ZCU111开发板介绍

小蓝 • 2024-12-14 02:20 • 编程

一、硬件概述

ZCU111是赛灵思公司推出的一块高性能FPGA开发板，它采用了Xilinx的最新一代超大规模集成电路芯片–ZU28DR,并且搭载了全新的Xilinx RFSoC (Radio Frequency System on Chip)器件。

该开发板具有海量的通用输入/输出（GPIO）,并集成了DA和AD转换器，HDMI输入输出，以及FMC（FPGA Mezzanine Card）（HPC、HSC）界面。

具体的硬件配置如下：


- XCZU28DR-2FFVG1517E RFSoC
  - 6-Input, 4-output gigabit transceivers（10Gbps）
  - 32 GTY（30Gbps） transceivers
- Four 4GB, DDR4 SODIMM
- 2 x. 1.8V banks of 64-bit DDR4 memory
- PCIe Gen4 x16 Root Complex slot
- VPX connector
- FMC+ HPC and LPC connectors for expandability
- Xilinx JTAG and Quad SPI interface
- USB 3.0 Type-C front panel port, UART and JTAG on USB-UART bridge
- Dual QSFP28 cages for multi-rate 1 - 400 GbE networking
- 4 SMA ports for external clocking and synchronization
- HDMI output
- Audio jack

二、开发工具

ZCU111开发板的开发工具主要有:

Vivado Design Suite:用于FPGA设计、仿真和实现的开发环境
SDSoC:基于Vivado HLS的C/C++开发环境
PetaLinux:基于Yocto的Linux操作系统构建工具
Xilinx AI SDK: Xilinx深度学习平台，可进行端到端的AI应用设计

三、使用案例

ZCU111开发板可以应用于多种场景，以下简单罗列几个经典案例：

1.高清图像处理

ZCU111开发板搭载了高品质的视频输入和输出，可以用于视频采集和处理领域。比如进行高清图像去噪和图像增强，可以使用Vivado HLS和SDSoC进行设计和开发。


#include <ap_int.h>
#define N 64
ap_int<16> in[N];
ap_int<16> fir_coeff[3] = {1, 2, 1};
ap_int<32> fir(ap_int<16> *in, ap_int<16> *coeff, int n){
  ap_int<32> out = 0;
  for(int i = 0; i < n-2; i++){
    ap_int<32> m = in[i] * coeff[0] + in[i+1] * coeff[1] + in[i+2] * coeff[2];
    out = out + m;
  }
  return out;
}

2.无线通信

ZCU111的RFSoC专用集成了频率变换器（DDC和DUC），可以解决大多数无线通信应用中信号流的数字转换问题，适用于各种通信原型和系统设计。


#include <xparameters.h>
#include <xil_io.h>
#define CARRIER_NCO_CONTROL 0xC0000000

int ControlRegRead(){
  return Xil_In32(CARRIER_NCO_CONTROL);
}

void ControlRegWrite(int data){
  Xil_Out32(CARRIER_NCO_CONTROL, data);
}

3.人工智能

ZCU111开发板的AI设计支持端到端的深度神经网络。特别是在图像和语音等领域，使用AI SDK 提供的低延迟的神经网络，配合UHD（USRP Hardware Driver）实现对信号的实时识别和预测。


import tensorflow as tf
import numpy as np

x_input = np.random.sample((1, 3, 3, 1))
x = tf.placeholder(dtype=tf.float32, shape=[None, 3, 3, 1], name="x")
conv = tf.layers.conv2d(x, filters=1, kernel_size=(3, 3), padding='same', name="conv2d", reuse=tf.AUTO_REUSE)

init = tf.global_variables_initializer()
with tf.Session() as sess:
    sess.run(init)
    output = sess.run(conv, feed_dict={x: x_input})
    print(output)

四、总结

总的来说，ZCU111是一款功能强大的开发板，不仅具有高性能的硬件配置，还配备了全套的软件开发工具。其广泛应用于各种领域，具有很高的实用价值。我们可以通过Vivado Design Suite, SDSoC, PetaLinux和AI SDK等工具对ZCU111进行软硬件开发，实现各种应用场景，具有很大的创新和应用前景。

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