Zestaw Genesys ZU, bazujący na zaawansowanym układzie Zynq UltraScale+ MPSoC firmy Xilinx, jest jedną z najbardziej zaawansowanych platform sprzętowych, opracowanych i produkowanych przez firmę Digilent. Ogromna moc obliczeniowa zastosowanego układu SoC oraz bogate wyposażenie „pokładowe” zestawu powodują, że nawet wymagające aplikacje robotyczne, AI czy Embedded Vision mogą być wygodnie implementowane. Dodatkowo pomaga w tym bogata biblioteka bezpłatnych bloków IP core.
Zestaw Genesys ZU (fotografia 1) jest nowością w ofercie produkcyjnej firmy Digilent. Bazuje na niezwykle wyrafinowanych układach z rodziny Zynq UltraScale+ MPSoC z podrodziny EG. Jest to jeden z najnowszych zestawów w ofercie Digilent. Jest przeznaczony zarówno do użycia w laboratoriach szkolnych i uczelnianych, jak i przemysłowych pracujących nad systemami wideo czy SDR.
Fot. 1. Wygląd zestawu Genesys ZU-3EG
Kilka słów o sprzęcie
W układach Zynq UltraScale+ MPSoC EG zintegrowano 4-rdzeniowy procesor Cortex-A53, 2-rdzeniowy system real-time bazujący na rdzeniach Cortex-R5, koprocesor graficzny ARM Mali-400 MP2, a także rekonfigurowalną matrycę FPGA.
Część rekonfigurowalna układu FPGA oferuje użytkownikom 154 tysiące komórek logicznych, 360 bloków wspomagających obliczenia DSP, a także 7,6 Mb konfigurowalnej pamięci RAM. Układy Zynq UltraScale+ MPSoC są również wyposażone w standardowe peryferia, a także szybkie interfejsy komunikacyjne, jak PCIe (przystosowane do montażu dysku SSD lub modemu LTE z kartą SIM), mSATA, USB 3.1, Ethernet 1Gb czy moduł WiFi (ATWINC1500).
Wysoką wydajność mikroprocesorowej części systemu zapewnia pamięć RAM DDR4, która domyślnie ma pojemność 4 GB. Ponieważ jest ona montowana w zestawie jako moduł SODIMM, w razie konieczności można dostosować jej pojemność do wymogów aplikacji.
Prezentowany zestaw został wyposażony w dwa interfejsy MIPI-CSI dla kamer wideo oraz 2-lane’owy DisplayPort 1.2a, dzięki któremu można wygodnie dołączyć monitor do systemu testowego. Fanów systemów multimedialnych ucieszy z pewnością fakt wbudowania w zestaw kompletnego kodeka audio z rodziny SigmaDSP firmy Analog Devices. Kodek zawiera także wbudowany stereofoniczny wzmacniacz słuchawkowy.
Moduły rozszerzeń Zmod
Standardowym wyposażeniem zestawu jest złącze SYZYGY, za pomocą którego do układu SoC można dołączyć specjalne karty rozszerzeń. Przykładowymi rozwiązaniami z oferty Digilent są szybkie (100 MHz), 14-bitowe przetworniki: A/C ZmodADC1410 (fotografia 2) oraz C/A ZmodDAC1411 (fotografia 3). Alternatywą dla SYZYGY jest klasyczne złącze rozszerzeń FMC. W przypadku mniej zaawansowanych modułów peryferyjnych użytkownicy mogą korzystać także z czterech złączy Digilent Pmod.
Fot. 2. Wygląd ekspandera SYZYGY ZmodADC1410 – 14-bitowego przetwornika A/C o częstotliwości próbkowania do 100 MHz
Fot. 3. Wygląd ekspandera SYZYGY ZmodDAC1411 – 14-bitowego przetwornika C/A o częstotliwości próbkowania do 100 MHz
Zestaw Genesys ZU wyposażono także mniej spektakularne elementy. Są to na przykład złącze karty SD, a także przełączniki i diody LED spełniające rolę sprzętowego interfejsu użytkownika. Na płytce zamontowano również 3-portowy hub USB 2.0, ekspandery portów: IO i I2C oraz pamięć Flash SPI.
Kilka słów o oprogramowaniu i bezpłatnych IP
Firma Digilent przygotowała dla użytkowników zestawu Genesys ZU system operacyjny Petalinux, znany z innych zestawów bazujących na układach Xilinx Zynq.
Z myślą o użytkownikach zamierzających korzystać z zaawansowanych peryferiów implementowanych w FPGA, producent przygotował i udostępnił bezpłatne IP core’y. Ich zestawienie znajduje się w tabeli 1. Są one udostępnione w formacie zgodnym z popularnym środowiskiem Vivado.
Tab. 1. Zestawienie IP core’ów udostępnionych bezpłatnie użytkownikom zestawu Digilent Genesys ZU w środowisku Vivado WebPack 2020.1 (w większości dostępne już od wersji Vivado 2019.1)
| Interfejs | IP support |
| DDR4 memory controller | PS hard-core, WebPACK built-in |
| MIPI CSI-2/Pcam | PL soft-core, MIPI CSI Controller Subsystems |
| DisplayPort controller | PS hard-core, WebPACK built-in |
| Ethernet 1G | PS hard-core, WebPACK built-in |
| USB 2.0/3.0 | PS hard-core, WebPACK built-in |
| PCIe Root/Mini PCIe | PS hard-core, WebPACK built-in |
| SATA/mSATA | PS hard-core, WebPACK built-in |
| Wi-Fi/SPI controller | PS hard-core, WebPACK built-in, open-source Linux driver |
Podsumowanie
Prezentowany zestaw Genesys ZU nie jest platformą startową dla każdego konstruktora, który chciałby poznać tajniki aplikowania układów System-on-a-Chip w praktyce. Wynika to zarówno z rozbudowania sprzętowego zestawu, skomplikowania zastosowanego układu SoC, jak i możliwości sprzętu i przygotowanego przez producenta oprogramowania.
Dzięki dostępnemu bezpłatnie oprogramowaniu narzędziowemu (Vivado WebPack) i IP core’om, przygotowanemu przez producenta do natychmiastowego użycia, systemowi operacyjnemu Linux (dostępnemu dla obydwu domen MPU), a także dużym możliwościom rozbudowy sprzętowej, zestaw Genesys ZU jest – biorąc pod uwagę jego możliwości – tanim i bardzo elastycznym narzędziem do badania szerokiej gamy zaawansowanych rozwiązań programowo-sprzętowych. Duża moc obliczeniowa SoC oraz wbudowane interfejsy wideo predestynują zestaw do ewaluacji aplikacji wizyjnych. Z kolei szybkie interfejsy różnicowe wyprowadzone na złącza FMC i SYZYGY poszerzają listę możliwych aplikacji niemalże po horyzont wyobraźni użytkowników. Możliwości zbliżenia się do tego horyzontu życzymy każdemu konstruktorowi.
