Dyplo 開發系統可以讓設計工程師很容易使FPGA進行硬件加速

作者：Steve Leibson, 賽靈思戰略營銷與業務規劃總監

荷蘭的Topic 公司幫助客戶開發了不同應用領域的嵌入式產品，包括醫療、工業、汽車、印刷、物流、以及半導體等。不管是哪個行業，由于市場競爭的壓力迫使產品研發周期縮短，并且能夠快速推向市場。Topic（有時候也稱TEP）決定創建一個操作系統擴展板，即基于賽靈思Zynq SoC的開發板來使自己和客戶都能夠大大的加速嵌入式開發！

Dyplo ，世界上第一個將FPGA和CPU集成的操作系統擴展板

基于Xilinx Zynq Z7015或Z7030 SoC的邁阿密 SOM

基于邁阿密嵌入式開發的開發工具包

為邁阿密SOM設計的弗羅里達系列接口板

客戶可縮短20%到30%的開發周期

Dyplo OS擴展板與賽靈思的VIVADO設計工具進行無縫對接，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作為軟件操作系統的部分,從應用層提取硬件并且在運行時動態管理硬件和軟件配置來實現系統性能優化和節省功耗，克服了僅處理器才能實現的難題。通過這種方式，Dyplo可以讓Zynq的軟件工程師可以像開發常規軟件一樣的去使用FPGA集成的功能。根據Rene Zenden,Topic嵌入式系統架構師兼聯合創始人的觀點,客戶在使用Topic Dyplo工具的開發周期可以減少20%到30%。

Dyplo的基本使用、功能、以及優點，我們可以通過一個參考設計使用Topic的開發套件來演示。這讓工程師看到如何使用普通軟件編程語言開發和啟動他們的設計，并且非常容易從軟件領域轉換到FPGA邏輯領域。這個演示程序生動地說明，在芯片工作時，一些濾波器如何能夠在軟件和硬件之間進行簡單的切換，即通過點擊屏幕將濾波器從軟件陣列拖到硬件陣列。Dylpo能夠自動保持同嵌入式設計的信號連接性。Zenden解釋道：

Zynq SoC 的CPU是一個非常強大的CPU。盡管你可以單獨使用CPU做很多事。但是很多時候，我們為客戶設計系統，都是將CPU和FPGA結合起來使用。我們不需要專門的Zynq知識，也不需要知道整個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參考設計，按照Dyplo的設計流程，轉換成HDL代碼 。Zenden解釋道：

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

用來啟動設計的開發套件

正如上文所提到的，這個開發套件是一個原型系統，包括了一個可維護的Linux發行版和BSP，以及專用Zynq的Dyplo OS擴展板（驅動已經實現）。這種從基于Zynq嵌入式開發到純軟件開發的轉變可以使你反復地直接從軟件中使用一個選項來建立一個你需要的新FPGA功能。這種工具有兩種類型：一個完整的醫療開發平臺和一個通用開發平臺。

Zynq使Dyplo的實現變得容易多了

Dyplo的目標硬件平臺是CPU和FPGA組合。以Zynq平臺作為例子，最能體驗Dyplo獨特魅力。Zynq芯片是集成在了Topic的邁阿密SOM上。邁阿密SOM是針對當前高性能的嵌入式系統提供的集成度高同時緊湊而且現成的處理解決方案。這個邁阿密SOM包括了一顆Zynq Z7015或者Z7030 SoC、512M字節的LPDDR3-533SDRAM、64M字節的QSPI 閃存、以及256M字節的NAND flash存儲器、還有為安全的sha - 256加密存儲而準備的一個4kbit的 EEPROM，一個板載USB2.0 OTG端口，一個 10/100/1000Mbit/s 的以太網接口，一個JTAG接口，基于一個通用的3.3 v電源輸入的板載電壓調節器。所有這些板載功能加起來，整個邁阿密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

在開發這三個嵌入式產品中，賽靈思的Zynq SoC到底有多重要呢？Zenden是這么說的：

Zynq 使得Dyplo的實現更加容易。它是一個推動者，因為現在所有東西都在同一個包。這個平臺現在可以跑Linux了。

集成的CPU，FPGA以及軟件使得我們實現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的性能擴展成了一個操作系統。它是一個驅動者。它的集成可看作是一個內核的補丁。

Linux的啟動大約只需1秒，圖形界面以及驅動和應用從SD卡啟動需要8s,我們可以使用雙核（一種Linux對稱式處理器的配置），并且當你在兩個內核之間切換的時候，你可以看到性能有明顯的改善。

盡管有大量的 IO需要引到Topic的邁阿密 SOM，公司還是不余遺力的進一步擴展它的嵌入式開發套件。因為它同時為邁阿密SOM 開發了越來越多的 弗羅里達 I/O轉接板來面對不同的應用市場。目前有三種不同風格的板子：一種是普通版本，一種是醫療版本帶額外的模擬傳感器，另外一種是PCI-e板子。每個弗羅里達 I/O接口板，都有SD卡接口，以太網接口，wifi接口，藍牙接口，Zigbee，兩個SATA接口，USB OTG，串口，HDM輸入，HDMI輸出，以及GPIO。

還有一個連接器插入AMS(模擬)擴展板。因此，弗羅里達接口板能力超強，遠遠超過任何一個單獨的產品，但卻非常適合這種開發平臺。

當客戶看到這個平臺，他們一定會深深地被他吸引

醫療版本的弗羅里達接口板包括了兩個 TI的 ADS1298 ,8通道，24bit的ADC芯片。前端還集成了ECG，這些ADC專門為EEG，EMG以及ECG應用（大腦，肌肉，耳朵）。普通的弗羅里達 I/O接口板和醫療版本的類似，除了沒有TI的ADC芯片之外。弗羅里達 PCI-e板子包括了4路 PCI-e接口并且由主機PC端供電。

Zenden 繼續說道：

“在Zynq出來之前，因為硬件編程的難題，我們會攻擊這樣的設計，很難去開發硬件和軟件使得這兩者可以共同解決問題。這就是我們為啥開發Dyplo。過去，我們耗費了太多的時間去開發一個硬件和軟件之間好的接口”

Dyplo的開發，基于Zynq的開發工具和邁阿密以及弗羅里達硬件使Topic開發新客戶變得更加容易。

我們已經和幾家準備使用這個開發套件的醫療公司談妥了，我們將開始探索Zynq和Dyplo在模擬領域的能力！因此這個平臺給我們打開了通往Dyplo和Zynq設計雙贏的大門。當客戶看到這個平臺的產品——Dyplo、邁阿密、弗羅里達，特別是看到這個產品如此簡單易用，他們絕對會相當震撼！

客戶現在發現我們是因為我們有這個平臺。他們問我是否他們可以使用這個平臺來開啟他們自己的工程呢，那是相當可以” Zenden總結地說。

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