HERO Doucment Hardware Manual Chinese
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第一章 介绍
1.1 概述
HERO平台全称为Heterogeneous Extensible Robot Open Platform，是专为智能机器人（包括服务机器人、医疗机器人、自动驾驶汽车等）打造的一套低功耗、高性能、体积小的异构系统平台方案。在此方案中，CPU作为控制中心，与FPGA和其他专用加速器芯片（如Movidius的VPU）搭配，能够提供高效的性能。整套HERO硬件系统采用了英特尔酷睿?系列CPU，搭载英特尔Arria 10 GX系列1150型FPGA作为异构加速器。
传统的FPGA编程方式令多数软件工程师望而却步，而HERO平台为大家带来了福音。除了传统的专业编程模型，HERO平台专门定制的BSP（Board Support Package）还支持基于OpenCL的flow开发，给广大的算法和软件工程师提供了友好的编程接口。为了支持OpenCL Flow，HERO平台上移植了完整的FPGA板级支持包（Board Support Package），作为HERO SDK的一个组成部分提供给用户。现有HERO SDK BSP的FPGA逻辑部分主要包括高速通信接口PCIe IP核、内存DMA控制器、片外高速内存DDR4接口，以及和FPGA内部模块之间的通信接口。如果用户想增加FPGA与外部接口之间的通讯， HERO平台也有相应的BSP参考设计，能够指导客户更好、更快地实现各种灵活多变的外部接口。
HERO平台的应用前景广阔。以服务机器人为例，其主要作用是帮助人完成任务和动作。为了实现这一目标，研发人员需要在机器人上实现各种复杂的应用控制技术，包括视觉、定位、运动、抓取等。FPGA可以在这些关键应用上发挥极大的价值，让复杂算法的处理变得高效而实时，带给用户良好的体验。
1.2 技术规格
Hero平台有两个板卡组合而成，分别为 CPU 主机系统与 FPGA加速度系统(见图1-1)。两者以PCIe接口连接进行传输与通信, 完成CPU协同FPGA的各种计算加速、算法实现功能。FPGA系统使用Intel Arria10 FPGA PCIe板卡。下面将介绍这两大主板系统的各个参数规格：
- CPU主系统
- 处理器: 英特尔® 酷睿™ i5-7260U/i7-7567U(根据客户订单需求而定)
- 内存: DDR4-2133 1.2V SO-DIMM 8GB
- 硬盘: Sata SSD 256G
- 显卡
- 集成显卡
- 图像输出: HDMI 2.0a;USB-C (DP1.2)
- 外围接口
- USB Type C端口 x1
- Thunderbolt™ 3 (40Gbps)
- USB 3.1 Gen 2 (10Gbps)
- DisplayPort (DP 1.2)
- USB 3.0/2.0 端口x2
- 局域网: Gigabit (10/100/1000 Mb/s)局域网
- 无线: 英特尔® Wireless-AC 8265 + 蓝牙4.2
- FPGA加速系统
- FPGA: Altera Arria 10 GX FPGA (10AX115S2F45I1SG)
- FPGA配置电路
- 板载USB Blaster II或FPGA编程的JTAG接头
- 快速被动并行配置(FPPx32)：通过MAX II CPLD和闪存
- 内存
- 256MB闪存
- 2GB DDR44 -2400 x 64bit
- 通信与扩展
- PCI Express (PCIe) x8 edge接头
- USB 3.0 Host/Device
- 以太网
- UART/CAN/SPI/I2C
- 通用用户输入/输出:
- 8 LEDs
- 3 Push-buttons
- 8 DIP Switch
- 时钟
- 50/100/125MHz固定时钟
- 可编程PLL
- 系统监测与控制
- 温度感应器
- 电源监测
第2章 系统接口介绍与说明
2.1 概述
HERO平台由CPU主机系统以及FPGA加速卡组合而成。如图2-1所示，平台上所对外的接口也分为两类。橙色线标注的外设接口为CPU主机系统接口，如HDMI、USB接口。能让运行在CPU主机系统上的操作系统使用鼠标或者有屏幕输出功能。
蓝色线条所标注的为FPGA加速卡上的外设接口。这些接口能让FPGA加速卡有扩充的外设能力，如连接以太网处理网络功能，但这些接口都需要用户自行在FPGA内做相对应的设计才可以使用。在出厂设定时并没有包含此类的设计。
另外，须注意此两类系统无法兼容使用，如连接FPGA加速卡的以太网口，无法使CPU主机系统拥有连通网络功能。同样在FPGA加速卡的USB接口连接上USB鼠标，无法使CPU主机系统侦测到鼠标功能。
图 2-1 HERO平台主要接口
下面我们将先介绍HERO平台上的电源以及CPU主机系统的接口。关于FPGA加速板卡的接口在第三章会有描述。
2.2 12V系统电源输入与FPGA电源开关
图 2-2为HERO平台的电源输入口与FPGA电源开关，需使用DC 12V电源供应器提供电源。FPGA电源开关为FPGA加速卡电源开关。使用HERO平台需先开启此处电源，好让FPGA先行供电并配置完成，以利后续CPU主机系统侦测FPGA加速卡设备。
图 2-2 12V系统电源输入与FPGA电源开关
2.3 CPU主机系统电源按钮
图2-3为CPU主机系统的电源按钮，按下此键可以开启CPU主机系统。如同大多数的PC机，在CPU主机系统电源开启的状态下(按钮将会出现蓝光)，长按此按钮四秒钟将会强制关闭系统电源。只按一次，操作系统将会出现重启选项。
图 2-3 CPU主机系统电源按钮
2.4 CPU主机系统接口
这节将介绍CPU主机系统的外设接口。
高清晰度多媒体接口(HDMI)
图 2-4 高清晰度多媒体接口
HDMI端口支持标准、增强或高清晰度视频，以及在单根电缆上的多通道数字音频。该端口兼容所有ATSC和DVB高清电视标准，支持24位/96 kHz内的8个全方位频道无损音频格式。支持的最大分辨率是4096 x 2160@60hz,24bpp.HDMI端口符合HDMI 2.0规范。
以太网LAN端口
图 2-5 以太网LAN端口
CPU主机系统上的以太网端口支持以下特性: • 符合1Gb/s以太网802.3、802.3u、802.3z、802.3ab规格 • 多速度操作：10/100/1000 Mb/s • 全双工操作10/100/1000 Mb/s；半双工操作10/100 Mb/s • 流量控制支持符合802.3规格，以及802.3z定义的对称流量控制的具体操作 • VLAN支持符合802.3q规范
两个LED内置在RJ-45 LAN连接器中(见图2-6).
Figure 2-6 RJ-45 LAN连接器的LED
Table 2-1 描述了板卡开机和局域网子系统运行时的LED状态。
Table 2-1 LED状态描述
LED LED Color LED State Condition Link Green OFF LAN link is not established On LAN link is established Blinking LAN activity is accurring Data Rate Green/Yellow Off 10Mb/s data rate is selected Green 100Mb/s data rate is selected Yellow 1000Mb/s data rate is selected
USB 3.0 Ports
The CPU system of HERO platform provides two USB 3.0 ports, as shown in figure below. The maximum current for each port is 900 mA.
- Figure 2-6 Hero USB 3.0 Ports
USB Type-C connector
The port supports Thunderbolt™ 3 with up to 40Gbps of data throughput, one 4k (60Hz) monitor output, USB3.1 (Gen 2) connection and charging capabilities up to 5V at 3A.
It also supports DisplayPort 1.2 specification for display connections between consumer electronics devices such as high definition optical disc players, set top boxes, and TV displays. The maximum supported resolution is 4096 x 2304 @ 60 Hz, 24bpp.
- Figure 2-7 Hero USB Type-C Connector
