ZYNQ嵌入式處理器FPGA單芯片方案的特點(diǎn)及應(yīng)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(kuò)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(tǒng)

包括ARM雙Cortex-A9 MPCore、存儲(chǔ)器接口和通用外設(shè)三部分，并用AXI4實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式的標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)。

具體來(lái)看，Zynq處理器的ARM內(nèi)核架構(gòu)帶NEON擴(kuò)展的雙ARM Cortex-A9 MPCore，這種架構(gòu)專(zhuān)門(mén)用于支持圖形應(yīng)用或者是圖形加速器，支持單、雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算，工作頻率可達(dá)到800MHz。

存儲(chǔ)器的接口也是對(duì)應(yīng)可以支持DDR2、DDR3、LPDDR2、ZxQSPI、NOR、NAND閃存，內(nèi)含了L1和L2的高速緩存，總量可以達(dá)到512KB，同時(shí)還有片上的256KB存儲(chǔ)器。

通用外設(shè)具有集成的存儲(chǔ)器映射外設(shè)。另外還有強(qiáng)大的AXI4開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)。AXI4是高帶寬、低延時(shí)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，是ARM自己定義的AMBA第四代總線(xiàn)架構(gòu)，專(zhuān)門(mén)用作連接ARM的處理器、外設(shè)和FPGA。而且?guī)в蠥CP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(tǒng)是可以單獨(dú)啟動(dòng)的，也就是說(shuō)，軟件工程師可以完全地對(duì)處理器編程，而不需要硬件工程師的協(xié)助。

Zynq的應(yīng)用

在Zynq的四個(gè)系列里，7010和7020針對(duì)較低端的應(yīng)用，像消費(fèi)類(lèi)或者是汽車(chē)輔助駕駛應(yīng)用等，7030和7045針對(duì)工業(yè)、通訊、國(guó)防、廣播級(jí)的應(yīng)用等。

其中，2011年初暫定為Zynq-7040的型號(hào)現(xiàn)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(yīng)用需求，并將當(dāng)前該系列采用12.5 Gbps技術(shù)的收發(fā)器數(shù)量增加至16個(gè)。這將實(shí)現(xiàn)更多的橋接應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)人員帶來(lái)更高的信號(hào)處理能力，以滿(mǎn)足濾波、數(shù)字轉(zhuǎn)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(yīng)用范圍從下可以擁有30,000邏輯單元，專(zhuān)門(mén)針對(duì)成本敏感型應(yīng)用如工業(yè)、汽車(chē)電子以及消費(fèi)類(lèi)電子，從上邏輯單元可達(dá)350,000個(gè)，幫助客戶(hù)在單一可擴(kuò)展平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)需要最高容量及性能的多種應(yīng)用。

“客戶(hù)會(huì)根據(jù)不同的應(yīng)用選用不同的器件，甚至同時(shí)選用多個(gè)器件，這就體現(xiàn)了在Xilinx的7系列里，統(tǒng)一架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)可以在不同的平臺(tái)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(yīng)用方案，以Zynq用于汽車(chē)駕駛員輔助為例(圖7)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，駕駛員20分鐘就會(huì)有疲勞現(xiàn)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)?yán)锏?ldquo;鳥(niǎo)眼”360°控制雷達(dá)，可以把很多圖像連在一起，開(kāi)車(chē)時(shí)駕駛員可以觀察到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(dá)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(diào)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)。

在工廠自動(dòng)化方面，Zynq的靈活性可以滿(mǎn)足系統(tǒng)上市時(shí)間的需求，同時(shí)提供系統(tǒng)內(nèi)編程的功能，讓客戶(hù)在單一的平臺(tái)上可以支持更多的標(biāo)準(zhǔn)，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(jī)控制硬件加速器，并提供高帶寬、低延時(shí)。

Cortex-A9與MicroBlaze互補(bǔ)

那么，Xilinx的傳統(tǒng)處理器核——MicroBlaze軟核與PowerPC硬核的未來(lái)會(huì)如何?據(jù)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(duì)較小、性能較低的核，二者所針對(duì)的應(yīng)用領(lǐng)域也不一樣。Xilinx將繼續(xù)發(fā)展MicroBlaze。

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

Zynq定位更高的應(yīng)用價(jià)值

Zynq會(huì)與其他Cortex-A9 ASSP競(jìng)爭(zhēng)嗎?Xilinx認(rèn)為不會(huì)直接競(jìng)爭(zhēng)，因?yàn)?ldquo;不是Xilinx的目標(biāo)市場(chǎng)”。Xilinx全球高級(jí)副總裁兼亞太區(qū)執(zhí)行總裁湯立人稱(chēng)。“Xilinx的產(chǎn)品是可擴(kuò)展處理平臺(tái)(EPP)。而傳統(tǒng)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(chǔ)、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(yīng)用領(lǐng)域的技能就可以設(shè)計(jì)了。

傳統(tǒng)A9的程序可以直接轉(zhuǎn)到Zynq上;一些傳統(tǒng)的A9 無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能，例如高清轉(zhuǎn)化，仍然可以轉(zhuǎn)到Zynq上，并且將復(fù)雜的轉(zhuǎn)化部分放到FPGA中進(jìn)行，來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)方法達(dá)不到的功能。