ZYNQ嵌入式處理器FPGA單芯片方案的特點及應(yīng)用

盡管ARM9和ARM7是ARM全世界授權(quán)量最多的(圖4) ，也是出貨量最大的;但是Cortex-A系列是所有系列里面增長速度最快的，甚至超過M系列。

除了Xilinx的Zynq家族外，很多公司已經(jīng)或正在做基于Cortex-A9的創(chuàng)新，智能手機、平板電腦、3D TV;網(wǎng)絡(luò)SoC(系統(tǒng)芯片)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、超級計算機……。

這些企業(yè)之所以選擇A9，因為它是ARM處理器系列中較高性能的一款產(chǎn)品，采用了ARMv7架構(gòu)。A9處理器的設(shè)計是基于先進的推測型八級流水線(speculating 8-stage pipeline)，該流水線具有高效、動態(tài)長度、多發(fā)射超標(biāo)量及無序完成特征，因此這款處理器的性能、功效和功能均達到了高水平，能夠滿足消費、網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)和移動應(yīng)用等領(lǐng)域尖端產(chǎn)品的要求。

處理器FPGA整合：11>2

市場調(diào)查表明，FPGA目前在全部嵌入式系統(tǒng)中的使用比例占50%~70%『4』。因此這個市場非常巨大，而通常的工程方案是“嵌入式處理器FPGA”。“但是我們的客戶并不滿足于此，或者說在客戶的應(yīng)用里目前的器件都不能滿足他們的需求，無論是傳統(tǒng)的單個處理器、單個FPGA、ASIC或者是ASSP，特別是對于軟件開發(fā)公司來說，對FPGA編程相當(dāng)困難。我們發(fā)現(xiàn)到2014年有約127億美元的市場是傳統(tǒng)FPGA沒法服務(wù)的。”Xilinx全球市場營銷高級副總裁Vin Ratford說道。

當(dāng)前的四大挑戰(zhàn)是：提高系統(tǒng)性能，降低系統(tǒng)功耗，減少電路板的面積，降低總體系統(tǒng)的成本。

而一塊Zynq器件就可以實現(xiàn)“嵌入式處理器+FPGA”功能。尤其Zynq不是僅僅把 FPGA 跟處理器簡單地集成在一起，更是兩者的有機結(jié)合。如圖5，傳統(tǒng)的FPGA與處理器之間的互聯(lián)是PCIe等，而Zynq采用了AXI4連接總線，這樣的布局可以在FPGA 與處理器之間形成很寬的帶寬。圖5上方是雙芯片方案?？梢钥吹紽PGA與處理器中間互聯(lián)利用 PCIe的互聯(lián)帶寬較窄，而且PCIe通道也較少，這意味著有時超過一半的FPGA會用來支持帶寬;并且兩個器件分別接著外帶的存儲器。圖5下方可以看到使用Zynq后，可以把中間的PCIe連接取走，再加上存儲器可以和FPGA 分享，這樣可以大大降低成本和功耗?！　?p>ARM中國總裁吳雄昂指出：“眾所周知，新一代的系統(tǒng)處理，不只是CPU的功能，接口的處理能力在很大程度上決定了整個系統(tǒng)的應(yīng)用能力。所以我們往往看到同樣一個設(shè)計，因為良好的接口的融合，功能會相差50%。我們很高興Xilinx的Zynq在新的AMBA AXI4 (Advanced eXtensible Interface 4) 接口上達到了很高的數(shù)據(jù)吞吐能力。”

Zynq以ARM為核心　　

Zynq盡管是由FPGA廠商—Xilinx主導(dǎo)的，但Xilinx稱其是全新的EPP(可擴展處理平臺)，應(yīng)用時，Zynq上電后處理系統(tǒng)會自動啟動，而不會是FPGA先啟動。

實際上，Zynq-7000系列具有完整的ARM處理系統(tǒng)(圖6)，是以ARM Cortex-A9 MPCore為中心，還集成了存儲器控制器和外設(shè);另外，緊密集成可編程邏輯方面，圖6的黃色部分是FPGA，它們之間約有3000個內(nèi)部互連，內(nèi)部互連十倍于現(xiàn)有的雙芯片方案;除此之外，有靈活的I/O陣列，包括處理器專用I/O，可以支持多重標(biāo)準(zhǔn)的I/O，還集成了高性能串行收發(fā)器，雙12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入部分，輸入可以直接接到器件混模的架構(gòu)里。