ZCU111開發板介紹

一、硬件概述

ZCU111是賽靈思公司推出的一塊高性能FPGA開發板，它採用了Xilinx的最新一代超大規模集成電路芯片–ZU28DR,並且搭載了全新的Xilinx RFSoC (Radio Frequency System on Chip)器件。

該開發板具有海量的通用輸入/輸出（GPIO）,並集成了DA和AD轉換器，HDMI輸入輸出，以及FMC（FPGA Mezzanine Card）（HPC、HSC）界面。

具體的硬件配置如下：

- 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、開發工具

ZCU111開發板的開發工具主要有:

• Vivado Design Suite:用於FPGA設計、仿真和實現的開發環境
• SDSoC:基於Vivado HLS的C/C++開發環境
• PetaLinux:基於Yocto的Linux操作系統構建工具
• Xilinx AI SDK: Xilinx深度學習平台，可進行端到端的AI應用設計

三、使用案例

ZCU111開發板可以應用於多種場景，以下簡單羅列幾個經典案例：

1.高清圖像處理

ZCU111開發板搭載了高品質的視頻輸入和輸出，可以用於視頻採集和處理領域。比如進行高清圖像去噪和圖像增強，可以使用Vivado HLS和SDSoC進行設計和開發。

#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.無線通信

ZCU111的RFSoC專用集成了頻率變換器（DDC和DUC），可以解決大多數無線通信應用中信號流的數字轉換問題，適用於各種通信原型和系統設計。

#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開發板的AI設計支持端到端的深度神經網絡。特別是在圖像和語音等領域，使用AI SDK 提供的低延遲的神經網絡，配合UHD（USRP Hardware Driver）實現對信號的實時識別和預測。

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、總結

總的來說，ZCU111是一款功能強大的開發板，不僅具有高性能的硬件配置，還配備了全套的軟件開發工具。其廣泛應用於各種領域，具有很高的實用價值。我們可以通過Vivado Design Suite, SDSoC, PetaLinux和AI SDK等工具對ZCU111進行軟硬件開發，實現各種應用場景，具有很大的創新和應用前景。