ORIN+FPGA高速采集AI智能处理板
一、设计初衷
为什么要设计一款ORIN+FPGA的板卡呢，我们在跟客户交流的过程中发现，客户的需求是多方面的，痛点和烦恼也是各种各样。略举几个例子。
案例1：在钢铁厂做机器视觉的客户反映，基于PC机加显卡的检测方案，不仅成本高，体积大，关键是那种场合温度比较高，有时会出现死机的现象，虽不频繁，一个月出现一两次。很堵心。
案例2：在矿山做皮带撕裂检测，空间很狭窄，放一台PC机很困难，放一台小的没法插显卡，没显卡GPU加速，算力不足，检测算法只能简化，效果不理想，另外关键是那种场合温度湿度都很大，尤其是灰尘，导致设备经常出问题，出问题最多的就是内存和显卡，千奇百怪，苦不堪言。
案例3：无人机应用，我问客户，为什么不用RK3588+FPGA的方案，客户说，RK3588的6T的算力太低了，相对与Coaxpress接口，6500万像素的相机，RK3588+FPGA的方案，是既采集不进去，算力也不够，还是Orin nx 16G 157T的算力，再加上Nvidia cuda良好的生态，更有把握。
案例4：跟几个做直播，导播录播的客户聊，他们反映，基于PC机的方案，需要插好多种卡，比如SDI采集卡，HDMI采集卡等，体积庞大，重量很重，太不便于携带，还容易死机，越是直播的时候，越紧张越死机，提心吊胆的耽误大事。而基于嵌入式的方案，则算力不够，功能太单一，连起码的4K @60帧 12G SDI 采集很难做到，更别提H.265编码了，根本无法与高档摄像机连接。
案例5：做软件无线电SDR的朋友，则跟我反映，现在的SDR方面的板卡，AI处理能力普遍欠缺，而国外的技术，已到达了智能频谱感知，构建“射频感知-数据处理-AI决策”的闭环。相比传统SDR的离散架构，其统一内存设计将数据交互时延，使AI模型能实时调用射频数据，实现从“被动响应”到“主动预测”的质变。 对科研人员与企业而言，需要构建一个单板就可以实现SDR+AI 的系统，其核心价值在于“一站式验证”： 硬件集成：覆盖从射频（支持多频段）、FPGA（实时处理）到AI算力（Jetson Orin）的全链条，无需担心组件兼容性问题， 软件生态：支持PyTorch、TensorFlow等主流AI框架，与GNURadio等SDR工具无缝对接，Python接口简化二次开发，使算法从设计到验证的周期大幅缩短。
经过了一年多的酝酿，跟很多客户进行了沟通，我们开发了一款ORIN+FPGA的板卡，配合各种FMC接口板，满足多个应用场景的需求。FMC接口板只是应用了FMC连接器，并不是标准的FMC板卡的大小和形状，接口板的大小和形状配合ORIN+FPGA板的大小和形状。在这里解释一下，我们在设计之初，打算采用核心板+底板的传统方式，但发觉这种方式需要客户做的事情太多，需要做一个底板，需要做相关的底层驱动。所以我们最终考虑决定采用主板+接口板的形式，并还可以为客户定制接口板，写底层软件，可以使客户聚集精力，仅仅开发自己有创新的部分技术，极大的减少了客户的工作量，减少了产品研发的风险，加快了产品上市时间。我们初步考虑了，下述应用场景：
1、通过FPGA的FMC接口，做Cameralink接口板，Coaxpress接口板，10G万兆网接口板，连接面阵和线阵相机，把orin应用到机器视觉领域。特别适合空间有限，潮湿，粉尘，高温高寒，振动，复杂电磁环境等场合。
2、用FPGA的FMC接口，做12G SDI接口板和HDMI接口，把orin应用到广播视频，医疗，教育，导播直播录播领域。
3、通过FPGA的FMC接口，连接ad9361，adrv9009接口板，把orin应用到AI+软件无线电领域。
4、通过FPGA的FMC接口，做jesd204b接口板，连接高级A/D和D/A芯片。做模拟信号采集和智能处理，应用于分布式光纤信号处理和其他各种A/D和D/AD的场合。
5、通过FPGA的FMC接口， ，连接24bit高精度A/D，用于IEPE振动监测，用于大型旋转设备和风电机组运行监测。
6、机器人，无人机。
二、板卡架构
板卡采用ORIN+FPGA架构，ORIN是英伟达公司专为边缘AI和机器人设计的嵌入式芯片，采用7nm工艺，单颗算力达157TOPS，支持多传感器并行处理，算力功耗不同，我们这个板，可以选装
ORIN NANO 4G模块
ORIN NANO 8G模块
ORIN NX 8G模块
ORIN NX 16G模块
FPGA采用XILINX的Kintex UltraScale+系列的XCKU5P-2FFVB676I或者Xilinx Artix UltraScale+的XCAU15P-2FFVB676I,引脚兼容，只是后者可以实现PCIe Gen4 16GT/s，可以实现更快的PCIe通信速率。架构图如下：
本产品现货销售，为客户定制各种接口板，承接相关项目，如有需求，可以私信我。
三、ORIN简介
ORIN NANO:
ORIN NX:
算力：
四、FPGA简介
Kintex UltraScale+ XCKU5P-2FFVB676i FPGA和Artix UltraScale+ XCAU15P-2FFVB676i FPGA
XCKU5P-2FFVB676i | XCAU15P-2FFVB676i | |
System Logic Cells | 474,600 | 170,100 |
CLB Flip-Flops | 433,920 | 155,520 |
CLB LUTs | 216,960 | 77,760 |
Max. Distributed RAM (Mb) | 6.1 | 2.5 |
Block RAM Blocks | 480 | 144 |
Block RAM (Mb) | 16.9 | 5.1 |
UltraRAM Blocks | 64 | – |
UltraRAM (Mb) | 18.0 | – |
CMTs (1 MMCM and 2 PLLs) | 4 | 3 |
Max. HP I/O | 208 | 156 |
Max. HD I/O | 96 | 72 |
DSP Slices | 1,824 | 576 |
System Monitor | 1 | 1 |
GTH Transceiver 16.3 Gb/s | 0 | 12 |
GTY Transceivers 32.75 Gb/s | 16 | – |
Transceiver Fractional PLLs | 8 | 6 |
PCIE4 (PCIe Gen3 x16) | 1 | – |
PCIE4C (PCIe Gen3 x16 / Gen4 x8) | – | 1 |
100G Ethernet | 1 | – |
I/O Pins | 304 | 228 |
五、板卡简介
ORIN侧DisplayPort 显示接口。
ORIN侧4X USB3.0 接口。
ORIN侧 RJ45千兆网接口。
ORIN侧 USB Type-C接口。
ORIN侧 1T SSD固态盘，读取3180MB/s，写入2960MB/s。
ORIN侧 5G全网通模块和WIFI模块。
FPGA侧 2GB DDR4-2600存储器。
FPGA侧 双QSPI flash MT25QU256xxxx。
FPGA侧 单端80MHz，差分200MHz，以及SI5328B-C-GMR时钟。
板载FMC接口，10lane GTY 和54对LVDS。
工作温度：ORIN模块宽温度范围运作：-25°C ~ 70°C，其他部分工业级-40℃~+85℃。
工作湿度：10%～80%
单电源供电，整板功耗：40W
电压：DC +12V，5A
纹波：≤10%
板卡尺寸；186mm x 115mm。
七、参考机箱
为了方便用户使用，为客户定制了机箱，如下图，还有一个比这个小点的，同样可以满足，板卡设计的时候，就与厂家沟通，板卡的尺寸就是按照机箱尺寸设计的。并可以根据用户的要求，随意开孔和安装散热风扇和鳍片。
八、FMC连接器相关原理图
2025-12-02
