FACE-ZU：基于FPGA的SOC高性能計算平臺

? ? ?FACE（FPGA Algorithm aCceleration Engine）FPGA算法加速開發引擎是基于FPGA可編程器件構建的一系列算法加速開發引擎平臺。其旨在通過借助FPGA與ARM靈活的軟硬件全可編程能力、并行算法實現以及動態可重構的特性搭配外圍大容量DDR3/DDR4存儲以及PCIe、QSFP、SATA等高速接口，助力高校和科研院所相關科研項目的算法開發與部署。

? ? ?FACE-ZU-15EG是FACE系列中的一員，FACE-ZU平臺同時搭載16nm工藝的ZYNQ UltraScale 器件以及28nm的ZYNQ-7000 全可編程器件。

FACE-ZU-15EG平臺的主要特征如下：

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? ?FACE-ZU 平臺

? ? ? 搭載FPGA主器件為：XCZU15EG-2FFVB1156I

? ? ? 板載FPGA協處理器件為：XC7Z015-2CLG485I；

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主要接口外設：

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? ?ZU側所掛外設（XCZU15EG-2FFVB1156I）：

? ? ? ? PS DDR4 SODIMM插槽，搭載8GB DDR4 2400Mhz內存條；

? ? ? ? PS 千兆以太網

? ? ? ? PS USB 3.0接口

? ? ? ? PS USB 2.0 x4 接口

? ? ? ? PS EMMC 8GB存儲器

? ? ? ? PS QSPI Flash 512MB存儲器

? ? ? ? PS Micro-SD卡槽

? ? ? ? PS USB-UART接口

? ? ? ? PS USB-JTAG接口

? ? ? ? PS PCIe（M.2）接口

? ? ? ? PL SFP+ 4個光接口

? ? ? ? PL FMC擴展連接器 5個

? ? ? ? ? FMC-A：4對GTH，6對LVDS

? ? ? ? ? FMC-B：4對GTH，34對LVDS

? ? ? ? ? FMC-C：4對GTH，34對LVDS

? ? ? ? ? FMC-D：4對GTH，34對LVDS

? ? ? ? ? FMC-E：4對GTH，34對LVDS

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Z7側所掛外設（XC7Z015-2CLG485I）：

? ? ?PS DDR3 1024MB存儲器；

? ? ?PS QSPI Flash 256MB存儲器

? ? ?PS 千兆以太網

? ? ?PS EMMC 8GB存儲器

? ? ?PS Micro-SD卡槽

? ? ?PS CAN接口2個

? ? ?PS USB-UART接口

? ? ?PS USB-JTAG接口

? ? ?PL FMC擴展連接器1個：4對GTH，34對LVDS

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典型參考案例：

??????? 硬件平臺介紹

??????? 硬件模塊

??????? 快速上手

??????? 開發流程介紹

??????? 開發框架

??????? 環境搭建

??????? Vivado流程

??????? HSI流程

??????? PetaLinux流程

??????? 部署

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?開發流程介紹-開發框架

??????? TE開發框架

??????? 支持一鍵創建Vivado設計

??????? 支持一鍵打開工程

??????? 支持一鍵編譯HSI軟件工程

??????? 支持一鍵生成配置文件

??????? 開發框架安裝

??????? 解壓框架安裝包至PC目錄

??????? Vivado開發環境安裝

??????? 安裝Vivado 2018.2 系統版本

??????? PetaLinux開發環境安裝

??????? 安裝PetaLinux 2018.2版本

??????? 需Linux OS下安裝，推薦Ubuntu16.04版本

?

??????? 開發框架安裝

??????? 解壓框架安裝包至PC目錄

??????? 開發框架配置

??????? 使用文本編輯器打開開發框架下的：design_basic_settings.cmd

??????? 指定Xilinx環境安裝路徑與版本信息

??????? （可選）指定7z.exe工具安裝路徑

??????? Petalinux安裝

??????? 參考Petalinux安裝手冊

??????? 安裝必備庫

??????? 安裝Petalinux

??????? 不得使用root用戶安裝

?

??????? 將Petalinux編譯結果copy至開發框架對應目錄下

??????? 在prebuild目錄boot_images下，HSI已將對應軟件（helloworld、uboot）編譯結果導出（BOOT.BIN文件）

??????? 將BOOT.BIN文件copy至SD卡即可啟動對應軟件

??????? 若啟動Petalinux則還需將上述Petalinux編譯結果一同copy至SD卡根目錄

?

??????? 將SD卡插入ZU Micro-SD卡槽

??????? 打開開關上電

??????? 接入USB公對公線纜至PC，啟動串口終端軟件

??????? 即可進入ZU Linuix系統

用戶手冊目錄

修訂記錄... 1

目錄... 2

圖片目錄... 3

表格目錄... 4

1.???? 概述... 5

1.1????????? 產品描述... 5

1.2????????? 平臺特性... 5

1.3????????? 功能框圖... 6

2.???? 平臺硬件介紹... 6

2.1????????? 主要規格... 6

2.2????????? 實物照片與資源... 8

3.???? 平臺資源詳述... 8

3.1????????? Zynq UltraScale+ XCZU15EG MPSoC.. 8

3.2????????? 電源... 10

3.3????????? 配置模式... 10

3.4????????? USB-JTAG/UART. 10

3.5????????? 時鐘... 10

3.6????????? DDR4 SODIMM... 11

3.7????????? QSPI Flash. 11

3.8????????? eMMC存儲... 12

3.9????????? MicroSD插槽... 14

3.10??????? EEPROM... 14

3.11??????? 千兆以太網... 15

3.12??????? PS M.2接口... 16

3.13??????? DisplayPort 17

3.14??????? USB2.0接口... 18

3.15??????? USB3.0接口... 18

3.16??????? SFP+.. 19

3.17??????? IIC擴展接口... 21

3.18??????? Zynq-7000協處理器系統... 23

3.18.1 ?器件型號... 23

3.18.2 ?配置模式... 24

3.18.3 ?時鐘... 24

3.18.4 ?USB-JTAG/UART. 24

3.18.5 ?PS DDR3. 25

3.18.6 ?QSPI Flash. 25

3.18.7 ?eMMC.. 26

3.18.8 ?MicroSD.. 26

3.18.9 ?Gigabit Ethernet 27

3.18.10 ?CAN.. 28

3.18.11 ?USER IO.. 29

3.18.12 ?GPIO.. 30

3.18.13 ?FAN.. 31

3.19??????? 信號互聯... 31

3.20??????? FMC.. 32

3.20.1 ?FMC-A.. 32

3.20.2 ?FMC-B. 33

3.20.3 ?FMC-C.. 36

3.20.4 ?FMC-D.. 38

3.20.5 ?FMC-E. 40

3.20.6 ?FMC-F. 43

4.???? 附錄... 45

4.1????????? Status LEDs. 45

圖片目錄

? ? ? ?圖 1 FACE-ZU

圖 2 FACE-ZU平臺框圖... 6

圖 3 FACE-ZU實物照片... 8

圖 4 ZYNQ MPSoC框圖... 9

圖 5 Dual QSPI Flash電路... 12

圖 6 eMMC電路圖... 13

圖 7 MicroSD接口電路圖... 14

圖 8 EEPROM... 15

圖 9 千兆以太網PHY接口電路... 15

圖 10 SSD接口電路... 16

圖 11 DisplayPort視頻顯示接口電路... 17

圖 12 USB3.0接口電路... 18

圖 13 SFP+接口電路... 19

圖 14 SFP+接口IIC信號擴展電路... 20

圖 15 SFP+控制信號IO擴展電路... 20

圖 16 SFP+控制信號IO擴展電路... 21

圖 17 IIC接口擴展電路... 21

圖 18 IIC I/O擴展電路... 21

圖 19 ZYNQ芯片資源... 23

圖 20 ZYNQ芯片資源... 23

圖 21 PS DDR3存儲器... 25

圖 22 QSPI Flash. 25

圖 23 eMMC電路... 26

圖 24 MicroSD卡接口... 27

圖 25 以太網PHY接口... 28

圖 26 CAN總線接口... 29

圖 27 16pin擴展接口J47. 30

圖 28 8pin擴展接口J48. 30

圖 29 SFP+與FMC_PRSNT信號擴展接口... 30

表格目錄

表 1 配置模式切換... 10

表 2 FACE-ZU用戶時鐘源... 10

表 3 QSPI Flash接口引腳... 12

表 4 用戶EEPROM... 15

表 5 千兆以太網接口引腳... 16

表 6 M.2接口引腳... 16

表 7 DisplayPort引腳... 17

表 8 USB2.0接口引腳... 18

表 9 SFP+引腳... 19

表 10 IIC接口擴展信號... 22

表 11 配置模式切換... 24

表 12 Zynq-7000時鐘源... 24

表 13 以太網接口引腳... 28

表 14 Zynq-7000用戶IO.. 29

表 15 Z7_IIC0接口引腳... 30

表 16 Z7_IIC0接口引腳... 31

表 17 FAN接口引腳... 31

表 18 FACE-ZU互聯信號... 31

表 19 FMC-A接口引腳... 32

表 20 FMC-B接口引腳... 33

表 21 FMC-C接口引腳... 36

表 22 FMC-D接口引腳... 38

表 23 FMC-E接口引腳... 40

表 24 FMC-F接口引腳... 43

表 25 Status LEDs