Zynq-7000可擴展處理平臺新聞背景

　　關(guān)于最新可擴展處理平臺您首先想問(wèn)的或許就是‘Zynq’這個(gè)名稱(chēng)究竟是什么意思。這個(gè)詞很容易讓人聯(lián)想到 zinc，也就是電池、日光屏、合金制品和藥品中最常見(jiàn)的化學(xué)元素鋅。鋅與其他金屬的合金可實(shí)現增強型功能，根據合金的不同對象表現為不同的色彩。鋅最常見(jiàn)的用途就是電鍍。

　　那么這個(gè)名稱(chēng)與電鍍之間有什么聯(lián)系?

　　在 2010 年 4 月硅谷舉行的嵌入式系統大會(huì )上，賽靈思發(fā)布了可擴展處理平臺的架構詳情，這款基于無(wú)處不在的ARM 處理器的 SoC可滿(mǎn)足復雜嵌入式系統的高性能、低功耗和多核處理能力要求。賽靈思可擴展處理平臺芯片硬件的核心本質(zhì)就是將通用基礎雙 ARM Cortex-A9 MPCore 處理器系統作為“主系統”，結合低功耗 28nm工藝技術(shù)，以實(shí)現高度的靈活性、強大的配置功能和高性能。由于該新型器件的可編程邏輯部分基于賽靈思 28nm 7 系列 FPGA，因此該系列產(chǎn)品的名稱(chēng)中添加了“7000”，以保持與7系列 FPGA 的一致性，同時(shí)也方便日后本系列新產(chǎn)品的命名。

　　除了芯片外，賽靈思 Zynq™-7000 系列還構成了最終平臺產(chǎn)品的基礎。賽靈思聯(lián)盟計劃生態(tài)系統和 ARM互聯(lián)社區的成員提供的軟件開(kāi)發(fā)與硬件設計實(shí)現工具、廣泛采用的操作系統、調試器、IP及其他元素的工具就好像“電鍍”在一起一樣，從而使可擴展處理平臺成為了可能。

　　以處理器為中心的開(kāi)發(fā)流程

　　Zynq-7000 可擴展處理平臺采用熟悉的工具流程，使嵌入式軟/硬件工程師能以類(lèi)似于賽靈思 ISE 設計套件和第三方工具提供的嵌入式設計方法，執行各自的開(kāi)發(fā)、調試和實(shí)現工作。

　　軟件應用工程師可使用與此前設計相同的 ARM 開(kāi)發(fā)工具。賽靈思為嵌入式軟件應用項目提供了軟件開(kāi)發(fā)套件(SDK)，一種基于 Eclipse 的工具套件。ARM Development Studio 5 (DS-5) 和ARM RealView 開(kāi)發(fā)套件 (RVDS™)等其他第三方開(kāi)發(fā)環(huán)境也可使用。處理子系統可獨立于可編程邏輯結構加電啟動(dòng)。

　　應用軟件工程師可從一系列預配置處理器系統啟動(dòng)代碼中進(jìn)行選擇，滿(mǎn)足單處理器、非對稱(chēng)多處理器 (AMP) 或對稱(chēng)多處理器 (SMP) CPU 拓撲要求。這種預配置的啟動(dòng)代碼作為實(shí)例啟動(dòng)代碼，可就選定的拓撲采用適當的外設、驅動(dòng)程序和API，滿(mǎn)足特定評估板的要求。這就讓軟件工程師無(wú)需依靠任何硬件或固件工程師就能啟動(dòng)設計工作。

　　為了讓軟件應用跟上硬件設計的步伐，固件工程師可采用ISE 設計套件嵌入式版本的新功能：處理器配置工具 (PCT)。PCT 能以圖形化形式幫助您配置處理子系統中的系統級寄存器和外設寄存器。配置后，配合啟動(dòng)代碼使用的 PCT 輸出配置文件可創(chuàng )建定制啟動(dòng)環(huán)境。隨后即可用 SDK 編譯和調試開(kāi)發(fā)板支持包。

　　硬件設計流程類(lèi)似于 ISE 設計套件中的嵌入式處理器設計流程，不過(guò)可擴展處理平臺新增了一些步驟。處理子系統是一個(gè)帶有眾多通用外設的完整雙處理器系統。硬件設計人員可在可編程邏輯中為處理子系統添加更多外設，從而提高處理能力。硬件開(kāi)發(fā)工具 Xilinx Platform Studio 實(shí)現了大部分一般硬件開(kāi)發(fā)步驟的自動(dòng)化。PCT 還能用于幫助設計人員優(yōu)化器件管腳。

　　1 個(gè)處理系統，4 款器件

　　Zynq-7000系列中的 4 款產(chǎn)品具有完全相同的 ARM 處理系統，但是可編程邏輯資源的可擴展性有所不同， 因而適用于不同的應用。

　　Cortex-A9 多處理器內核(MPCore) 由2 個(gè) CPU 組成。每個(gè) CPU 都是一個(gè) Cortex A9 處理器，帶有專(zhuān)門(mén)的 NEON 協(xié)處理器(媒體和信號處理架構，增加了面向音頻、視頻、3D 圖形、影像和語(yǔ)言處理的指令)和雙精度浮點(diǎn)單元。Cortex-A9 處理器是一款帶有 L1 高速緩存子系統的高性能低功耗 ARM 宏單元，提供了全面的虛擬存儲器功能。該處理器采用 ARMv7架構，運行 32 位 ARM 指令、16 位和 32 位 Thumb 指令以及 Jazelle 狀態(tài) 8位 Java 字節碼。此外，處理系統包括Snoop Control Unit、L2 緩存控制器、片上 SRAM、定時(shí)器/計數器、DMA、系統控制寄存器、器件配置和 ARM CoreSight™ 系統。就調試而言，其包含了嵌入式跟蹤緩沖器 (ETB)、指令跟蹤宏單元 (ITM) 和 ARM 提供的Cross Trigger module (CTI)。除了上述之外，它還包含了賽靈思提供的AXI Monitor (AXIM) 和 Fabric Trace (FTM) 模塊。

　　Zynq-7030 和 Zynq-7040 這兩個(gè)較大的器件均具備高速低功耗的串行連接功能，其內置的千兆位級收發(fā)器運行速度高達 10.3125 Gbps。這兩款產(chǎn)品分別提供相當約 190 萬(wàn)和 350 萬(wàn)個(gè) ASIC 門(mén)(即 125,000和 235,000 個(gè)邏輯單元)，DSP 峰值性能分別達 480 GMAC 和 912 GMAC。Zynq-7010 和 Zynq-7020 這兩款較小的器件分別提供約 43 萬(wàn)和 130 萬(wàn)個(gè) ASIC 門(mén)(即 30,000和85,000 個(gè)邏輯單元)，DSP 峰值性能分別為 58 GMAC 和 158 GMAC。

　　每款器件包含一個(gè)通用模數轉換器 (XADC) 接口，而該接口又包含 2 個(gè) 12 位 1 Msps ADC以及多個(gè)片上傳感器和外部模擬輸入通道。XADC比前代 Virtex® FPGA 的系統監控器具有增強型功能。兩個(gè) 12 位 ADC 支持的采樣率高達每秒 100 萬(wàn)次，而且能對多達 17 個(gè)外部輸入模擬通道進(jìn)行采樣。ADC 支持豐富的應用，能滿(mǎn)足這些應用在帶寬不到500 KHz條件下處理模擬信號的要求。

　　可編程邏輯可由用戶(hù)配置，并通過(guò)“互連”模塊連接在一起，從而可提供用戶(hù)定義的任意功能，以擴展處理器系統的性能和功能。一系列互連模塊相互配合，可根據應用需求在邏輯模塊間路由信號。賽靈思可編程邏輯軟件工具可將 RTL 應用編譯到位文件中，然后將該文件載入可編程邏輯中用以配置可編程邏輯的功能。應用可以載入單個(gè)靜態(tài)可編程邏輯配置也可以根據應用需要動(dòng)態(tài)選擇配置。我們也可以通過(guò)部分重配置功能對可編程邏輯的選定區域進(jìn)行配置。

　　器件兩個(gè)區域的互連操作對用戶(hù)而言大部分都是透明的。主/從設備之間的存取根據地址范圍通過(guò) AXI 互連機制路由，也就是說(shuō)，每個(gè)從設備要分配一個(gè)地址范圍。多個(gè)主設備可同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)多個(gè)從設備，每個(gè) AXI 互連機制采用兩級仲裁方案來(lái)解決沖突。

　　處理系統與可編程邏輯緊密集成，內部互連達 3000 多個(gè)，帶寬相當于約100Gb，為系統架構師提供了一款具有高帶寬和低延遲接口的處理平臺，從而為高強度計算應用帶來(lái)了前所未有的軟硬件分區優(yōu)化。舉例來(lái)說(shuō)，工業(yè)市場(chǎng)需要小型化靈活分區、高性能低成本生態(tài)系統支持來(lái)實(shí)現工業(yè)控制系統的成功開(kāi)發(fā)與實(shí)施?；陔p Cortex-A9 MPCore 的處理系統配合可編程邏輯的并行處理能力為目前的工廠(chǎng)自動(dòng)化和視覺(jué)系統帶來(lái)了確定性性能所必需的計算能力。在汽車(chē)市場(chǎng)領(lǐng)域，防撞系統的圖形處理和識別技術(shù)需要能在確保低系統功耗與成本、高集成度的基礎上實(shí)現大幅 DSP 加速的單芯片平臺?；陔p Cortex-A9 MPCore 的處理系統配合可編程邏輯的強大并行處理能力可為圖形處理和高級分析功能提供其所需的計算能力，從而滿(mǎn)足汽車(chē)及其他市場(chǎng)對智能系統的需求。

　　總結

　　ARM 雙核 Cortex-A9 MPCore 處理器和賽靈思 28nm 可編程邏輯的緊密集成，為高端嵌入式系統提供了強大的串行和并行處理能力。利用軟/硬件設計與實(shí)現的統一設計流程，嵌入式設計團隊能在他們熟悉的設計環(huán)境中開(kāi)展工作，從而實(shí)現工作效率的最大化。不過(guò)，Zynq-7000 可擴展處理平臺系列的最大優(yōu)勢還在于客戶(hù)能以較低的總擁有成本構建定制解決方案，滿(mǎn)足其獨特的需求并實(shí)現產(chǎn)品差異化。