Obtained a PYNQ-Z1 FPGA board which runs Python.
突然ですが、流行りモノには目のない私は、PYNQ-Z1 という FPGA ボードを入手しました。先日の Digi-Key 社のニュースレターで紹介されていたので、御覧になった方も多いかも知れませんね。（余談ですが、Digi-Key 社のニュースレターは同業他社のものに比べて参考になり、面白い製品紹介が多いです。）
PYNQ の公式サイトは、こちらです。
私もまだよく理解していないのですが、ざっくり言うと、HDL（ハードウェア記述言語）の深い理解を持たなくても、Python を使って FPGA の能力を生かした設計（高速な画像信号処理、機械学習など）のできる開発環境、ということのようです。
加筆（2019/5/21）: OpenCV のハードウェアアクセラレーションには PYNQ-ComputerVision という追加パッケージが必要のようですが、現状、PYNQ-Z1 用のカスタムオーバーレイをビルドする方法が説明されていません。すぐにいろいろなハードウェアアクセラレーションを試してみたい方は、Ultra96 と呼ばれるボードのほうが良いかも知れません。
話は少しそれますが、PYNQ 上で（つまり Zynq 上で）、噂（?）の RISC-V を動かす、というサンプルプロジェクトがありました。FPGA 上で RISC-V（フリーでオープンな RISC 命令セットアーキテクチャ）を合成するというのはよくあるネタだと思いますが、PYNQ を買うとこれも実験できる、ということで、私のようなプロセッサマニアの方には、面白いオモチャ、もとい必携ガジェットだと思います。
さて。PYNQ-Z1 は、やや高価な製品（Digilent の公式サイトでは、US$ 199）ということもあり、ちゃんと動くか心配で（小心者）、とりあえず動かしてみようと思いました。が、なんと micro SD カードが必要ということで、火入れ（burn-in）が一日延びてしまいました。8GB 以上のカードで良いということですが、32GB のカードを入手しテストしてみました。無事に Jupyter Notebook の画面が見られました。良かった!（あ、写真撮り忘れた）
ところで、「え、Python でしか遊べないの? Verilog や HLS（高位合成）ツールを使う勉強もしてみたいんだけど」と思われる方もあるかと思います。私もそう思ったのですが、どうもちゃんとサポートされているようです。オンラインワークショップも各種用意されていました。これで安心して購入できますね!
本題に入ります。PYNQ 本家サイトには、最初の立ち上げ（Getting Started）に関して、詳細な初心者向け説明があるのですが、Linux や Raspberry Pi が分かる人にはやや冗長と思われますので、以下にかいつまんで、まとめておきたいと思います。言い忘れましたが、搭載されている Xilinx Zynq XC7Z020という FPGA には 650MHz のデュアルコア ARM Cortex-A9 プロセッサが載っているので、FPGA 上にマイコンを論理合成しなくても、Raspberry Pi と同様に Linux が動いてしまう訳ですね。
Getting Started 要約（ツボ）
- micro SD カードに焼くイメージは、Xilinx 社のサイトからダウンロードできる。
- Raspberry Pi と同様に、dd コマンドなどでイメージを書き込む。
- ボード上のスイッチを適切に設定すると、micro USB コネクタから電源を供給できる。
- 同じ USB ポートを使って、2つの仮想シリアルポートが見えるようになる。（
よく調べてないが、一つは診断メッセージ用かな。もう一つは login コンソール） - 電源を入れると Linux が起動するので、Ethernet コネクタを LAN（インターネット）に繋いでおく。DHCP でアドレスを取りに行く。DHCP が動いてない場合は、決まった静的アドレスが割り当てられる。
- HTTP サーバーが動いていて、上記アドレスのポート 80 に HTTP アクセスすると、Jupyter Notebook にアクセスできる。そこから各種デモコードなどが実行できる。
- SSH サーバーや SMB サーバーが動いているので、ログインしたりファイルアクセスしたりできる。ユーザー名: xilinx、パスワード: xilinx。
繰り返しになりますが、こちらの Digi-Key さんの記事（サーベイ）は非常に参考になります。御一読をお勧めします。
とりあえず、そんなところです。今日はここまで。
後記（2019/5/22）
PYNQ-Z1 の HDMI 入力端子ですが、接続するデバイス（映像出力ソース）の種類をかなり選ぶようです。
参考: No HDMI input handshake · Issue #475 · Xilinx/PYNQ
Linux が動いているので USB ウェブカムは使えるらしいのですが、MIPI 等のカメラ（Raspberry Pi のカメラモジュールみたいなやつ）を繋げないか、調べています。（PYNQ ではないですが、Arty S7 に繋いでいる方はあるようです。）
参考: Creating an FPGA-Based Low-Cost Imaging System – Hackster.io