ZYNQ嵌入式處理器FPGA單芯片方案的特點(diǎn)及應用

該器件的軟硬件都可以編程，如果是處理器的開(kāi)發(fā)人員，可以用處理器軟件來(lái)做開(kāi)發(fā)，擴展到它的硬件FPGA的部分;如果是硬件的工程師，可以用FPGA做硬件加速器。

Zynq-7000的ARM處理系統

包括ARM雙Cortex-A9 MPCore、存儲器接口和通用外設三部分，并用AXI4實(shí)現開(kāi)放式的標準互聯(lián)。

具體來(lái)看，Zynq處理器的ARM內核架構帶NEON擴展的雙ARM Cortex-A9 MPCore，這種架構專(zhuān)門(mén)用于支持圖形應用或者是圖形加速器，支持單、雙精度浮點(diǎn)運算，工作頻率可達到800MHz。

存儲器的接口也是對應可以支持DDR2、DDR3、LPDDR2、ZxQSPI、NOR、NAND閃存，內含了L1和L2的高速緩存，總量可以達到512KB，同時(shí)還有片上的256KB存儲器。

通用外設具有集成的存儲器映射外設。另外還有強大的AXI4開(kāi)放式標準互聯(lián)。AXI4是高帶寬、低延時(shí)的行業(yè)標準，是ARM自己定義的AMBA第四代總線(xiàn)架構，專(zhuān)門(mén)用作連接ARM的處理器、外設和FPGA。而且帶有ACP的端口，此端口讓開(kāi)發(fā)工程師可以增加更多的軟核處理器。整個(gè)處理系統是可以單獨啟動(dòng)的，也就是說(shuō)，軟件工程師可以完全地對處理器編程，而不需要硬件工程師的協(xié)助。

Zynq的應用

在Zynq的四個(gè)系列里，7010和7020針對較低端的應用，像消費類(lèi)或者是汽車(chē)輔助駕駛應用等，7030和7045針對工業(yè)、通訊、國防、廣播級的應用等。

其中，2011年初暫定為Zynq-7040的型號現被7045取代，主要是為了滿(mǎn)足有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)和視頻廣播市場(chǎng)領(lǐng)域客戶(hù)新的高端應用需求，并將當前該系列采用12.5 Gbps技術(shù)的收發(fā)器數量增加至16個(gè)。這將實(shí)現更多的橋接應用，并實(shí)現更寬的高速DAC/ADC連接。新增的可編程邏輯功能(DSP、BRAM 和邏輯)可為設計人員帶來(lái)更高的信號處理能力，以滿(mǎn)足濾波、數字轉換以及其它功能要求，同時(shí)還能靈活地定制各種特定功能。Zynq-7045是Zynq系列的首款高端器件，其應用范圍從下可以擁有30,000邏輯單元，專(zhuān)門(mén)針對成本敏感型應用如工業(yè)、汽車(chē)電子以及消費類(lèi)電子，從上邏輯單元可達350,000個(gè)，幫助客戶(hù)在單一可擴展平臺上，實(shí)現需要最高容量及性能的多種應用。

“客戶(hù)會(huì )根據不同的應用選用不同的器件，甚至同時(shí)選用多個(gè)器件，這就體現了在Xilinx的7系列里，統一架構的優(yōu)勢可以在不同的平臺上無(wú)縫移植IP。”Vin說(shuō)道。而Zynq器件最便宜的低于15美元。

具體應用方案，以Zynq用于汽車(chē)駕駛員輔助為例(圖7)，據統計，駕駛員20分鐘就會(huì )有疲勞現象，效率降低，智能的好處可以兼顧多畫(huà)面和攝像頭。例如一些汽車(chē)里的“鳥(niǎo)眼”360°控制雷達，可以把很多圖像連在一起，開(kāi)車(chē)時(shí)駕駛員可以觀(guān)察到360°廣角的情況。Zynq可以支持包括用視頻攝像頭去配合紅外傳感器和雷達傳感器看不同的路面狀況，比如是否壓線(xiàn)、走出路面等，然后做出調整。“無(wú)論是價(jià)格低廉的大眾還是高端的奔馳類(lèi)汽車(chē)，7010和7020都可以發(fā)揮效能。”Vin稱(chēng)。

在工廠(chǎng)自動(dòng)化方面，Zynq的靈活性可以滿(mǎn)足系統上市時(shí)間的需求，同時(shí)提供系統內編程的功能，讓客戶(hù)在單一的平臺上可以支持更多的標準，而功耗和成本可以滿(mǎn)足需求。從性能來(lái)講，它可以實(shí)施工業(yè)聯(lián)網(wǎng)和電機控制硬件加速器，并提供高帶寬、低延時(shí)。

Cortex-A9與MicroBlaze互補

那么，Xilinx的傳統處理器核——MicroBlaze軟核與PowerPC硬核的未來(lái)會(huì )如何?據悉，Xilinx的32位軟核MicroBlaze還在使用，但與ARM Cortex-A9定位不同。MicroBlaze是相對較小、性能較低的核，二者所針對的應用領(lǐng)域也不一樣。Xilinx將繼續發(fā)展MicroBlaze。

未來(lái)PowerPC不會(huì )在Xilinx的新產(chǎn)品中出現，但是現在還會(huì )繼續支持原有的客戶(hù)。

Zynq定位更高的應用價(jià)值

Zynq會(huì )與其他Cortex-A9 ASSP競爭嗎?Xilinx認為不會(huì )直接競爭，因為“不是Xilinx的目標市場(chǎng)”。Xilinx全球高級副總裁兼亞太區執行總裁湯立人稱(chēng)。“Xilinx的產(chǎn)品是可擴展處理平臺(EPP)。而傳統的A9產(chǎn)品已經(jīng)是定制好的，例如已經(jīng)集成了一定的存儲、PCIe等。”但由于Zynq把FPGA邏輯與ARM連接在一起，用戶(hù)可以集中精力在算法而不是硬件方面，并隨時(shí)將這套算法移植到其他硬件上，用戶(hù)只需要掌握相關(guān)應用領(lǐng)域的技能就可以設計了。

傳統A9的程序可以直接轉到Zynq上;一些傳統的A9 無(wú)法實(shí)現的功能，例如高清轉化，仍然可以轉到Zynq上，并且將復雜的轉化部分放到FPGA中進(jìn)行，來(lái)實(shí)現傳統方法達不到的功能。