Pynq Instrument Cluster，正如我們所說(shuō)的那樣，是一個(gè)汽車(chē)混合儀表板，旨在成為 Xilinx 成本優(yōu)化產(chǎn)品組合的平臺(tái)演示者，以及在 GDL 的 Avnet 應(yīng)用程序團(tuán)隊(duì)中為客戶(hù)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)構(gòu)建塊的媒介。目的是展示用 Python 為 Xilinx 設(shè)備開(kāi)發(fā)軟件的簡(jiǎn)便性，以及如何通過(guò)將硬件模塊連接到現(xiàn)有開(kāi)發(fā)板來(lái)開(kāi)發(fā)概念驗(yàn)證。這是一個(gè)正在進(jìn)行的項(xiàng)目，預(yù)計(jì)將通過(guò)支持更多設(shè)備和硬件擴(kuò)展來(lái)不斷增加其功能。

硬件設(shè)計(jì)
我們得到了一些汽車(chē)步進(jìn)電機(jī)、指示針和幾個(gè)報(bào)廢的儀表板面板。它們很實(shí)用，所以我們決定花一些時(shí)間建造一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)支撐它們以及相應(yīng)的指示燈。它最初是用木雕制成的，這限制了很多功能。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，它在 Fusion 360 中重新設(shè)計(jì)，分成 4 個(gè)組裝塊，并用白色 PLA 3D 打印。這提供了一個(gè)穩(wěn)定、功能性和更好看的結(jié)構(gòu)，并有助于培養(yǎng)基本的 3D 建模技能。

對(duì)于第一個(gè)版本，決定使用 WS2812 neopixel LED，與實(shí)際集群中使用的傳統(tǒng)頂級(jí) LED 相比，它具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1. 無(wú)需驅(qū)動(dòng)程序。
2. 鏈上的單個(gè)可尋址設(shè)備。
3. 用于編程的單個(gè) I/O。
4. 在一個(gè)單元中提供非常明亮的 LED 和 RGB 顏色。
5. 來(lái)自 Adam Taylor 的可用 IP。

盡管可以使用單個(gè)鏈對(duì) 55 個(gè) LED 進(jìn)行編程，并且只需要來(lái)自 Zynq 的單個(gè) GPIO，我們還是決定將鏈分成四個(gè)部分，這樣我們就可以進(jìn)行 IP 復(fù)制，并稍微簡(jiǎn)化布線(xiàn)和組織軟件中的映射。

為了展示 PS-PL 集成并利用 Zynq 器件中的大量邏輯資源，步進(jìn)控制 IP 設(shè)計(jì)為在 PL 上運(yùn)行，并且由于電機(jī)運(yùn)行而需要使用電平轉(zhuǎn)換器/電流驅(qū)動(dòng)器在 5V。四個(gè) L293D 設(shè)備焊接在面包板上，并為它們提供外部 5V 電源。

出于演示目的，使用 BLE 到 UART 模塊將 Zynq 設(shè)備連接到在 MIT ai2 應(yīng)用程序發(fā)明者平臺(tái)中開(kāi)發(fā)的 Android 應(yīng)用程序。該應(yīng)用程序非常簡(jiǎn)單，只需通過(guò) BLE 連接將 ASCII 數(shù)據(jù)發(fā)送到模塊，該模塊又通過(guò) UART 與 Zynq 進(jìn)行通信。這些 ASCII 數(shù)據(jù)然后由 Python 程序讀取，該程序在集群硬件上執(zhí)行操作。我們可以改變 4 個(gè)表盤(pán)的背光顏色，打開(kāi)和關(guān)閉信號(hào)燈和轉(zhuǎn)向信號(hào)，并在面板的印刷范圍內(nèi)移動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。

Vivado 中的 Pynq 覆蓋開(kāi)發(fā)
最初，步進(jìn)電機(jī)的 IP 僅在 PL 中開(kāi)發(fā)、模擬和測(cè)試。幸運(yùn)的是 PynqZ1 和 Z2 設(shè)計(jì)允許這樣做。IP 核需要使用 USB 轉(zhuǎn) UART 模塊，因此我們可以設(shè)置步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)的角度和方向。步進(jìn)器控制的時(shí)鐘最初在 200 kHz 下進(jìn)行測(cè)試，該頻率可以正常工作，但速度很慢。進(jìn)一步的測(cè)試是在 400 和 500 kHz 下進(jìn)行的，這提供了更好的運(yùn)動(dòng)。

為了讓 PS 訪(fǎng)問(wèn) neopixel 和電機(jī)控制 IP，添加了幾個(gè) BRAM 接口和 AXI 到 BRAM 模塊。

Jupyter Lab 中的 Python 最終應(yīng)用
允許對(duì)正在運(yùn)行的設(shè)計(jì)進(jìn)行快速疊加更新。

未來(lái)的升級(jí)/擴(kuò)展
1. 計(jì)劃用閃亮的Ultra96 V2替換Pynq-Z2。但是我們?nèi)匀恍枰竭M(jìn)器的 5V 電平轉(zhuǎn)換。

2. 啟用中央顯示器和揚(yáng)聲器。

3.添加內(nèi)/后攝像頭。

4. 添加多個(gè)環(huán)境傳感器。

5. 支持運(yùn)行 MicroBlaze 或 Arm Cortex 內(nèi)核的 Spartan-7 設(shè)備，用于傳感器集成 C 代碼開(kāi)發(fā)。