Jaya 本期帶來的開發板是ALINX 基于Xilinx Zynq ultraScale+ MPSoC的異構FPGA開發板ALINX AXU2CGA/AXU2CGB。這兩塊開發板的區別是：AXU2CGA是2片DDR4 32bit的，不帶EMMC；而AXU2CGB是4片DDR4 64bit的，帶EMMC，因此本文主要評測的是AXU2CGB 開發板。

盡管板卡使用的使XCZU2CG 使Xilinx Zynq ultraScale+ 系列的丐版，但是拿來上手Xilinx Zynq ultraScale+ 系列FPGA再適合不過。

我們先來開箱，看下AXU2CGB開發板，簡單的了解開發板的整體套件組成。先來看外包裝。

外包裝相對樸實了一點，不像AXU3CG的主板外包裝，標準硬紙殼，少了黑色底金色logo的氣質。不過整體來說，還在中規中矩的范圍范圍，內部加了海綿進行緩沖，外包裝的紙盒也是比較硬朗的那種，對板子的保護性能來說不必黑底金字的包裝差，只是看起來沒有那么高大上。畢竟價格還不到對方的三分之一，想要同等待遇，確實有點過分。

OK就說到這，我們看下套件的組成，雖然外包裝有點縮水，不過我們買板子最重要的當然不是看外包裝玩對吧，我們最關注的肯定是板子和配套的的器件對吧！把包裝盒打開來看看！器件的已經拿出來了，首先我們最關注的核心板被包裝盒的海綿保護的好好的，絲毫不用擔心，線看看其他的配件，這些配件還是老樣子，除了開發板，ALINX的配套器件基本一樣，一套Jtag的調試器，一根USB MINI 轉Tyep A口的數據線，一個12V 3A的電源，一個川宇藍白相間的讀卡器，保修卡，以及和調試器配套的線材，與AXU3CG開發板相比，唯獨的區別就是AXU3CG 適用的是一個風扇作為開發板的散熱，而AXU2CGB開發板是用的一個很大塊的散熱片。對于ZYNQ UltraScale+ 系列的板卡來說，功耗可以達，也可以相對較小，主要差異就是邏輯資源使用的多少，邏輯資源使用的越多，那么需要的瞬間功耗也就會越大，如果電源無法支撐，就會無法運行，一般情況下損壞的概率還是不大的。所以電源的動態響應要高一些。

這里呢，簡單的說配件，其實從個人使用習慣來說，比較希望板卡的最多插三根線，一個根電源線，一根網線，一根串口線，當然串口可以和電源合并當然最好。ALINX大大給提供的配件中包含JTAG，我也在思考ALINX 大大為什么不把JTAG坐在板卡上呢？，做在板子上，如果使用FT2232的方案，就可以將串口和JTAG同時從要給USB MINI 口引入，對于我們這種懶癌重度患者起步美哉？后面小編仔細的想了下，分離的JTAG有分離的好處，首先就是成本的問題，這個成本是針對用戶來說的，如果我們手中有了一個ALINX JTAG的調試器，這樣就可以使用這個調試器調試n多塊擁有JTAG的板子，這些板子也不需要板載調試器，學習的成本就會節省。其次呢，我們使用的Zynq系列的開發板，這系列的芯片最主要的特性就是包含了FPGA和ARM SoC兩個部分，FPGA的調試是使用JTAG比較方便，不過到了ARM的部分，JTAG就沒有那么重要了，多數的PS 端開發，完全不需要使用JTAG，so ALINX 大大這樣做是有充分思考的，JTAG CABLE 使用的都是標準JTAG接口，一個是2.54mm 的兩一個是2.0mm 的，可以相容大多數FPGA的板卡，即使少部分不相容可以使用2.54的排針進行端口轉接。

然后就是串口線的部分，現在來說Type C大行其道，逐步成為外設接口的主流，在USB3.2的協議中明確規定將不再支持USB YTPE A ，TYPE B，以及所衍生的MINI USB 和MICRO USB 接口，ALINX 大大可能進展還沒那么沒有跟上，不過我相信，也許新的版本上就會更新的Tyep C版本的開發，一根線橫掃供電和通信。其他的部分JAYA沒什么感覺畢竟都是ALINX 大大驗證過的標準備件。

下面就是我們開發板的主題，這次的AXU2CGB 開發板，可以算是面向學習者的入門級開發板，作為入門級的開發板，ALINX AXU2CGB 開發板可以算是把入門FPGA的基礎資源準備的一應俱全，當然對于入門級開發板來說，是以學習為主，相關的擴展性會稍微差一點，成本也會更低些，重要體現在，ALINX AXU2CGB 開發板，并沒有使用核心板加擴展板的方案，也就是說這款開發板的核心器件是不可以更換的，在項目中，如果評估的不完善，或者需要加入新的模塊，原本的開發板可能會出現資源不夠的情況，這時候就可以通過更換核心板而將系統的資源再次擴展，當然對于學習來說這個部分的意義不大。

下面我就來看下我們的這塊入門級開發板的硬件按配置，接口如下圖，整體來說接口很完善，常見的接口，十分適合初學者與有一定FPGA基礎的童鞋學習玩耍。

我先從硬件來開始分析分析這款款開發板，看看入門級別的開發板的用料到底怎么樣，我們從最基礎的結構開始逐步向外發散到接口，分析下板卡的用料。

最基礎的結構都包括什么呢？這個問題非常簡單，在整個系統中，沒了哪些部分整個系統將會無法運行呢？那么這些就整個系統的最基礎的部分，比如電源，時鐘，存儲，處理器這幾樣，如果少了些系統時不會跑得起來的。下面我們來看下具體的位置。

如上圖，紅框內遍布著大量電感的部分就是本次入門級開發板的供電部分，也就是開發板的心臟，由心臟來提供電能給整塊板卡，使整塊板卡運動起來，對于FPGA來說，對于電源的要求是比較高的，因為FPGA啟動的瞬間會有超多的邏輯在一瞬間動起來，這里就是考驗一個電源實力的時刻，并且由于Zynq 集成了FPGA 和ARM 硬核的原因，需要的電源數量也是極其的多。這里我們課可以看間ALINX 大大，使用了一塊來自TI 德州儀器半導體的TPS650864 多軌可調的PMU（power management unit）。使用電源管理電源的好處是整體電源結構比較集中，可以提高電源密度，并且在德州儀器半導體的加持下電源的質量是不用擔心的。這顆TPS650864 多軌可調PMU 適用于多核處理器，FPGA，以及整套系統。

可以看見這周圍的電路比較復雜，附一張Spec中的結構圖紙。

圖中的黃色部分是AXU2CGB 入門開發板的DDR 部分：

AXU2CGA板上PS端配有2片Micron（美光）的共1GB的DDR4芯片，型號為MT40A512M16LY-062EIT，組成32位數據總線帶寬和1GB的容量。AXU2CGB板上PS端配有4片Micron（美光）的1GB的DDR4芯片，型號為MT40A512M16LY-062EIT，組成64位數據總線帶寬和2GB的容量。PS端的DDR4 SDRAM的最高運行速度可達1200MHz（數據速率2400Mbps）。

如圖中，綠色部分位是eMMC，AXU2CGB 配有一片來自江波龍半導體，容量為 8GB 的 eMMC FLASH 芯片。eMMC FLASH 連接到 ZYNQ UltraScale+的 PS 部分 BANK500 的 GPIO 口上。

橙色的部分是SILICON LABS的時鐘芯片Si5332B，Si5332B 任意頻率時鐘發生器提供高集成水平，可在 ADAS、信息娛樂和自主駕駛硬件平臺中實現完整時鐘樹整合。可以任意輸出范圍為 10 – 200M頻率，該設備具有 MultiSynth? 分數和整數分頻器，可同時輸出多達 8 種不同的時鐘。

然后最后的主要就器件就是我們的MPSoC，Zynq UltraScale+ CG核心芯片了，這里ALINX提供了我們兩種規格的核心板，分別是AXU2CGA，以及AXU2CGB。兩塊入門級開發板參數對比如下表：

MPSoC均采用XCZU2CG，相關資源如下圖：核心部分是適用雙核的ARM Cortex-A53，1.2GHz，和雙核的Cortex-R5，500MHz。

這樣板子的上核心器件我們簡單的介紹完畢，下面就是怎么板卡的接口，如果我們想要和FPGA 或者ARM愉快的玩耍就離不開板卡的外設，想實現一些有趣的功能也少不了與接口的互動，板子上的接口主要包含DP接口，PCIE接口，MIPI接口，USB3.0接口，MINI USB 串口接口，千兆以太網RJ45接口，JTAG接口，EEPROM，SD卡接口，以及我們剛剛開始接觸板卡的第一程序，4個LED燈，以及4個用戶Button，和撥碼開關，以及Reset Button。整體尺寸為85mm * 100mm，相對來說在FPGA 開發板的族群里算是比較苗條的了，同時還可以給我們提供足夠的暢玩空間。

對于JTAG的接口來說，是我們玩耍PL端的所不能或缺的，ALINX適用的是標準的jtag接口，通過連接JTAG接口就可以對PL 以及PS的運行狀態進行監控。

撥碼開關的部分，主要用來配置ALINX AXU2CGB 開發板的啟動模式，具體的配置方法如下表：

LED，BUTTON均位于JTAG接口的上面，BUTTON的按鍵因為有一個較高的JTAG接口在當著，按下時會比較費事，應該是板卡的密度太高，周邊都被豐富的接口堵住，導致按鍵BUTTON沒有了板邊的空間。相應的，每個BUTTON上都有相關的絲印。只是部分被JTAG接口蓋上，但是基本不妨礙我們來閱讀，還是給好評的。

MINI DP 接口為于USB 3.0右邊，AXU2CGA/B 帶有 1 路 MINI 型的 DisplayPort 輸出顯示接口，用于視頻圖像的顯示，最高支持 4K x 2K@30Fps 輸出。ZU2CG PS MGT 的 LANE0 和 LANE1 的 TX 信號以差分信號方式連接到 DP 連接器。DisplayPort 輔助通道連接到 PS 的 MIO 管腳上。

AXU2CGA/B 板上有 4 個 USB3.0 接口，接口為 HOST 工作模式（Type A），數據傳輸速度高達 5.0Gb/s。USB3.0 通過 ULPI 接口連接外部的 USB PHY 芯片和 USB3.0 HUB 芯片，實現高速的 USB3.0 數據通信。

相應的PHY的管腳分配如下圖：

AXU2CGA/B 配備了一個 PCIE x1 的插槽，用于連接 PCIE 外設，PCIE 通信速度高達5Gbps。PCIE 信號直接跟 BANK505 PS MGT 收發器的 LANE0 相連接。這樣我們就可以適用外接的方式擴展PCIE 設備，雖然只有X1，但對于初學者入門，再適合不過了。

AXU2CGA/B 板上有 2 路 MIPI 接口，用于連接 MIPI 攝像頭。MIPI 的差分信號分別連接到 BANK64、65 的 HP IO 上，電平標準為+1.2V；MIPI 的控制信號連接到 BANK24 上，電平標準為+3.3V。

到這里呢板子上的控制接口和高速接口也就大概的介紹完畢，主要就是DP，USB，PCIE，MIPI。剩下的一些比如SPI NOR Flash，比如I2C的EEPROM，再比如40PIN GPIO接口什么的，基本是都是大家耳熟能詳的了，就再具體說明了，額對大家要注意，板卡的兩邊的40PIN接口并不是完全一樣的，電源口朝前的時候，左手邊的40PIN 接口的IO點評是1.8V，右手邊的40PIN接口IO電平才是3.3V。在接模塊的時候要千萬要注意。

硬件部分的介紹告一段落，在我們進入軟件實操之前，這里還是有一點要大家注意的，在整套的配件包里是有一個散熱片的，Jaya在最開始的時候將他忽略了，也不是故意將散熱片忽略，主要還是想看看2CG系列的芯片溫度怎么樣，于是就是裸著上電了，系統正常跑起來，跑了能有5分支左右，Jaya摸了下AXU2CGB的ZYNQ，由于室內溫度只有十四五度，芯片表面的溫度大概有50度左右，相對來說還好，不過Jaya還是推薦將散熱片加上，芯片表面50度，內部核心可能已經接近八九十度了，一般來說芯片的結溫是125度（商用，高于結溫會有損壞的風險），并且適用時間還不是很長，溫度應該還沒有趨于熱平衡，再加上FPGA的邏輯資源還沒有全部運轉，如果全部加在一起這個溫度可能會瞬間翻倍，雖然不至于燒壞芯片，如果長期適用還是對板卡有損耗。

先來嘗試下PL部分的適用，其實和操作FPGA是一樣的。簡單適用PL端點一個燈，首先我們要安裝FPGA的開發幻劍Vivado，或者Vitis。vitis HLS 能提高系統設計的抽象層次，為設計人員帶來切實的幫助。vitis HLS 通過下面兩種方法提高抽象層次：第一，使用 C/C++作為編程語言，充分利用該語言中提供的高級結構。第二，提供更多數據原語，便于設計人員使用基礎硬件構建塊（位向量、隊列等）。與使用 RTL相比，這兩大特性有助于設計人員使用 vitis HLS 更輕松地解決常見的協議系統設計難題。最終簡化系統匯編，簡化 FIFO 和存儲器訪問，實現控制流程的抽象。

這個部分就具體描述了，官網下載，然后安裝軟件。基本沒有什么難度。下圖就是vitis的啟動界面，vitis 集成vivado，可以滿足我們PL的適用。

我們既然想要點燈，第一點就必須要了解LED燈的硬件電路是怎么設計的。

然后打開vivado 創建工程：

在不斷的下一步過程中，需要選擇芯片的型號時，在“Part”選項中，器件家族“Family”選擇“Zynq UltraScale+ MPSoCs”，封裝類型“Package”選擇“sfvc784”，Speed 選擇”-1”，Temperature 選擇“I”減少選擇范圍。在下拉列表中選擇“xczu2cg-sfvc784-1-i”，“-1”表示速率等級，數字越大，性能越好，速率高的芯片向下兼容速率低的芯片。點擊Next

這時候我們就可以選擇Finish，來完成工程的創建。

然后我們在工程創建以個LED的verilog文件，選擇add sources。 -》 選擇添加或創建設計源文件“Add or create design sources”，點擊“Next” -》 選擇創建文件“Create File” -》 文件名“File name”設置為“led”，點擊“OK”

這樣我們就創建好一個LED.v 的文件。在文件中輸入Code，定義一個寄存器，用于循環計數，寄存器 timer 變為 0，并翻轉四個 LED。這樣就是實現了一個點燈的流程。

PL部分的簡單例子就到這這里。下面我簡單使用下PS端的資源。我們將板卡的撥碼開關撥到SD卡啟動，然后再SD卡中安裝ALINX AXU2CGB 開發板的測試image。相關的文件存儲在，資料文件中的factory_file中。

在文件中會有相關的說明，告知我們應該怎樣回復SD卡的內容。使用ALINX大大提供的工具，將相應的文件選上既可以完成SD Zynq啟動卡的制作。

熟悉Zynq 環境的小伙伴也可以通過Petalinux來制作屬于自己定制的Petalinux 系統。相應的燒卡方法也時很簡單的，使用fdisk給SD卡分區，0分區為fat32，1分區為ext4，將rootfs使用dd命令燒錄到分區1，再把打包好的BOOT.bin 和 iamge.ub cp 到0分區大功告成。當然后如果沒有Linux 的環境就比較麻煩了。還需要將環境搭建起來才可以進行SD卡的制作。

SD卡也有了我們上板使用。如果使用ALINX大大提供的image的話，開機就會進入檢測階段。整個時間大概會持續幾分鐘，插入網線后ETH會狀態會從wait變為OK，按按鍵1-4也是會有同樣的效果。

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如果對應輸入后：

我們輸入用戶名和密碼進入系統，一般來說petalinux 如果沒有特意修改的話，用戶名和密碼都是root。

Ok這樣我們就進入到系統里了。我們來讀下CPU看看是不是有兩顆CPU。看了下cpuinfo，確實是兩顆CPU但是并沒有識別到CUP的型號。

但是有點奇怪的是這里并沒有把Model name讀出來，下圖是我順手讀了了下ZYNQ 7010的板子，可意見Model name一欄會有ARMv7的標值。

空載的情況下，ALINX AXU2CGB 開發板的功耗基本維持7W左右，由于系統是12V供電中間還有電源的轉換效率，按照80%來算板卡的空載功耗可能接近6W。對于這個級別的FPGA來說也中規中矩。

再來一張之前的ALINX AXU3EG 開發板功耗對別

可看的出來EG的芯片比CG多出一個GPU以及一些邏輯單元功耗上要多出來50%，總的來說對于初學者來說尤其是想要了解FPGA和ARM兩頭抓的小伙伴，ALINX AXU2CGB 開發板再合適不過了，老的ZYNQ 7000系列相對來說是最初賽靈思相對試水的產品，并且整體更偏向于FPGA的部分，使用ARMv7來給FPGA打輔助，EG系列開始，ARM A53才開始爆發出ARM的性能，使得FPGA和ARM完美的配在一起，相輔相成，新的開發環境vitis又再FPGA和ARM兩端搭建橋梁，使整體的開發更加流暢，新版本的Petalinux，也一改之前問題連篇的情況，趨于更加好用，協助我們完成相應的設計以及學習和開發工作。
責任編輯:pj