Xilinx高級(jí)總監(jiān) : Patrick Lysaght 在ACA 2018 全國(guó)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)年會(huì)上正式發(fā)布PYNQ-Z2

Python on ZYNQ 讓大一學(xué)生也能輕松搭建高性能嵌入式系統(tǒng)

PYNQ即Python on ZYNQ，使用Python語(yǔ)言和庫(kù)，設(shè)計(jì)人員可以利用Zynq中可編程邏輯和微處理器的優(yōu)勢(shì)來(lái)快速構(gòu)建高性能的嵌入式應(yīng)用程序。

PYNQ-Z2的硬件平臺(tái)以Xilinx ZYNQ SoC為核心，而Arm與FPGA的異構(gòu)系統(tǒng)是創(chuàng)建高性能嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)也是與市面上眾多嵌入式平臺(tái)最大的不同之處。本臺(tái)有別于一般傳統(tǒng)的ZYNQ開(kāi)發(fā)平臺(tái)，PYNQ-Z2支持Python 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，同時(shí)也可以采用傳統(tǒng)的Xilinx Vivado 開(kāi)發(fā)工具流程平臺(tái)開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用， PYNQ-Z2具有極豐富實(shí)用的外設(shè)，比如千兆以太網(wǎng)口、USB、UART、HDMI輸入/輸出、數(shù)字音頻輸入/輸出、大容量DDR，LED、按鍵、開(kāi)關(guān)等，還提供了兼容Ardunio、RPi、Pmod的擴(kuò)展接口, 是創(chuàng)客Maker、學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐的最佳選擇，也適合大一到大四的本科生當(dāng)FPGA口袋實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

Xilinx PYNQ項(xiàng)目，讓非傳統(tǒng)FPGA用戶也能輕松開(kāi)發(fā)FPGA

PYNQ基于其支持框架可以面向多種應(yīng)用場(chǎng)景適合多種領(lǐng)域的專家使用，并向硬件工程師、軟件工程師、數(shù)據(jù)工程師提供了各自合適的開(kāi)發(fā)環(huán)境與手段。

基于Web訪問(wèn)的Jupyter Notebook在線編輯工具

PYNQ硬件結(jié)構(gòu)示意圖

PYNQ-Z2最重要的特點(diǎn)是可以使用Python進(jìn)行編程，并且提供了基于Web訪問(wèn)的Jupyter Notebook在線編輯工具。運(yùn)行在Arm處理器上的嵌入式Linux系統(tǒng)為PYNQ提供了軟件基礎(chǔ)平臺(tái)，Python環(huán)境、Jupyter Notebook工具都在其上。

整個(gè)FPGA部分的設(shè)計(jì)被稱為Overlay，可面向多用戶、多應(yīng)用生成不同的Bitstream文件，支持通過(guò)軟件API進(jìn)行調(diào)用，動(dòng)態(tài)的切換FPGA上的邏輯功能。

PYNQ的API庫(kù)則起到了連接軟硬件的作用，使我們可以通過(guò)Python訪問(wèn)FPGA側(cè)的處理單元。最終，只要我們通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)Jupyter Notebook，就可以對(duì)PYNQ進(jìn)行軟件部分的開(kāi)發(fā)。

PYNQ軟件層次圖

Jupyter Notebook是一個(gè)基于瀏覽器的交互式開(kāi)發(fā)環(huán)境，基于Python內(nèi)核和Websocket協(xié)議，運(yùn)行在Tornado Web服務(wù)器上。它提供了一個(gè)環(huán)境，你可以在其中記錄代碼，運(yùn)行代碼，查看結(jié)果，可視化數(shù)據(jù)并在查看輸出結(jié)果。這些特性使其成為一款執(zhí)行端到端數(shù)據(jù)科學(xué)工作流程的便捷工具，可以用于數(shù)據(jù)清理，統(tǒng)計(jì)建模，構(gòu)建和訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，可視化數(shù)據(jù)以及許多其他用途。通過(guò)Jupyter創(chuàng)建的交互式筆記本文檔，支持實(shí)時(shí)代碼，交互式小部件，繪圖，Markdown，方程式，圖像和視頻。該工具近年來(lái)成為大數(shù)據(jù)分析以及機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域最火熱的工具之一，近三年github上傳的notebook文檔數(shù)量超過(guò)230萬(wàn)份！

PYNQ框架構(gòu)成