Dyplo 開發(fā)系統(tǒng)可以讓設(shè)計(jì)工程師很容易使FPGA進(jìn)行硬件加速

作者：Steve Leibson, 賽靈思戰(zhàn)略營(yíng)銷與業(yè)務(wù)規(guī)劃總監(jiān)

荷蘭的Topic 公司幫助客戶開發(fā)了不同應(yīng)用領(lǐng)域的嵌入式產(chǎn)品，包括醫(yī)療、工業(yè)、汽車、印刷、物流、以及半導(dǎo)體等。不管是哪個(gè)行業(yè)，由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力迫使產(chǎn)品研發(fā)周期縮短，并且能夠快速推向市場(chǎng)。Topic（有時(shí)候也稱TEP）決定創(chuàng)建一個(gè)操作系統(tǒng)擴(kuò)展板，即基于賽靈思Zynq SoC的開發(fā)板來使自己和客戶都能夠大大的加速嵌入式開發(fā)！

Dyplo ，世界上第一個(gè)將FPGA和CPU集成的操作系統(tǒng)擴(kuò)展板

基于Xilinx Zynq Z7015或Z7030 SoC的邁阿密 SOM

基于邁阿密嵌入式開發(fā)的開發(fā)工具包

為邁阿密SOM設(shè)計(jì)的弗羅里達(dá)系列接口板

客戶可縮短20%到30%的開發(fā)周期

Dyplo OS擴(kuò)展板與賽靈思的VIVADO設(shè)計(jì)工具進(jìn)行無縫對(duì)接，利用HLS(High Level Synthesis )和部分重配置功能生成所有必要的硬件或軟件程序文件。然后，Dyplo作為軟件操作系統(tǒng)的部分,從應(yīng)用層提取硬件并且在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)管理硬件和軟件配置來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能優(yōu)化和節(jié)省功耗，克服了僅處理器才能實(shí)現(xiàn)的難題。通過這種方式，Dyplo可以讓Zynq的軟件工程師可以像開發(fā)常規(guī)軟件一樣的去使用FPGA集成的功能。根據(jù)Rene Zenden,Topic嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)師兼聯(lián)合創(chuàng)始人的觀點(diǎn),客戶在使用Topic Dyplo工具的開發(fā)周期可以減少20%到30%。

Dyplo的基本使用、功能、以及優(yōu)點(diǎn)，我們可以通過一個(gè)參考設(shè)計(jì)使用Topic的開發(fā)套件來演示。這讓工程師看到如何使用普通軟件編程語言開發(fā)和啟動(dòng)他們的設(shè)計(jì)，并且非常容易從軟件領(lǐng)域轉(zhuǎn)換到FPGA邏輯領(lǐng)域。這個(gè)演示程序生動(dòng)地說明，在芯片工作時(shí)，一些濾波器如何能夠在軟件和硬件之間進(jìn)行簡(jiǎn)單的切換，即通過點(diǎn)擊屏幕將濾波器從軟件陣列拖到硬件陣列。Dylpo能夠自動(dòng)保持同嵌入式設(shè)計(jì)的信號(hào)連接性。Zenden解釋道：

Zynq SoC 的CPU是一個(gè)非常強(qiáng)大的CPU。盡管你可以單獨(dú)使用CPU做很多事。但是很多時(shí)候，我們?yōu)榭蛻粼O(shè)計(jì)系統(tǒng)，都是將CPU和FPGA結(jié)合起來使用。我們不需要專門的Zynq知識(shí)，也不需要知道整個(gè)Linux要多少堆棧。只需要使用C語言去編寫你的功能模塊。

如果需要的話，客戶可以添加他們自己的濾波器到這個(gè)參考設(shè)計(jì)，按照Dyplo的設(shè)計(jì)流程，轉(zhuǎn)換成HDL代碼 。Zenden解釋道：

“對(duì)于軟件濾波器。我們編譯C代碼。對(duì)于硬件濾波器，我們生成VHDL，如果有現(xiàn)成的用VHDL編寫的濾波器，也可以直接使用”

用來啟動(dòng)設(shè)計(jì)的開發(fā)套件

正如上文所提到的，這個(gè)開發(fā)套件是一個(gè)原型系統(tǒng)，包括了一個(gè)可維護(hù)的Linux發(fā)行版和BSP，以及專用Zynq的Dyplo OS擴(kuò)展板（驅(qū)動(dòng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)）。這種從基于Zynq嵌入式開發(fā)到純軟件開發(fā)的轉(zhuǎn)變可以使你反復(fù)地直接從軟件中使用一個(gè)選項(xiàng)來建立一個(gè)你需要的新FPGA功能。這種工具有兩種類型：一個(gè)完整的醫(yī)療開發(fā)平臺(tái)和一個(gè)通用開發(fā)平臺(tái)。

Zynq使Dyplo的實(shí)現(xiàn)變得容易多了

Dyplo的目標(biāo)硬件平臺(tái)是CPU和FPGA組合。以Zynq平臺(tái)作為例子，最能體驗(yàn)Dyplo獨(dú)特魅力。Zynq芯片是集成在了Topic的邁阿密SOM上。邁阿密SOM是針對(duì)當(dāng)前高性能的嵌入式系統(tǒng)提供的集成度高同時(shí)緊湊而且現(xiàn)成的處理解決方案。這個(gè)邁阿密SOM包括了一顆Zynq Z7015或者Z7030 SoC、512M字節(jié)的LPDDR3-533SDRAM、64M字節(jié)的QSPI 閃存、以及256M字節(jié)的NAND flash存儲(chǔ)器、還有為安全的sha - 256加密存儲(chǔ)而準(zhǔn)備的一個(gè)4kbit的 EEPROM，一個(gè)板載USB2.0 OTG端口，一個(gè) 10/100/1000Mbit/s 的以太網(wǎng)接口，一個(gè)JTAG接口，基于一個(gè)通用的3.3 v電源輸入的板載電壓調(diào)節(jié)器。所有這些板載功能加起來，整個(gè)邁阿密SOM也只有65x68mm大小。這么緊湊的主要原因是我們用了高度集成的Zynq SoC。

Topic 的嵌入式的緊湊的，基于Zynq的邁阿密SOM，大小只有65x68.4mm

在開發(fā)這三個(gè)嵌入式產(chǎn)品中，賽靈思的Zynq SoC到底有多重要呢？Zenden是這么說的：

Zynq 使得Dyplo的實(shí)現(xiàn)更加容易。它是一個(gè)推動(dòng)者，因?yàn)楝F(xiàn)在所有東西都在同一個(gè)包。這個(gè)平臺(tái)現(xiàn)在可以跑Linux了。

集成的CPU，F(xiàn)PGA以及軟件使得我們實(shí)現(xiàn)Dyplo是如此的easy。Linux也是我們使用Zynq的原因。Dyplo可以使用Linux中的POSIX接口。我們利用FPGA的性能擴(kuò)展成了一個(gè)操作系統(tǒng)。它是一個(gè)驅(qū)動(dòng)者。它的集成可看作是一個(gè)內(nèi)核的補(bǔ)丁。