(2)PYNQ:使用python进行FPGA开发

前言

PYNQ 就是python+ZYNQ的意思,简单来说就是使用python在Xilinx 的ZYNQ平台上进行开发。是Xilinx开发的一个新的开源框架,使嵌入式编程人员能够在无需设计可编程逻辑电路的情况下即可充分发挥 Xilinx Zynq All Programmable SoC(APSoC)的功能。

PYNQ-Z2开发板是最近刚推出的低成本的支持PYQN开发环境的demo板。淘宝上单板售价是950RMB,买套装的需要一千多,如果各种必要配件手里都有的话,买单板就行了。最近北美天然气价格暴涨,鄙人小赚一笔,用收益入手了一块!感谢北美人民的取暖费!
就是下面这款骚气十足的板子。

                                                                                      PYNQ-Z2.JPG

一、环境搭建


1.1.下载映像文件
PYNQ-Z2映像文件是一个可启动的Linux映像,包括PYNQ Python包和其它开源包,可以从PYNQ-Z2官网下载到。

下载与板子适配的PYNQ-Z2版本映像文件:http://www.tul.com.tw/ProductsPYNQ-Z2.html

1.2.SD中烧录映像文件
开源工具Win32diskimager可以将原始磁盘映像写入可移动设备中,在嵌入式开发中经常会用到,比如Android或者Ubuntu on Arm等,在此使用这个工具将映像文件烧录到SD卡中(SD卡至少8GB)。https://sourceforge.net/projects/win32diskimager/


2.开发板环境配置
2.1.启动方式
首先将已经烧录好PYNQ-Z2映像文件的SD卡插入开发板卡槽中,然后通过右上角BOOT跳线帽选择从SD卡启动。


2.2.网络
开发板连接到网络后可以更新软件包,需要通过以太网电缆连接到一台可以上网的路由器上。


2.3.电源
开发板支持两种供电方式,一种是USB供电,同时作串口使用,一种是12v电源供电,根据左下角跳线帽

资源下载链接为: https://pan.quark.cn/s/1bfadf00ae14 近年来,PythonFPGA开发的结合成为一种创新的开发方式。通过Python实现FPGA开发,可显著提升开发效率,让非硬件背景的工程师也能参与其中。FPGA是一种可编程集成电路,传统开发依赖于硬件描述语言(HDL),如VHDL和Verilog,这些语言灵活但学习难度大,开发过程复杂且耗时。尽管一些厂商推出了基于C语言的高级综合工具,但硬件设计经验仍不可或缺。 Python作为一种高级编程语言,以简洁易读著称,但其性能不如编译型语言,尤其在硬件领域。为了将Python应用于FPGA开发,研究人员探索了软硬件结合的方法。PYNQ是一个开源的Python框架,专为Xilinx Zynq SoC设计,基于Jupyter Notebook,提供Python API,允许开发者通过Python脚本控制FPGA硬件资源。它支持多种功能,如驱动微Blaze处理器核、图像滤波和软逻辑GPU等。开发者无需深入了解FPGA底层细节,即可实现硬件操作。 然而,PYNQ也有局限性。它目前不支持高级综合,无法直接将Python应用移植到FPGA硬件中,用户逻辑仍需通过传统设计流程创建和综合。高级综合通常需要将高级语言代码转换为HDL,然后在硬件开发工具中实现。尽管如此,PYNQ仍显著降低了开发门槛,简化了硬件配置流程,支持多种接口和视频流交互。但开发者仍需学习一定的硬件知识,结合C语言和HDL完成特定优化或进一步开发。 在实际应用中,PYNQ在降低开发难度、加速原型设计和验证方面发挥了重要作用,尤其在教育和研究领域。Python+FPGA的结合借助PYNQ等框架,正在改变FPGA开发的面貌,推动其在软件开发人员中的普及。未来,随着工具和方法的完善,Python+FPGA有望在人工智能、机器视觉、工业自动化等需
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