Μελέτη του Συστήματος σε Προγραμματιζόμενη Ψηφίδα (SoC) ZYNQ και υλοποίηση εφαρμογών με τη βοήθεια του αναπτυξιακού συστήματος PYNQ

Abstract

Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η ανάπτυξη μίας εφαρμογής ανίχνευσης ακμών με φίλτρο Sobel στην προγραμματιζόμενη λογική ενός επιταχυντή, επιτυγχάνοντας εξαγωγή των ακμών σε πραγματικό χρόνο αφού η επεξεργασία των δεδομένων γίνεται παράλληλα. Η εφαρμογή αποτυπώνεται στην ετερογενή διάταξη Zynq που ενσωματώνει επεξεργαστή υλικού σε συνδυασμό με το λογικό υλικό και η πλακέτα που χρησιμοποιείται είναι η Pynq - Z2 που διαθέτει το τσιπ Zynq και διάφορα άλλα περιφερειακά. Για την υλοποίηση της εφαρμογής χρησιμοποιούμε από την πλακέτα μία θύρα HDMI για λήψη δεδομένων και μία θύρα HDMI για την προβολή των επεξεργασμένων δεδομένων, δηλαδή των ακμών. Βασικό πλεονέκτημα του περιβάλλοντος Pynq αποτελεί η χρήση της γλώσσας υψηλού επιπέδου Python και της βιβλιοθήκης Overlay, όπου δίνει την δυνατότητα στον χρήστη να αναπτύξει μία εφαρμογή χωρίς την ανάγκη σχεδίασης της. Το εργαλείο που χρησιμοποιείται για την σχεδίαση, σύνθεση και τοποθέτηση της εφαρμογής στην προγραμματιζόμενη λογική είναι το Vivado Design Suite όπου εφαρμόζουμε έτοιμα μπλοκ που εκτελούν συγκεκριμένες λειτουργίες και επικοινωνούν μεταξύ τους καθώς και με τα στοιχεία της πλακέτας όπως οι θύρες HDMI.

The purpose of this work is to develop an edge detection application with Sobel filter in the programmable logic of an accelerator, achieving real - time edge extraction since the data is being processed parallel. The application is implemented in the heterogeneous Zynq device that incorporates a hardware processor in combination with the logic fabric and the board used is the Pynq - Z2 which has the Zynq chip and various other peripherals. To implement the application we use from the board an HDMI port for receiving data and an HDMI port for viewing the processed data, ie the edges. A key advantage of the Pynq environment is the use of the high - level Python language and it’s Overlay library, which allows the user to develop an application without the need to design it. The tool used to design, synthesize and implement the application in programmable logic is the Vivado Design Suite where we apply ready - made blocks that perform specific functions and communicate with each other as well as with the components of the board such as HDMI ports.