喜大普奔：可以宅家搞 FPGA 實(shí)驗(yàn)啦！
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受新冠肺炎疫情影響，中國(guó)各大高校為切斷疫情傳播開展線上視頻的方式積極恢復(fù)教學(xué)。然而，需要硬件的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)成為線上教學(xué)的難題。近日，官媒“新華社”報(bào)道了賽靈思口袋實(shí)驗(yàn)室（10萬(wàn)+閱讀）的新聞——在疫情期間北京多所高校通過(guò)將“口袋實(shí)驗(yàn)室”工具包郵寄給學(xué)生，實(shí)現(xiàn)了教師在網(wǎng)上授課、學(xué)生線下同步完成操作的實(shí)驗(yàn)課程在線教學(xué)。
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202003/411070.htm
*圖源新華社
“口袋實(shí)驗(yàn)室是一種體積小、功能齊全、便于攜帶的小型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。憑借先進(jìn)的功能和靈活性，學(xué)生可以在任何時(shí)間，任何地點(diǎn)開展實(shí)驗(yàn)?！?nbsp;— 張延軍教授，北京理工大學(xué)
事實(shí)上自 2014 年以來(lái)，賽靈思大學(xué)計(jì)劃一直致力于通過(guò)“口袋實(shí)驗(yàn)室”幫助中國(guó)數(shù)百所大學(xué)改造其數(shù)字設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室。賽靈思數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的改革努力也得到了中國(guó)教育部的認(rèn)可，2018 年獲得了教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人優(yōu)秀案例獎(jiǎng) （全國(guó)20個(gè)）。
眼尖的小伙伴也許已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，“口袋實(shí)驗(yàn)室”工具包內(nèi)含一塊基于賽靈思 Artix FPGA 器件的板卡。事實(shí)上除了“口袋實(shí)驗(yàn)室”，為了幫助疫情期間學(xué)子安全、順利地開展實(shí)驗(yàn)課，賽靈思更開放了“云”實(shí)驗(yàn)室，讓廣大學(xué)子在家用電腦也能上實(shí)驗(yàn)課。
如何用電腦上實(shí)驗(yàn)課？ 答案就在賽靈思 PYNQ 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室。
賽靈思大學(xué)計(jì)劃與 OpenHEC 聯(lián)合提供的 PYNQ 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室，讓廣大師生學(xué)子有電腦就能在家上實(shí)驗(yàn)課，解決了高校教師頭疼的“云課堂”下如何開展課程實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題。
有了 PYNQ 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室，你可以：
○ 在家抗“疫”學(xué)習(xí)提升免疫力。在家就能遠(yuǎn)程上實(shí)驗(yàn)課，安全又安心；
○ 告別繁雜的板卡束縛，隨時(shí)開展基于 PYNQ 課程建設(shè)或科研項(xiàng)目開發(fā)；
○ 教學(xué)質(zhì)量不打折扣，給你別具一格的線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)新感受；
聽(tīng)完小Xi 的介紹，各位高校理工科學(xué)子是否已經(jīng)躍躍欲試了呢？ 別著急，接下來(lái)就手把手教大家如何在家上實(shí)驗(yàn)課。
簡(jiǎn)而言之，使用 PYNQ 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室的流程大體可劃分為兩部分：首先在本地完成 FPGA 邏輯部分的開發(fā)，使用傳統(tǒng)的 HDL 語(yǔ)言或 HLS 通過(guò) C/C++ 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵的算法或功能；然后連接到遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室，在 Jupyter Lab/Notebook 開發(fā)環(huán)境中實(shí)現(xiàn) FPGA 比特流加載、FPGA 算法/功能驗(yàn)證與調(diào)用，最終完成基于遠(yuǎn)程平臺(tái)的課程實(shí)驗(yàn)
接下來(lái)，小Xi 給大家展示下那些基于賽靈思 PYNQ 在實(shí)踐中創(chuàng)作的部分優(yōu)秀作品。
利用 PYNQ 實(shí)現(xiàn)的智能音箱
本案例利用 PYNQ 自定義 Overlay 驅(qū)動(dòng) Respeaker，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)智能音箱。ReSpeaker 是一個(gè)四路 ADC 芯片 AC108 位轉(zhuǎn)換芯片的四通道麥克風(fēng)的設(shè)備，它支持 I2S 接口，在本案例中它需要連接到 PYNQ-Z2 的樹莓派接口。本項(xiàng)目有 DOA（Direction of Arrival）實(shí)驗(yàn)，和 STT（Speech to Text）實(shí)驗(yàn)。
基于 PYNQ 散射成像相機(jī) CC Cam
本作品 CC Cam 基于計(jì)算光學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)散射體成像，利用 PYNQ-Z2 制作了集標(biāo)定、攝像、重建算法、人機(jī)交互于一體的小型系統(tǒng)。散射圖像重建首先須標(biāo)定點(diǎn)光源獲取點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，獲取物體的散射圖像后通過(guò)FISTA算法迭代重建。透過(guò)散射介質(zhì)成像在云霧遙感測(cè)繪、觀察生物深層組織等方面有應(yīng)用前景，同時(shí)無(wú)透鏡的計(jì)算光學(xué)成像對(duì)相機(jī)突破透鏡尺寸和分辨率限制有著革新意義。
基于 FPGA 的類腦計(jì)算平臺(tái)
本作品搭建了基于 Xilinx FPGA 的 FPGA 計(jì)算加速集群，用于對(duì) HPC benchmark 中的神經(jīng)元、突觸的 STDP 算法加速。
賽靈思 PYNQ 的應(yīng)用非常廣泛，可支持高校各類基礎(chǔ)與專業(yè)課程建設(shè)，比如數(shù)字信號(hào)處理、圖像處理、計(jì)算機(jī)組成、AI 人工智能等眾多課程。
從此前的口袋實(shí)驗(yàn)室、夏令營(yíng)/冬令營(yíng)到協(xié)辦全國(guó)大學(xué)生 FPGA 創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽，再到如今的 PYNQ 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室，作為 FPGA 領(lǐng)域絕對(duì)的領(lǐng)軍者，賽靈思始終秉承與中國(guó)高校及學(xué)術(shù)圈合作共贏的理念，以獨(dú)特的、靈活應(yīng)變的硬件及軟件平臺(tái)激發(fā)創(chuàng)新靈感、提升創(chuàng)新能力，培養(yǎng)與輸送更多的軟硬件復(fù)合型人才，助力中國(guó) FPGA 產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
關(guān)于 PYNQ
PYNQ 即 Python on Zynq，是賽靈思研究院推出的一套面向教育和科研的開源軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)框架，這是一套將軟件、硬件、電子信息、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化等所有學(xué)科融合在一起的開源框架，已在教學(xué)與科研領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。可作為本科 4 學(xué)年多門基礎(chǔ)與專業(yè)課程的統(tǒng)一平臺(tái)，真正實(shí)現(xiàn)貫穿式教育。
溫馨提示：疫情期間，PYNQ 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室優(yōu)先支持高校教師課程建設(shè)，現(xiàn)在即可前往賽靈思開源硬件社區(qū) www.openhw.org 提交申請(qǐng)。后續(xù)我們還將向社區(qū)開放。
還在等什么，現(xiàn)在就去賽靈思開源硬件社區(qū) www.openhw.org 提交申請(qǐng)，小Xi 期待各位小伙伴的佳作
更多 PYNQ 優(yōu)秀案例，歡迎大家關(guān)注“PYNQ 開源社區(qū)”微信公眾號(hào)。
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