文章用于学习记录

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前言

• PYNQ 即 python+ZYNQ ，ZYNQ 分为 PS 和 PL 两个部分。PS 有两个 ARM 的核，在上面运行 linux 操作系统，在操作系统上再运行 python。PL 部分就是 FPGA 的逻辑资源，开发者在 PL 中添加 IP 或者将自己用 C 或者 HDL 语言写好的模块封装成 IP，这些 IP 都被连接到 PS 端，一般都是通过 AXI 总线。
• PYNQ 有一个特有的库叫 overlay，使用这个库可以对连接到 PS 端的接口进行解析，进而控制 FPGA 逻辑资源及 IO。每次当你需要开始一个新的涉及 PL 端的开发的时候，先在 vivado 里面建一个工程，添加你需要的各种 IP，然后以 ZYNQ 为核心连接的设计，经过编译后，生成一个 bit 文件和一个 tcl 文件。bit 文件就是你的硬件设计，tcl 文件描述了接口关系。将这两个文件复制到 PYNQ 的目录下，即可进行调用。

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一、PYNQ-Z2 开发板板卡介绍

• PYNQ-Z2 开发板以 ZYNQ XC7Z020 FPGA 为核心，配备有以太网，HDMI 输入/输出，MIC 输入，音频输出，Arduino 接口，树莓派接口，2 个 Pmod，用户 LED，按钮和开关。兼容树莓派连接器、Arduino 屏蔽连接器以及 Pmod 连接器可以支持多种配件拓展，同时这些接口也可以用作 GPIO。
• PYNQ-Z2 开发板是 PYNQ 开源框架的硬件平台。在 ARM A9 CPU 上运行的软件包括：
  • 载有 Jupyter Notebooks 设计环境的网络服务器
  • IPython 内核和程序包
  • Linux
  • FPGA

二、环境配置与板卡启动

1. 软硬件准备

硬件：PC、PYNQ-Z2 开发板、以太网线、Micro USB 数据线、电源（7~15V）、8G 以上 Micro SD 卡及读卡器；
软件：镜像烧写软件（如 Win32DiskImager）、vivado/HLS：2018、PYNQ 系统镜像、支持 Jupyter 浏览器；

2. 烧写镜像

• 下载 PYNQ-Z2 镜像文件并解压
  
  

• 安装镜像烧写软件 Win32DiskImager

• 将插入SD 卡的读卡器插入电脑，烧写镜像文件

  • Windows 系统：使用 win32DiskImager 烧写。Image File 选择下载好的镜像文件，Device 选择 SD 卡的位置。
    

  • 烧写完成后， 将显示写入成功。

3. 连接 PC，上电启动

• 将 Boot 跳线设置为 SD 位置。（这会将电路板设置为从 Micro-SD 卡启动）；
• Micro-USB 为板卡供电，将电源跳线设置到 USB 位置（也可以通过跳线设置为REG，从外部 12V 电源调节器为板卡供电）；
• 将装有 PYNQ-Z2 镜像的 Micro SD 卡插入板卡下方的 Micro SD 卡插槽中；
• 使用 Micro USB 线将 PYNQ 开发板的 PROG UART（J14）接口连接到电脑。这将用来给 PYNQ 供电以及作为串口通信；
• 使用网线将 PYNQ 开发板连接到路由器或电脑（根据网线端口的选择，后续操作会有不同）；
• 将开关拨到 ON 以打开 PYNQ，等待系统启动。大约一分钟后将有两个蓝色的LED 和四个黄绿色的 LED 同时闪动，随后蓝色 LED 关闭，四个黄绿色的 LED 灯亮，此时系统启动完毕。
  

三、给电脑配置一个静态的 IP

• 如果 PYNQ 通过网线连接到了电脑，需要先设置电脑的 IP 地址，将 pc 端的 IP 地址改为192.168.2.100
  • 选择网络和 Internet > 以太网，
  • 选择IPV4的设置，点击编辑，
  • 将其改为192.168.2.x（不是99就可以了，不然和开发板的重复了），
  • 子网掩码默认都是255.255.255.0，网关不用管，然后保存。
    
    

四、连接到 Jupyter

• 访问 http://192.168.2.99:9090，密码为 xilinx
  
• 登录成功
  

五、Samba 文件共享

• 在 Windows 下访问 PYNQ 主目录，在文件资源管理器输入\\192.168.2.99，可以实现文件在板子和电脑间传递，Samba 服务器的用户名和密码都是 xilinx。
  

• 点击“确定”按钮后，会显示 PYNQ 的默认用户“xilinx” 的用户文件夹
  

• 该文件夹对应开发板的 /home/xilinx 目录
  

六、例程测试

• 实验一：按键控制 LED

  • 打开 base>board 文件夹中的 board_btn_leds.ipynb 文件。点击工具栏的 run 图标或者选择 Cell->Run 运行代码代码如下（示例）：
  • 这个项目中，按下 PYNQ 开发板上的按键 0 可改变彩色 LED 的颜色，按键 1 可开启从右到左的流水灯，按键 2 可开启从左到右的流水灯，按键 3 结束运行。

  from time import sleep
  from pynq.overlays.base import BaseOverlay
  base = BaseOverlay("base.bit")
  Delay1 = 0.3
  Delay2 = 0.1
  color = 0
  #定义寄存器
  rgbled_position = [4,5]for led in base.leds:led.on()
  while (base.buttons[3].read()==0):if (base.buttons[0].read()==1)color = (color+1) % 8for led in rgbled_position:base.rgbleds[led].write(color)base.rgbleds[led].write(color)sleep(Delay1)elif (base.buttons[1].read()==1):for led in base.leds:led.off()sleep(Delay2)for led in base.leds:led.toggle()sleep(Delay2)elif (base.buttons[2].read()==1):for led in reversed(base.leds):led.off()sleep(Delay2)for led in reversed(base.leds):led.toggle()sleep(Delay2)
  print('End of this demo ...')
  for led in base.leds:led.off()for led in rgbled_position:base.rgbleds[led].off()
  

• 实验一：动态实时面部识别
  • 将 PYNQ 开发板的 USB HOST 连接 USB 摄像头，PYNQ 开发板的 HDMI OUT 连接到显示器。
  • 打开 base>video 文件夹下的 opencv_face_detect_webcam.ipynb，依次运行。
    
    
    

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总结

以上就是 PYNQ-Z2 环境搭建与测试过程。