Como Implementar AMD Kria SOM em Projetos de Sistemas Embarcados: Guia Prático
Você sabia que o AMD Kria SOM oferece um desempenho três vezes superior em aplicações de visão artificial e dobra a eficiência energética em comparação com outros SOMs disponíveis no mercado? Atualmente, essa tecnologia está revolucionando o desenvolvimento de sistemas embarcados, principalmente em áreas como cidades inteligentes, robótica e visão computacional.
O AMD Kria K26 SOM, disponível por $325, e o AMD Kria K24 SOM, por $250, são soluções completas que permitem a implementação de aplicações em menos de uma hora, sem necessidade de experiência prévia em programação FPGA. Além disso, com suporte nativo ao ROS 2 e capacidade de processamento através de um processador quad-core Arm Cortex-A53, esses módulos oferecem uma produtividade cinco vezes maior em aplicações de robótica e automação industrial.
Neste guia prático, vamos explorar passo a passo como implementar o AMD Kria SOM em seus projetos de sistemas embarcados, desde a seleção do modelo ideal até a configuração do hardware e desenvolvimento de software, permitindo que você aproveite ao máximo todos os recursos dessa plataforma inovadora.
Fundamentos do AMD Kria SOM para Sistemas Embarcados
O AMD Kria SOM apresenta uma arquitetura heterogênea que combina processamento de alto desempenho com lógica programável avançada.
Arquitetura do AMD Kria K26 SOM
O núcleo do sistema é construído em torno de um SoC Zynq UltraScale+ MPSoC personalizado, que integra processadores de aplicação e tempo real. A arquitetura inclui um módulo de segurança TPM 2.0 da Infineon e toda a infraestrutura de energia necessária para operação. Adicionalmente, o sistema suporta temperaturas operacionais de 0 a 85°C na versão comercial e -40 a 100°C na versão industrial.
Recursos de Processamento e Memória
Em termos de processamento, o sistema conta com:
Processador de Aplicação: Quad-core Arm Cortex-A53 MPCore operando até 1,5 GHz
Processador de Tempo Real: Dual-core Arm Cortex-R5F MPCore até 600 MHz
Unidade Gráfica: Mali-400 MP2 com clock de até 667 MHz
A configuração de memória inclui 26,6 Mb de SRAM on-chip, complementada por 4GB de DDR4 de 64 bits e 16GB de armazenamento eMMC. O sistema também incorpora 1.248 slices DSP e 256K células lógicas.
Interfaces de Comunicação Disponíveis
O sistema oferece um conjunto abrangente de interfaces de comunicação, incluindo PCIe Gen2 x4, duas portas USB 3.0, SATA 3.1 e quatro interfaces Gigabit Ethernet. Em particular, o sistema suporta conectividade de alta velocidade através de transceivers GTH de 12,5 Gb/s, que possibilitam implementações de PCIe Gen3 x4, HDMI 2.0 e DisplayPort 1.4. Além disso, disponibiliza interfaces de uso geral como USB 2.0, UART, CAN 2.0B, I2C e SPI.
Processo de Seleção do Modelo Ideal
Primeiramente, na escolha entre os modelos AMD Kria SOM, é fundamental compreender as diferenças específicas para selecionar a opção mais adequada ao seu projeto.
Comparação entre AMD Kria K24 e K26 SOM
O AMD Kria K24 SOM apresenta um formato mais compacto, ocupando metade do tamanho de um cartão de crédito e consumindo metade da energia do K26. Por outro lado, o K26 SOM oferece desempenho três vezes superior em aplicações de visão artificial e dobra a eficiência energética em comparação com SOMs concorrentes.
Em termos de temperatura operacional, ambos os modelos oferecem versões comerciais e industriais. A versão comercial do K24 opera entre 0°C e 85°C, enquanto a industrial suporta de -40°C a 100°C. Além disso, a versão industrial inclui memória LPDDR4 protegida por ECC para maior confiabilidade do sistema.
Análise de Requisitos do Projeto
Na seleção do modelo ideal, considere:
Aplicações de Alto Desempenho: O K26 SOM é otimizado para visão artificial e robótica, com suporte nativo ao ROS 2, aumentando em cinco vezes a produtividade em automação industrial.
Aplicações Sensíveis ao Custo: O K24 SOM é mais adequado para aplicações DSP intensivas, como controle de motores elétricos, equipamentos médicos e automação fabril.
Portanto, para projetos que demandam processamento intensivo de visão artificial e robótica, o K26 é a escolha ideal. No entanto, para aplicações que priorizam eficiência energética e têm restrições de espaço, o K24 apresenta-se como a opção mais adequada.
A compatibilidade do conector entre os modelos permite migração sem necessidade de trocar placas, possibilitando equilibrar potência, desempenho e custo conforme as necessidades do projeto.
Configuração Inicial do Hardware
Inicialmente, a configuração do hardware do AMD Kria SOM requer atenção especial aos detalhes e uma sequência específica de passos para garantir o funcionamento adequado do sistema.
Preparação do Ambiente de Desenvolvimento
Para começar, é necessário um cartão microSD de alta velocidade para armazenar o sistema operacional. O ambiente de desenvolvimento não vem pré-carregado com sistema operacional, portanto, precisamos gravá-lo no cartão microSD. Em seguida, o sistema operacional será executado diretamente do cartão, similar ao funcionamento de outros dispositivos embarcados.
Conexões Básicas do Sistema
A sequência correta de conexões é fundamental para o funcionamento adequado:
Insira o cartão microSD com a imagem de inicialização no slot correspondente (J11)
Conecte o cabo micro-USB à porta J4 para transferência de dados
Ligue o teclado/mouse às portas USB (U44 e U46)
Conecte o cabo DisplayPort ao monitor
Estabeleça conexão Ethernet através da porta PS ETH (J10D)
Além disso, o sistema requer uma fonte de alimentação de 12V com corrente máxima de 3A. É importante notar que o conector de energia utiliza um plugue de barril de 2,5mm, diferente do padrão comum de 2,1mm.
Verificação de Compatibilidade
Durante a inicialização, o consumo inicial de energia registrado é aproximadamente 0,68A. Para monitorar o processo de inicialização, conecte um cabo USB-micro USB do computador à placa, permitindo acompanhar o bootloader através de um terminal serial. Portanto, antes de prosseguir com o desenvolvimento, certifique-se de que todas as conexões estão corretas e que o sistema inicializa adequadamente.
Desenvolvimento do Software Embarcado
No desenvolvimento de software para o AMD Kria SOM, as ferramentas especializadas simplificam significativamente o processo de criação e implementação de aplicações.
Ferramentas de Desenvolvimento AMD Xilinx Kria
A plataforma oferece suporte a diversos ambientes de desenvolvimento, incluindo Matlab Simulink e linguagens como Python, com amplo suporte ao framework PYNQ. O Vitis AI destaca-se como ferramenta central, permitindo o uso de frameworks populares como Caffe, TensorFlow e Pytorch para aceleração de algoritmos de inferência de IA.
No centro do desenvolvimento está a Unidade de Processamento de Aprendizado Profundo (DPU), implementada na lógica programável e otimizada para Redes Neurais de Convolução. Esta unidade suporta redes como VGG, ResNet, GoogLeNet, YOLO, SSD, MobileNet e FPN.
Implementação de Aplicações Aceleradas
A Kria App Store disponibiliza aplicativos pré-construídos que podem ser instalados facilmente através de mecanismos de código aberto. Entre as aplicações disponíveis encontram-se:
Detecção de Defeitos para visão mecânica
AI Box com ReID para rastreamento distribuído
SmartVision para processamento de linguagem natural
DPU-PYNQ com notebooks de inferência de IA
Além disso, a plataforma utiliza contêineres Docker hospedados no Docker Hub para distribuição de aplicativos. Os desenvolvedores podem começar a trabalhar rapidamente, acelerando o tempo de lançamento no mercado para aplicações de controle e DSP sem necessidade de conhecimento em programação FPGA.
Portanto, o processo de desenvolvimento é simplificado através de atualizações dinâmicas, permitindo que os desenvolvedores programem e diferenciem seus projetos no nível do software. A infraestrutura padrão baseada em contêineres facilita a comercialização de aplicativos de borda exclusivos e algoritmos personalizados.
Conclusão
AMD Kria SOM apresenta-se como uma solução completa para sistemas embarcados modernos, combinando alto desempenho com flexibilidade excepcional. Portanto, desenvolvedores podem aproveitar recursos como processadores quad-core Arm Cortex-A53, aceleração de IA através da DPU e suporte nativo ao ROS 2 para criar aplicações sofisticadas.
A escolha entre K24 e K26 SOM depende das necessidades específicas do projeto, considerando fatores como consumo de energia, dimensões físicas e requisitos de processamento. Assim, projetos de visão computacional e robótica avançada beneficiam-se do K26, enquanto aplicações com restrições de espaço e energia encontram no K24 uma alternativa eficiente.
O processo de configuração simplificado, aliado ao ambiente de desenvolvimento rico em ferramentas como Vitis AI e PYNQ, permite que desenvolvedores iniciem seus projetos rapidamente. Além disso, a disponibilidade de aplicativos pré-construídos na Kria App Store e o suporte a contêineres Docker aceleram significativamente o ciclo de desenvolvimento.
Este guia demonstrou que AMD Kria SOM oferece uma plataforma robusta e versátil para sistemas embarcados, adequada tanto para iniciantes quanto para desenvolvedores experientes, estabelecendo novos padrões em desempenho e eficiência energética no mercado de sistemas embarcados.
