Xilinx Zynq-7000 引領(lǐng)工業(yè)自動(dòng)化智能化的變革

2013 工業(yè)計算機及嵌入式系統展(IPCE)在深圳會(huì )展中心舉行，全球領(lǐng)先的Programmable FPGA供應商賽靈思針對工業(yè)及嵌入式應用展示了其基于 Zynq-7000 All Programmable SoC的機器視覺(jué)和工業(yè)控制等六大系統級解決方案：馬達控制方案、應用于機器視覺(jué)領(lǐng)域的以太網(wǎng)視頻傳輸協(xié)議、可靠的以太網(wǎng)方案、基于Zynq-7000 的 SoftPLC 開(kāi)發(fā)平臺、ZedBoard開(kāi)發(fā)板上的POWERLINK主/從方案以及ZingSoM模塊。圖1為賽靈思公司的展臺。

基于 Zynq-7000 All Programmable SoC的六大系統解決方案

馬達控制方案

Zynq-7000 All Programmable SoC 智能驅動(dòng)平臺實(shí)現了高精度、低噪音、多軸馬達控制，以及運行QNX實(shí)時(shí)操作系統的同時(shí)實(shí)現以太網(wǎng)通信的處理能力，展示了一個(gè)真正的單芯片驅動(dòng)系統。圖2為賽靈思馬達控制方案框圖。

賽靈思馬達控制方案的應用包括電子驅動(dòng)和伺服系統、能源與電源系統、高性能步進(jìn)器以及多軸馬達控制。在采訪(fǎng)中，賽靈思全球ISM (工業(yè)、科學(xué)和醫療)部市場(chǎng)經(jīng)理林逸芳指出，“FPGA在馬達控制的優(yōu)勢可以總結為降低系統總成本、增加方案的靈活性，通過(guò)擴展接口延長(cháng)方案應用周期以及提升系統性能”。

應用于機器視覺(jué)領(lǐng)域的以太網(wǎng)視頻傳輸協(xié)議

Zynq-7000 All Programmable SoC 可提供一款用于實(shí)現軟件算法和圖像處理功能的處理器平臺，能夠通過(guò)使用FPGA 門(mén)技術(shù)實(shí)時(shí)加速功能。下圖為機器視覺(jué)攝像頭方案框圖。

機器視覺(jué)的用途主要有：智能視覺(jué)系統、線(xiàn)路掃描攝像頭、瑕疵檢測和對象跟蹤、視覺(jué)引導機器人。賽靈思平臺的方案優(yōu)勢包括了：實(shí)時(shí)處理能力、高級攝像頭接口、低材料成本以及友好的編程環(huán)境。

采訪(fǎng)時(shí)，賽靈思亞太區Zynq業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)理羅霖指出，“由于工業(yè)視覺(jué)中主要完成處理和檢測分析，Zynq中的可編程邏輯部分可以逐像素的處理圖像而且速度非?？?，而ARM A9則可以完成控制處理。”

在展臺處，賽靈思展示了針對機器視覺(jué)應用Zynq-7000和 Artix-7 解決方案。機器視覺(jué)應用中的高帶寬GigEVision協(xié)議用以通過(guò)以太網(wǎng)傳輸多個(gè)視頻流，同時(shí)支持多個(gè)節點(diǎn)和低開(kāi)銷(xiāo)。下圖為應用于機器視覺(jué)領(lǐng)域的以太網(wǎng)視頻傳輸協(xié)議方案的展示圖。

可靠的以太網(wǎng)方案

在此次展會(huì )上，賽靈思的合作伙伴SoC-E展示了基于Zynq-7000可靠的、高容錯的以太網(wǎng)通信方案，該方案具有高精度的時(shí)序功能，可以應用于能源市場(chǎng)，比如電力自動(dòng)化和智能電網(wǎng)。其中賽靈思的Zynq-7000 All Programmable SoC 能提供靈活的I/O和邏輯塊，這足以讓用戶(hù)實(shí)現自己專(zhuān)有的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議。該方案的框圖如下：

運用賽靈思器件的主要優(yōu)勢體現在：靈活的互換網(wǎng)絡(luò )標準、可集成定制、大量I/O和吞吐量以及支持多種傳輸協(xié)議。

基于Zynq-7000 的 SoftPLC 開(kāi)發(fā)平臺

在本次展會(huì )上，賽靈思(Xilinx)，德國科維軟件(KW-Software)，POWERLINK，安富利(Avnet)聯(lián)合發(fā)布了基于Zynq-7000的預集成開(kāi)發(fā)平臺，用以快速、精準地實(shí)現工業(yè)自動(dòng)化控制應用。 下圖為該方案的展示。

ZedBoard開(kāi)發(fā)板上的POWERLINK主/從方案

ZedBoard開(kāi)發(fā)板展示了基于Zynq-7000 All programmable SoC的高性能POWERLINK Master方案。Zynq-7000平臺是主要是用于需要高性能運動(dòng)控制或工業(yè)網(wǎng)絡(luò )性能的設計。另外，從EPSG上用戶(hù)也可以下載到免費的IP和參考設計，能夠獲得全面的工業(yè)控制開(kāi)發(fā)平臺。

ZingSoM模塊

ZingSoM模塊是賽靈思針對OEM類(lèi)型和小批量試生產(chǎn)型客戶(hù)量身定制的一款Zynq最小系統板，集成了Zynq AP SoC系統所需的常用組件，包括DDR3和Flash，以及千兆網(wǎng)卡和USB接PHY芯片。圖為ZingSoM模塊。

羅霖表示，ZingSoM模塊能支持Linux等操作系統，實(shí)際上就是一個(gè)開(kāi)源的嵌入式計算平臺，工程師可以利用這個(gè)平臺快速開(kāi)發(fā)應用，這將有助于本土工程師更快進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域嵌入式開(kāi)發(fā)。

采訪(fǎng)中，林逸芳總結說(shuō)，“Zynq-7000的主要特點(diǎn)有集成度高，靈活性強，性能高效，這對于客戶(hù)來(lái)說(shuō)，不但可以簡(jiǎn)化產(chǎn)品設計的周期及復雜度，同時(shí)也便于客戶(hù)產(chǎn)品的個(gè)性化，更有利于生產(chǎn)差異化，另外，賽靈思的技術(shù)支持力度非常大，對于客戶(hù)產(chǎn)品設計、生產(chǎn)等都可以比較及時(shí)的支持”。

羅霖補充道，“工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品定制化的特點(diǎn)明顯，很多ASIC器件完成不了，而這正是FPGA可以發(fā)揮的地方。以前產(chǎn)品設計會(huì )在采用FPGA+MCU或DSP的架構，現在采用Zynq，很多方案就可以可以省去MCU或DSP，性能提升了，成本也下降了。”

工業(yè)進(jìn)入自動(dòng)化的大潮以至，Zynq-7000憑借其硬件、設計工具、IP核和參考設計，必然加速工業(yè)嵌入式控制系統的設計與實(shí)現進(jìn)程，引領(lǐng)工業(yè)自動(dòng)化智能化的大變革。