HN 공개: Python을 실행하는 하드웨어 프로세서 개발

12 hours ago 3

Python 을 하드웨어에서 직접 실행하는 커스텀 프로세서 로, 인터프리터 나 JIT 없이 동작함
PyXL의 GPIO 왕복 시간은 480ns로, MicroPython의 PyBoard보다 30배 빠름
Zynq-7000 FPGA에서 실행되며, ARM CPU가 설정과 메모리를 처리함
GPIO는 일반 목적 입출력을 의미하며, PyXL은 이를 하드웨어에서 직접 실행하여 VM이나 소프트웨어 스택을 거치지 않음
실시간 제어 시스템, 로봇 공학, 임베디드 산업 시스템 등에서 결정론적이고 일관된 성능을 제공

PyXL 소개

PyXL은 Python을 하드웨어에서 직접 실행하는 커스텀 프로세서임
인터프리터나 JIT 없이 실리콘에서 Python 코드를 실행함
CPython ByteCode를 커스텀 어셈블리로 변환하여 파이프라인 프로세서에서 실행함

PyXL의 특징

C나 인라인 루프가 아님
MicroPython이나 JIT가 아님
Linux나 운영체제를 실행하지 않음
결정론적이고 속도를 위해 설계된 Python 전용 프로세서임

PyXL의 실행 환경

Zynq-7000 FPGA에서 실행되며, Arty-Z7-20 개발 보드 사용
PyXL 코어는 100MHz에서 실행됨
ARM CPU가 설정과 메모리를 처리하며, Python 코드는 하드웨어에서 직접 실행됨

GPIO란 무엇인가?

GPIO는 일반 목적 입출력을 의미하며, 소프트웨어가 LED, 버튼, 센서, 모터 등을 제어할 수 있게 함
MicroPython에서는 Python 코드가 C 함수와 상호작용하여 하드웨어 레지스터를 처리함
PyXL은 Python 바이트코드를 하드웨어에서 직접 실행하여 인터프리터나 함수 호출 없이 네이티브 하드웨어에서 실행함

GPIO 테스트

Arty 보드의 두 핀을 점퍼 케이블로 연결하여 테스트함
Python 프로그램을 작성하여 GPIO 핀1이 1로 설정된 후 다른 핀에서 1이 측정될 때까지의 시간을 측정함
PyXL과 PyBoard의 MicroPython VM을 비교하는 비디오를 통해 성능 차이를 확인함

PyXL의 프로그램 구조

Python 프로그램은 CPython Bytecode로 컴파일된 후 PyXL 어셈블리로 변환됨
바이너리가 생성되어 네트워크를 통해 Arty 보드로 전송됨
ARM CPU가 애플리케이션을 받아 PyXL 하드웨어와 공유 메모리에 복사하고 실행함

플랫폼 비교

GPIO 왕복 지연 시간: PyXL은 480ns, **MicroPython (PyBoard)**는 14,741ns
PyXL은 PyBoard보다 30배 빠르며, 클럭 속도를 정규화하면 50배 빠름

PyXL의 장점

Python VM은 소프트웨어 인터프리터를 기반으로 하여 오버헤드와 복잡성을 초래함
PyXL은 이러한 장벽을 제거하여 Python 코드를 하드웨어에서 직접 실행함
GPIO 접근은 물리적이며, 제어 흐름은 예측 가능하고 일관된 성능을 제공함

PyXL의 응용 분야

실시간 제어 시스템에서 순수 Python으로 구현 가능
ML 추론 및 센서 응답 루프에서 엄격한 시간 제한을 충족함
로봇 공학에서 모터 피드백 및 센서 융합을 사이클 수준의 정밀도로 처리함
임베디드 산업 시스템에서 타이밍과 신뢰성이 중요한 경우에 적합함

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