PYNQ-PRIO是一個(gè)介紹如何利用FPGA部分可重配置特性和PYNQ框架提供的方便的API，對(duì)FPGA分時(shí)復(fù)用，提高FPGA靈活性的項(xiàng)目?？芍嘏渲檬侵冈谝粋€(gè)FPGA工程中，劃分了靜態(tài)邏輯部分和動(dòng)態(tài)邏輯部分，靜態(tài)邏輯部分是指在運(yùn)行過程中邏輯不變的部分，動(dòng)態(tài)邏輯部分是指在運(yùn)行過程中可以根據(jù)需要下載特定比特流文件實(shí)現(xiàn)不同邏輯的部分，在工作時(shí)，修改某一動(dòng)態(tài)邏輯部分不會(huì)對(duì)靜態(tài)邏輯部分和其他動(dòng)態(tài)邏輯部分造成影響，實(shí)現(xiàn)了FPGA的功能上的分時(shí)復(fù)用。

上圖為工程項(xiàng)目示意圖。通過軟硬件劃分，在PS端中負(fù)責(zé)Linux和通信，PL端例化了6個(gè)PR（Partitial Reconfiguration）塊。每個(gè)塊中有GPIO、uart和IIC等幾種不同的RM（Reconfiguration Module），它們通過各自的partitial bitstream下載。動(dòng)態(tài)邏輯部分和靜態(tài)邏輯部分使用分離器保證它們互不影響，并在動(dòng)態(tài)邏輯部分下載完成后對(duì)下載好的部分進(jìn)行復(fù)位。

此項(xiàng)目中在PYNQ框架下有兩種驅(qū)動(dòng)這些IP的方式：一是直接使用PYNQ提供的API操作overlay里面的IP，二是將這些IP通過DTS（Device Tress Source）注冊(cè)到linux sysfs中，然后調(diào)用linux提供的驅(qū)動(dòng)。

快速開始

運(yùn)行下面這條命令即可快速安裝：

sudo -H pip3 install git+https://github.com/Siudya/PYNQ-PRIO.git

項(xiàng)目演示

1 、 使用pynq API的方法：

打開~/prio/uart.ipynb，前面一段代碼是UART的驅(qū)動(dòng)程序和必要的功能代碼，不是本文重點(diǎn)請(qǐng)讀者自己研讀。

接下來就是下載bit文件。首先下載靜態(tài)邏輯bit文件，靜態(tài)bit文件中的PR部分是默認(rèn)的RM。然后下載PR的bit文件。注意，下載一個(gè)PR的bit文件后要立刻例化一個(gè)驅(qū)動(dòng)實(shí)例，這是因?yàn)槊總€(gè)PR的bit文件所對(duì)應(yīng)的hwh文件中其他PR部分都使用默認(rèn)RM，但是下載一個(gè)PR的bit文件并不會(huì)影響其他PR和靜態(tài)邏輯。

然后可以測(cè)試一下兩個(gè)UART的狀態(tài)，在這里我們并沒有開啟中斷。

下一步我們測(cè)試兩個(gè)串口的收發(fā)。用杜邦線將uart1的TX（Arduino的Pin 9）和uart3的RX（Arduino的Pin 34），uart1的RX（Arduino的Pin 8）和uart3的TX（Arduino的Pin 35）連接起來，運(yùn)行這段代碼，可以看到信息被正確地收發(fā)了。

接下來我們?cè)囋嚭袛嗟氖瞻l(fā)。首先仍然是例化實(shí)例，不過在這里我們要從overlay.interrupts_pins中讀取每個(gè)uart的中斷引腳，然后初始化uart實(shí)例。

利用asyncio庫和中斷，我們可以實(shí)現(xiàn)異步收發(fā)。

2 、使用linux sysfs API的方法:

打開~/prio_linux/uart_linux.pynb

首先和上面使用pynq的API的方法一樣，首先下載靜態(tài)邏輯的bit文件，再下載PR的bit文件。但是不同的是同時(shí)注冊(cè)了對(duì)應(yīng)的dtbo到linux系統(tǒng)中。dtbo由dtso編譯而來，dtso是描述設(shè)備樹的文件，關(guān)于它的編寫參閱以下鏈接：

https://www.raspberrypi.org/documentation/configuration/device-tree.md

注冊(cè)完成后可以直接在/dev下看到這兩個(gè)uart模塊。然后可以使用linux自帶的serial庫調(diào)用它們。

這個(gè)項(xiàng)目中我們利用了FPGA的部分可重構(gòu)的特性，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行中的部分邏輯的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換。另外我們可以看到利用PYNQ提供的API，可以輕松注冊(cè)設(shè)備到Linux系統(tǒng)，方便了其他程序?qū)ξ覀冏远xIP的使用。

審核編輯 ：李倩