Artix UltraScale+ (Xilinx) + XEM8320(猫眼石凯利)= SYZYGY的时间闪耀- EEJournal

我有一个故事要讲，有这么多美妙的方面，我很难知道从哪里开始。我们可以从很多不同的方向得出这个结论。我告诉你吧——让我们咬紧牙关，带着热情和放纵，一头扎进这场争斗。所以，拉起你的袜子，紧紧抓住你的帽子。你准备好了吗?来吧……

让我们从赛灵思公司(现在的一部分AMD)及其家族Artix UltraScale+ fpga该产品基于先进的生产验证的16纳米工艺，定位为成本和功耗优化的fpga，具有一流的每瓦性能。这些大胆的美女拥有高达16Gb/s的收发器，用于网络、视频和视觉方面的先进和新兴协议(支持的标准包括PCIe Gen4、10GE vision、CoaXPress 2.1和12G-SDI)。他们还炫耀数字信号处理(DSP)切片，这些切片针对固定和浮点计算进行了优化，从而支持图像和视频处理、实时控制、无线处理和AI推断的各种形式的计算。

作为一个有趣的点，这是我看到的第一个可用的fpga综合扇出(InFO)小尺寸封装(9.5 x 11.5mm)技术，比芯片级封装(CSP)小70%，薄70%。

现在，让我们假设你想评估这些小流氓中的一个——你要从哪里开始呢?最好的方法是使用一个包括FPGA本身、一堆内存和丰富的连接器的开发板，这将允许您将FPGA连接到自己的硬件系统和/或在其他设备(如传感器和显示器)的环境中评估FPGA。

过去，用于Xilinx fpga的开发板都是在Xilinx内部或与Xilinx合作创建的Digilent或Avnet．这一次，赛灵思的伙计们和姑娘们决定和蛋白石凯利．其结果就是XEM8320，它现在是Xilinx Artix UltraScale+ fpga的官方开发平台。

XEM8320开发平台Xilinx Artix UltraScale+ fpga
(图片来源:Opal Kelly)

这只野兽拥有一个Artix UltraScale+ AU25P FPGA，具有308,437个系统逻辑单元，4.7 Mib的分布式RAM, 10.5 Mib的块RAM(以300个块表示)，1200个DSP片和24个16.375 GBps收发器。

说句题外话，你是否停下来想知道前一段中“Mib”的使用，或者你已经知道这意味着什么，或者你只是不在乎?问题是，我们已经习惯使用Mb(兆比特)和Mb(兆字节)作为计算机内存的度量单位。然而，这可能导致混淆，因为对于所有其他目的，M限定符指的是10的幂，因此Mb和Mb应该分别等于10^6 = 1,000,000位或字节的内存。问题是，在工程世界中，我们大多数人使用这些限定符来指代定义为2的幂的内存数量;也就是说，我们假设Mb和Mb分别等于2^20 = 1,048,576位或字节的内存。

1998年，为了解决这一困惑，政府国际电工委员会(IEC)定义了mebibit(缩略语)单位我遗传算法bi连位，符号Mib)和mebibyte(的缩写我遗传算法bi连字节，符号MiB)分别表示1,048,576位或字节的内存。尽管许多工程师不喜欢这个新的命名法，但是mebibit和mebibyte(以及相关单位)的使用得到了mebibit和mebibyte的强烈支持IEEE和CIPM正变得越来越普遍，但我们跑题了…

除了Artix UltraScale+ AU25P FPGA, XEM8320开发平台还拥有一个超速USB 3.0 Type C接口，1个GiB DDR4-266, 16位宽内存，32 MiB QSPI闪存(也是16 MiB系统闪存)，4个SYZYGY标准端口和2个SYZYGY收发端口(TXR4)。

XEM8320开发平台的高层框图
(图片来源:Opal Kelly)

现在，在我们继续之前，如果你还不知道这些东西，这可能是一个很好的时间来介绍Opal Kelly和SYZYGY。此外，我们还需要简单熟悉Opal Kelly的FrontPanel软件和软件开发工具包(SDK)的概念。

让我们从蛋白石凯利本身。这些人以创建基于fpga的模块上系统(SOMs)而闻名，旨在为原型和OEM产品集成提供交钥匙解决方案。与使用这些som进行初始开发和原型设计，然后重新设计用于生产的所有内容不同，Opal Kelly的大多数客户只是将som集成到他们的最终系统中。

这里特别有趣的是XEM8310-AU25PSOM，拥有Artix UltraScale+ AU25P FPGA, 2 GiB DDR4, SuperSpeed USB 3.0 Type C接口，单输入(8 VDC至14 VDC)高效开关电源。

XEM8310-AU25P SOM(图片来源:Opal Kelly)

我们的想法是，一旦您完成了XEM8320开发平台的评估，您就可以继续使用XEM8310-AU25P som来创建原型和/或执行OEM产品集成。该SOM的应用包括数据采集、机器视觉、边缘和端点机器学习(ML)和人工智能(AI)、视频和数据分析、软件定义无线电(SDR)、数字通信和网络、密码学、数据安全以及测试、测量和仪器仪表，仅举几例。

接下来，让我们回到XEM8320开发平台上的六个SYZYGY端口。使我们的工作更轻松的一件事是使用分岔板(bob)，它支持感兴趣的组件，如传感器、模数转换器(adc)、数模转换器(dac)、相机模块等。这些bob通常支持一个标准接口，允许它们插入开发板之类的东西，但是它们采用哪些接口标准呢?

在1到50 MHz范围内的低速外设的情况下，Digilent的Pmod接口骄傲地站在人群中。价廉物美的6针和12针连接器非常适合低成本、有限带宽的bob设备。另外，在高性能外设和令人眼花缭乱的数据速率的情况下，设计人员可能会选择ANSI/VITAFPGA mezz扣卡(FMC)连接器。这些72针和200针FMC连接器非常适合与价格可能高达数百或数千美元的高性能外围设备一起使用。

从历史上看，在Pmod <-> FMC极端值中间并没有普遍接受、广泛使用的接口标准。为了解决这一不足，几年前在撰写本文时，Opal Kelly引入了SYZYGY开放标准用于高性能的外围连接。该标准可免费授权，采用低成本、紧凑、高性能的连接器和低成本电缆选项，其引脚数可利用可用的FPGA I/O。(供你参考，“合星”是一个天文学术语，指的是三个天体在一条直线上。)

所以，如果你碰巧有一个传感器或外围设备，你希望让广泛的观众，你需要做什么来创建一个SYZYGY-based BOB?除了您自己的组件，简单的SYZYGY连接器占地面积，以及任何独立设备，如电阻和电容器，所有您需要使您的SYZYGY外围BOB真正SYZYGY兼容的是添加一个小型微控制器(MCU)，将处理电压接口的协商。问题中的MCU是Atmel(现在的Microchip)的0.70美元的ATtiny, SYZYGY网站上有开源软件。

你为什么需要这个MCU?嗯，Pmod的缺点之一是它被限制在3.3V，这在10年前还可以，但现在已经不适合了。FMC接口支持一种有限形式的协商，即载波可以询问外围设备它想要使用什么电压，然后由载波提供该电压。相比之下，当SYZYGY被构思时，它的创造者知道fpga提供多个gpio组，特定组上的所有gpio必须使用相同的电压，每个组可能需要连接到多个SYZYGY外设，并且这些外设可能支持各种电压场景。

为了解决这个问题，SYZYGY的创造者想要构建更多关于各种设备之间如何协商电压的智能。他们得出的解决方案是，使用其MCU，外围模块可以通知载波，如果它只能在单一电压下工作，如1.8或2.5或3.3，但不能在两者之间工作，或者如果它可以支持1.8到2.5的电压范围，或者如果它可以支持多个电压范围，等等。利用SYZYGY在同一银行上的所有模块提供的信息，运营商可以协商出适合所有人的方案。很酷，是吧?

好的一面是，一些大公司已经采用了SYZYGY，正如我们所说的，更多的公司正在加入。而且，从好的方面来看，SYZYGY在XEM8320开发平台上如此突出的特点——这个平台可能会与我们一起使用10年或更长时间——意味着更多的人将接触到SYZYGY提供的优势。Xilinx的Artix UltraScale+ FPGA和Opal Kelly的XEM8320开发平台的结合可能意味着SYZYGY大放光彩的时候到了。

在继续XEM8320开发平台之前，还有一件事需要讨论，那就是Opal Kelly的问题前幅软件和SDK，这极大地加速了基于fpga的USB或PCIe设备的开发。

FrontPanel的高层视图(图片来源:Opal Kelly)

FrontPanel为您的硬件提供了一个在Windows、Linux和Mac OS X开发环境中一致的接口。你真的必须访问Opal Kelly网站上的FrontPanel区域，仔细阅读和思考所有的细节。可以说，FrontPanel提供了一种简单的方法，让您的软件应用程序在主机PC上运行，以与Opal Kelly的SOM上的FPGA通信，并与SOM的另一侧的硬件通信。

您还可以使用独立的FrontPanel应用程序，该应用程序允许您快速轻松地定义与硬件通信的图形用户界面(GUI)。FrontPanel支持许多基本的UI元素，包括led、十六进制显示、滑块、按钮、切换按钮、数字输入和复选框。

关于FrontPanel的内容比我们在这里所能涵盖的要多得多(您可能希望看一看前幅文档)．XEM8320是第一个提供FrontPanel支持的官方Xilinx开发平台。

想想看，这可能是一个向你展示几个效果图的好时机。第一个示例说明了a的使用szg - mipi - 8320BOB运动三MIPI FPC连接器连接XEM8320到MIPI相机如Digilent PCAM三联。第二个反映了SZG-PCIEX4BOB充当半高PCIe (x4)主机适配器卡，用于提供到XEM8320的SYZYGY收发器(TXR4)端口之一的电缆连接。

SZG-MIPI-8320:三重MIPI FPC连接器，将XEM8320连接到MIPI摄像机，如Digilent PCAM(图片来源;蛋白石Kelly)

SZG-PCIEX4: PCI Express (x4)主机适配器卡，提供电缆连接到SYZYGY收发器(TXR4)端口(图片来源:Opal Kelly)

我还有很多事要告诉你，但恐怕我已经拖得太久了。如果您有兴趣了解更多，Xilinx正在举办免费的使用新的Artix UltraScale+开发平台开始您的设计网络研讨会。实际上，当我说“保持”时，我应该说“保持”，因为这个网络研讨会是在昨天举行的，我写下并发布了这些词。但是，把皱眉变成微笑，因为你可以做到还在注册观看网络研讨会的存档版本。

最后，我敢问一下，对于你在这里读到的东西，你是否有任何深刻的评论或深刻的问题想要分享?例如，如果你实际使用过Opal Kelly的SOMs和他们的FrontPanel SDK，那么如果你能与我们其他人分享你的经验就太好了。