PYNQ-PRIO是一個介紹如何利用FPGA部分可重配置特性和PYNQ框架提供的方便的API，對FPGA分時復用，提高FPGA靈活性的項目。可重配置是指在一個FPGA工程中，劃分了靜態邏輯部分和動態邏輯部分，靜態邏輯部分是指在運行過程中邏輯不變的部分，動態邏輯部分是指在運行過程中可以根據需要下載特定比特流文件實現不同邏輯的部分，在工作時，修改某一動態邏輯部分不會對靜態邏輯部分和其他動態邏輯部分造成影響，實現了FPGA的功能上的分時復用。

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

此項目中在PYNQ框架下有兩種驅動這些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）注冊到linux sysfs中，然后調用linux提供的驅動。

快速開始

運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的驅動程序和必要的功能代碼，不是本文重點請讀者自己研讀。

接下來就是下載bit文件。首先下載靜態邏輯bit文件，靜態bit文件中的PR部分是默認的RM。然后下載PR的bit文件。注意，下載一個PR的bit文件后要立刻例化一個驅動實例，這是因為每個PR的bit文件所對應的hwh文件中其他PR部分都使用默認RM，但是下載一個PR的bit文件并不會影響其他PR和靜態邏輯。

然后可以測試一下兩個UART的狀態，在這里我們并沒有開啟中斷。

下一步我們測試兩個串口的收發。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，運行這段代碼，可以看到信息被正確地收發了。

接下來我們試試含中斷的收發。首先仍然是例化實例，不過在這里我們要從overlay.interrupts_pins中讀取每個uart的中斷引腳，然后初始化uart實例。

利用asyncio庫和中斷，我們可以實現異步收發。

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，首先下載靜態邏輯的bit文件，再下載PR的bit文件。但是不同的是同時注冊了對應的dtbo到linux系統中。dtbo由dtso編譯而來，dtso是描述設備樹的文件，關于它的編寫參閱以下鏈接：

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

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

這個項目中我們利用了FPGA的部分可重構的特性，實現了運行中的部分邏輯的動態轉換。另外我們可以看到利用PYNQ提供的API，可以輕松注冊設備到Linux系統，方便了其他程序對我們自定義IP的使用。

審核編輯 ：李倩