCIE信号直接跟ZU4EV的BANK 505 PSMGT收发器相连接，1路TX信号和RX信号都是以差分信号方式连接到MGT的LANE1。PCIE的时钟有Si52112芯片提供，频率为100Mhz。

DP显示接口

1路标准的DisplayPort输出显示接口，用于视频图像的显示。接口支持VESA Display Port V1.2a输出标准，最高支持4Kx2K@30FPS输出，支持Y-only，YCbCr444，YCbCr422，YCbCr420和RGB视频格式，每种颜色支持6，8，10，或者12位。DisplayPort数据传输通道直接用ZU4EV的BANK 505 PSMGT驱动输出，MGT的LANE2和LANE3 TX信号以差分信号方式连接到DP连接器。DisplayPort辅助通道连接到PS的MIO管脚上。

USB3.0接口

1个USB3.0接口，支持HOST工作模式，数据传输速度高达5.0Gb/s。USB3.0通过PIPE3接口连接，USB2.0通过ULPI接口连接外部的USB3320C芯片，实现高速的USB3.0和USB2.0的数据通信。USB接口为扁型USB接口USB TypeA，方便同时连接不同的USB Slave外设。

千兆以太网口

1路千兆以太网接口连接到PS端。GPHY芯片采用MARVELL公司的RTL8211以太网PHY芯片，来提供网络通信服务。RTL8211芯片支持10/100/1000Mbps网络传输速率，通过RGMII接口跟ZU4EV系统的MAC层进行数据通信。RTL8211支持MDI/MDX自适应，各种速度自适应，Master/Slave自适应，支持MDIO总线进行PHY的寄存器管理。