HERO Doucment Hardware Manual Chinese
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第1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).
图 2-6 RJ-45 LAN连接器的LED
表 2-1 描述了板卡开机和局域网子系统运行时的LED状态。
表 2-1 LED状态描述
LED LED颜色 LED状态 LAN状态 连接 绿 熄灭 LAN连接没有建立 常亮 LAN连接建立 闪烁 LAN运行 数据速率 绿/黄 熄灭 选择10Mb/s数据速率 绿 选择100Mb/s数据速率 黄 选择1000Mb/s数据速率
USB 3.0端口
HERO平台的CPU主机系统，在外部提供了两个USB3.0的接口，每个接口的最大电流为900mA。
- 图 2-7 Hero USB 3.0端口
USB Type-C连接头
端口支持Thunderbolt™3，最高达40Gbps的数据吞吐量，一个4K(60Hz)监视器输出，USB3.1(Gen 2)连接和5V/3A可达的充电功能。
它还支持DisplayPort 1.2规范，用于在高清晰度光盘播放器、机顶盒和电视显示器等消费电子设备之间的显示连接。支持的最大分辨率是4096 x 2304@60Hz，24bpp。
- 图 2-8 Hero USB Type-C连接头
