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一、产品概述
设备基于3U VPX的导冷结构，集成FPGA接口预处理卡，GPU板卡、飞腾ARM处理卡，实现光纤、差分电口或者Camera link的图像接入，FPGA信号预处理，GPU AI计算，飞腾ARM的采集管理存储。
二、系统组成
系统组成包括：3U VPX机箱电源、3U VPX背板、 1块3U VPX V7采集处理板、1块3U VPX AGX orin GPU计算主板、1块3U VPX飞腾处理器计算板。
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2.1基于XC7V690T的3U VPX信号处理板（274）
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本板卡系我司自主研发的基于3U VPX导冷架构的信号处理板，适用于高速图像处理等。芯片采用工业级设计。该处理板包含1片Xilinx公司的Virtex7系列FPGA-XC7V690T-2FFG1761I。板载两组64位宽DDR3，每组容量4GB，一个HPC FMC接口。VPX接口连接4组x4 GTH，24组LVDS，一路RS422，一路1000Base-T。板卡的电气与机械设计依据VPX标准（VITA 46.0），支持导冷，能够满足用户在特殊环境下的使用需求。
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板卡功能
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参数内容
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主处理器
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Xilinx XC7V690T-2FFG1761I
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板卡标准
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VPX VITA 46.0
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电气规范
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PCIe 2.0,3.0 X4
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FMC接口
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FMC ANSI/VITA 57.1 – 2008 ，ASP-134486-01
HPC中LA，HA，HB全部接口和DP0~DP7 8路高速接口
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板载缓存
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两组DDR3，每组512Mx64bit(4GB), MT41K512M8RH-125-IT
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加载Flash
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BPI加载模式，BPI Flash 2Gb
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VPX接口
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P1: GTX x16， 支持PCIe、SRIO协议
P2: LVDS x24，一路RS422，一路1000Base-T
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仿真器接口
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1x 6Pin JTAG接口，间距2.54mm
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LED
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两个，电源状态指示灯，FPGA状态指示灯（可编程）
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复位方式
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外复位
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板卡尺寸
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100mm x 160mm x20mm
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板卡重量
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（含散热片）
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板卡供电
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+12V@4A
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板卡功耗
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48W
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工作温度
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Industrial -20℃到+70℃
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光纤收发子卡、2711子卡、Cameralink子卡
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2.2 基于3U VPX的AGX Orin GPU计算主板（735）
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Jetson AGX Orin 采用 NVIDIA Ampere 架构 GPU 和 Arm Cortex-A78AE CPU，以及新一代深度学习和视觉加速器。高速 IO、204GB/s 的内存带宽以及 32GB 的 DRAM 能够馈送多个并发 AI 应用程序管道。采用 Jetson AGX Orin，您现在可以部署更大型、更复杂的模型，解决自然语言理解、3D 感知和多传感器融合等问题。Jetson Orin算力高达275 TOPS,是上一代多个并发 AI推理管道性能的8倍,加上支持多个传感器高速接口,可为新时代机器人提供理想的解决方案.
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GPU
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2048-core NVIDIA Ampere architecture GPU with
64 Tensor Cores
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CPU
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12-core Arm Cortex-A78AE v8.2 64-bit CPU
3MB L2 + 6MB L3
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显存
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64GB 256-bit LPDDR5 204.8GB/s
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存储
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64GB eMMC 5.1
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DLA{BANNED}最佳大频率
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1.6 GHz
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AI性能
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275 TOPS
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DL加速器
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2x NVDLA v2
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视频加速器
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1x PVA v2
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视频编码
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2x 4K60 (H.265), 4x 4K30 (H.265)
8x 1080p60 (H.265), 16x 1080p30 (H.265)
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视频解码
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1x 8K30 (H.265), 3x 4K60 (H.265), 7x 4K30 (H.265)
11x 1080p60 (H.265),22x 1080p30 (H.265)
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PCle
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x8 PCle Gen4
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显示接口
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HDMI
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网络
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RJ45 接口 (高达1 GbE)
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2.3 3U VPX飞腾处理器刀片计算机
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2.3.1 产品概述
该产品是一款基于国产飞腾FT2000 4核或腾锐D2000 8核的高性能3U VPX刀片式计算机。产品提供了4个x4 PCIe 3.0总线接口，同时可配置为1个x16或2个x8 PCIe3.0接口，因此具有很强的扩展性，极大地满足多负载多节点的应用需求。产品结构完全符合VITA 46.0规范，有很强的可靠性、可维护性、可管理性，并与军用计算机的抗振动、抗冲击、抗宽温环境急剧变化等恶劣环境特性进行完美融合。
2.3.2 功能指标
● 3U 5HP VPX规格。
● 支持FT-2000/4 四核处理器和腾锐D2000 八核处理器
FT-2000/4标准版,2.6GHz,16W
腾锐D2000/8标准版,2.3GHz,25W
● 板载16GB双通道DDR4内存，频率2400MHz。
● 支持2个VGA接口，{BANNED}最佳大分辨率1920x1080@60Hz；其中1路VGA为后出接口。
● 支持4个x4 PCIe3.0接口，可配置成1个x16 PCIe 3.0或2个x8 PCIe 3.0。
● 前面板支持1路10/100/1000Mbps网络接口，后出2路10/100/1000Mbps网络信号，其中1路后出网口与前面板网口二选一切换。
● 板载1个mSATA接口，支持SATA3.0；后出2路SATA3.0信号，用于扩展存储。
● 前面板支持2个USB3.0接口；后出2路USB3.0接口信号。
● 提供2路RS232后出串口，其中1路可选RS422/RS485模式。
● 提供1路RS232后出CPU管理串口。
● 前面板带复位按键和LED指示灯。
● 单板管理功能（可选功能）。
● 支持银河麒麟、UOS、Centos、ubuntu、VxWorks系统。
（本项目使用ubuntu操作系统）
三、软件开发内容
3.1光纤收发整体流程设计
2路QSFP+光纤接口，一路作为发送端口，一路作为接收端口，每路接口作为4个X1通道互不影响。
接收端：数据流从光纤接收端进来，存到FPGA的DDR中，然后通过PCIE导入到GPU中。
发送端：数据存在飞腾主板中，飞腾通过PCIE写入FPGA的DDR中，FPGA取走数据，通过光纤发送端口发送出去。
GPU接收的数据通过千兆网发送到飞腾主板中。
3.2 TLK2711收发整体流程设计
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4路TLK2711接口，2路作为发送端口，2路作为接收端口，每路接口互不影响。
接收端：数据流从TLK2711接收端进来，存到FPGA的DDR中，然后通过PCIE导入到GPU中。
发送端：数据存在飞腾主板中，飞腾通过PCIE写入FPGA的DDR中，FPGA取走数据，通过TLK2711发送端口发送出去。
GPU接收的数据通过千兆网发送到飞腾主板中。
3.3 FPGA流程框架
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如图所示，FPGA程序可以大体划分为PCIe端点控制器XDMA、DDR3读写控制以及TLK2711收发控制三部分。FPGA与PC的PCIe通信采用Xilinx的XDMA IP，逻辑模块间采用AXI互联方式。XDMA0数据链路为飞腾主板主控数据链路，XDMA1数据链路为Orin_GPU卡主控数据链路。
Orin_GPU卡主控数据链路：tlk2711子卡的接收端口接收到图像数据缓存到{BANNED}中国第一组ddr3中，大小为4GB，对0-4GB的ddr3空间读写,gpu把图像数据读出并作处理。链路数据流向分为数据发送（FPGA-PC）（这里飞腾主板和Orin_GPU卡都称为PC）：
数据接收过程描述（FPGA-PC）：图像数据以1.6Gbps线速率通过rxp接口，wr_fifo把16bit数据位宽转化为128bit数据位宽，fdma_ctrl的写ddr3模块把数据写入到0-4GB的地址空间，通过定义的寄存器信号告诉主机软件取出对应地址空间的数据，通过dma的C2H通道直接写入主机内存。
飞腾主板主控数据链路：飞腾主板把图像处理结果写入板卡第二组ddr3中,fpga逻辑读出ddr3中的数据通过tlk2711子卡的发送端口发送出去。（这里飞腾主板和Orin_GPU卡都称为PC）。
数据发送过程描述（PC-FPGA）:为了实现数据发送，主机软件从主机内存固定位置读出图像处理数据发送到DMA的H2C通道，写入到板载第二组DDR3的0-4GB的空间,主机软件通过寄存器通知fdma_ctrl的读ddr3模块取出对应地址ddr3的数据，通过rd_fifo把数据128bit位宽变化到16bit后，给到tlk2711子卡的发送模块，{BANNED}最佳后数据以1.6Gbps的线速率通过txp口发送出去。
3.4 软件PCIE读流程
软件启动开始接收，软件通过寄存器使能FPGA开始接收数据（光纤或者TLK2711数据），软件开始轮询FPGA写入完成寄存器，当读到FPGA完成标志，说明FPGA已经写入数据，软件读取DDR中数据，完成一次读取数据交互流程。
之后重复单次流程，直到数据接收完整。
3.5 软件PCIE写流程
软件启动开始发送数据（光纤或者TLK2711数据），软件把数据写入DDR中， 通过寄存器使能FPGA开始发送，软件开始轮询FPGA读取完成寄存器，当读到FPGA完成标志，说明FPGA已经把DDR的数据取走，这样就完成一次写入数据交互流程。之后重复单次流程，直到数据发送完整。
3.6飞腾GPU数据交互
在背板设计中，飞腾主板和GPU千兆网互联和RS232互联。考虑传输速度，使用千兆网进行传输。使用TCP/IP协议，飞腾处理器为TCP服务端，GPU为TCP客户端主动进行链接请求。
3.7 客户端界面
客户端具有状态信息显示，控制四通道光纤数据发送或者双通道TLK2711接口数据发生功能。上位机自动识别FPGA子卡类型，切换操作界面。
四通道光纤子卡界面
双通道TLK2711子卡界面
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