Мастерство PYNQ Board: полное руководство по программируемым проектам

Множество способов строить программируемые электронные проекты. Популярны Arduino или Raspberry Pi. Но для легкого доступа к платформам Xilinx — нужна PYNQ-плата.

PYNQ открывает новые возможности программирования при строительстве электронных проектов.

Как работает плата? Статья: что такое PYNQ, как использовать, проекты, и больше.

Начинаем!

Что такое PYNQ Board?

PYNQ-Z1

PYNQ-платы — отладочные платы, использующие PYNQ-фреймворк. PYNQ — проект Xilinx для работы с их платформами. Легко для дизайнеров.

Основной язык — Python и его библиотеки. Дизайнеры используют это для уникальных проектов.

PYNQ-Z1

Дизайн совместим с PYNQ-фреймворком. SoC платы разрабатывается на Python.

Дизайн похож на Xilinx Zynq-7000 SoC. Сочетает программируемость FPGA с мощным двухъядерным процессором.

PYNQ-Z2

FPGA-основанная плата вокруг ZYNQ XC7Z020. PYNQ-поддержка позволяет embedded-программистам полностью исследовать Xilinx ZYNQ SoC без ограничений.

PYNQ-ZU

Дизайн интенсивно поддерживает PYNQ. Базируется на Xilinx Zynq Ultrascale+. Несколько фич и интерфейсов расширения для работы с другими отладочными платами.

Особенности PYNQ-Z1

PYNQ-Z1 — передовая SoC-платформа разработки, мощная и легко программируемая. Железо и софт предлагают исключительные фичи, привлекательные для дизайнеров, embedded-программистов.

Железо: Pmod-порты, HDMI in/out, аудио выход, onboard I/O, связь (USB, Ethernet), Arduino-хедеры. Всё это делает PYNQ-Z1 кастомизируемым и универсальным.

Идеален для: IoT, ускорение встроенных вычислений, компьютерное зрение, шифрование, промышленный контроль.

Софт PYNQ-Z1 тоже впечатляет. Использует открытый PYNQ-фреймворк.

Загрузка PYNQ-Z1 с microSD. Свободно скачивается, легко копируется на SD. Можно купить SD с предустановленным образом.

Дизайнеры могут использовать Vivado Design Suite Xilinx для добавления новых библиотек железа — бесплатно.

Как использовать PYNQ?

Хорошая новость — просто. Но сначала настройте плату.

Что нужно

• Плата PYNQ-Z1
• Micro-SD карта (пустая или с образом)
• Компьютер с поддерживаемым браузером
• Micro USB кабель
• Ethernet-кабель

Настройка Micro-SD карты

Micro-SD Card

Можно купить предустановленную SD-карту онлайн. Если пустая — шаги:

1. Скачайте PYNQ-Z1 boot image.
2. Распакуйте zip-архив.
3. Запишите образ на SD (рекомендуем минимум 8 ГБ).

Готово — PYNQ образ готов к загрузке.

Настройка платы

Легко настраивается PYNQ-Z1 за 6 шагов:

1. Установите загрузку с SD: джампер boot на два верхних пина JP4 (позиция SD).
2. Питание: USB-кабель или 12В стабилизатор. Для USB — джампер питания на два верхних пина. Для 12В — джампер на REG.
3. Вставьте загруженную SD-карту. Слот под платой.

PYNQ SD Card Slot

4. USB-кабель: компьютер → PYNQ-Z1 (USB порт — PROG UART).

PYNQ-Z1 USB Port

5. Подключите Ethernet-кабель. Детально ниже.
6. Включите PYNQ-Z1. Если не знаете как — инструкции ниже.

Настройка Ethernet

Два способа: через сетевой роутер или компьютер.

Рекомендуем роутер — плата получит обновления и новые пакеты.

Подключение к сетевому роутеру

Network Router

Плата получит IP-адрес. Нужен доступ к сети. Иначе — сетевые проблемы.

Как подключиться к роутеру/DHCP:

1. PYNQ-Z1 → роутер/свитч Ethernet-кабелем.
2. Компьютер → тот же роутер/свитч (Wi-Fi или Ethernet).
3. Перейдите по адресу: https://pynq:9090/ для Jupyter Notebooks.

Совет: можно сменить Hostname или настроить прокси. Не обязательно.

Подключение к компьютеру

Ethernet Port Connection

Нужен Ethernet-порт на компьютере и права на изменение сетевого интерфейса.

Прямое использование PYNQ. Но без интернета — нет обновлений и новых пакетов.

Как подключиться:

1. Установите статический IP на компьютере.
2. Ethernet-кабель: плата → компьютер.
3. Адрес: https://192.168.2.99:9090/ для Jupyter Notebooks.

Pro Tip: можно дать плате интернет через бриджинг Ethernet платы к интернету компьютера.

Включение PYNQ-Z1

Переключите питание, проверьте красный LED — питание есть. Подождите несколько секунд — зеленый/желтый LED: Zynq работает.

Потом: два синих LED мигают, четыре зеленых/желтых горят постоянно. Система готова.

LED Indicators

Подключение к Jupyter Notebooks

Способ подключения определяет адрес. После перехода по адресу в браузере — страница входа. Логин/пароль: Xilinx.

Смена hostname или статического IP → смена веб-адреса для Jupyter.

PYNQ vs ZYNQ

ZYNQ SoC

ZYNQ объединяет программируемое FPGA железо и ARM-процессор в одном SoC. PYNQ основан на ZYNQ, но добавляет программирование на Python и его библиотеках.

Как PYNQ доставляется для ZYNQ-плат?

Два способа: загрузочный Linux-образ с PYNQ python-пакетом, или python-пакет для хост-компьютеров (AWS-F1).

Примеры проектов

Примеры PYNQ-Z1:

• Xilinx PYNQ Computer Vision
• PYNQ BOT
• PYNQ Repository
• Deep Learning (PYNQ)
• Networking (PYNQ)

PYNQ FPGA

PYNQ позволяет дизайнерам и embedded-программистам использовать FPGA через Python и Jupyter notebooks.

Подведение итогов

PYNQ-платы отличаются от других отладочных плат. Впечатляющее железо и софт, решают продвинутые задачи: глубокое обучение, компьютерное зрение.

Computer Vision

Интуитивный Python делает программирование и строительство проектов легкими.

Как вам PYNQ-платы? Нужна помощь с покупкой? Обращайтесь к нам.