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

硬件設(shè)計(jì)
我們得到了一些汽車步進(jìn)電機(jī)、指示針和幾個報廢的儀表板面板。它們很實(shí)用，所以我們決定花一些時間建造一個機(jī)械結(jié)構(gòu)來支撐它們以及相應(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)過多次測試，它在 Fusion 360 中重新設(shè)計(jì)，分成 4 個組裝塊，并用白色 PLA 3D 打印。這提供了一個穩(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。

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

1. 無需驅(qū)動程序。
2. 鏈上的單個可尋址設(shè)備。
3. 用于編程的單個 I/O。
4. 在一個單元中提供非常明亮的 LED 和 RGB 顏色。
5. 來自 Adam Taylor 的可用 IP。

盡管可以使用單個鏈對 55 個 LED 進(jìn)行編程，并且只需要來自 Zynq 的單個 GPIO，我們還是決定將鏈分成四個部分，這樣我們就可以進(jìn)行 IP 復(fù)制，并稍微簡化布線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)動器在 5V。四個 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)明者平臺中開發(fā)的 Android 應(yīng)用程序。該應(yīng)用程序非常簡單，只需通過 BLE 連接將 ASCII 數(shù)據(jù)發(fā)送到模塊，該模塊又通過 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 個表盤的背光顏色，打開和關(guān)閉信號燈和轉(zhuǎn)向信號，并在面板的印刷范圍內(nèi)移動步進(jìn)電機(jī)。

Vivado 中的 Pynq 覆蓋開發(fā)
最初，步進(jìn)電機(jī)的 IP 僅在 PL 中開發(fā)、模擬和測試。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)移動的角度和方向。步進(jìn)器控制的時鐘最初在 200 kHz 下進(jìn)行測試，該頻率可以正常工作，但速度很慢。進(jìn)一步的測試是在 400 和 500 kHz 下進(jìn)行的，這提供了更好的運(yùn)動。

為了讓 PS 訪問 neopixel 和電機(jī)控制 IP，添加了幾個 BRAM 接口和 AXI 到 BRAM 模塊。

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

未來的升級/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 代碼開發(fā)。