ZYNQ嵌入式處理器FPGA單芯片方案的特點及應用

該器件的軟硬件都可以編程，如果是處理器的開發(fā)人員，可以用處理器軟件來做開發(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(tǒng)

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

具體來看，Zynq處理器的ARM內(nèi)核架構(gòu)帶NEON擴展的雙ARM Cortex-A9 MPCore，這種架構(gòu)專門用于支持圖形應用或者是圖形加速器，支持單、雙精度浮點運算，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(nèi)含了L1和L2的高速緩存，總量可以達到512KB，同時還有片上的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開放式標準互聯(lián)。AXI4是高帶寬、低延時的行業(yè)標準，是ARM自己定義的AMBA第四代總線架構(gòu)，專門用作連接ARM的處理器、外設和FPGA。而且?guī)в蠥CP的端口，此端口讓開發(fā)工程師可以增加更多的軟核處理器。整個處理系統(tǒng)是可以單獨啟動的，也就是說，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的四個系列里，7010和7020針對較低端的應用，像消費類或者是汽車輔助駕駛應用等，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(xiàn)被7045取代，主要是為了滿足有線、無線和視頻廣播市場領域客戶新的高端應用需求，并將當前該系列采用12.5 Gbps技術的收發(fā)器數(shù)量增加至16個。這將實現(xiàn)更多的橋接應用，并實現(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)可為設計人員帶來更高的信號處理能力，以滿足濾波、數(shù)字轉(zhuǎn)換以及其它功能要求，同時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，專門針對成本敏感型應用如工業(yè)、汽車電子以及消費類電子，從上邏輯單元可達350,000個，幫助客戶在單一可擴展平臺上，實現(xiàn)需要最高容量及性能的多種應用。

“客戶會根據(jù)不同的應用選用不同的器件，甚至同時選用多個器件，這就體現(xiàn)了在Xilinx的7系列里，統(tǒng)一架構(gòu)的優(yōu)勢可以在不同的平臺上無縫移植IP。”Vin說道。而Zynq器件最便宜的低于15美元。

具體應用方案，以Zynq用于汽車駕駛員輔助為例(圖7)，據(jù)統(tǒng)計，駕駛員20分鐘就會有疲勞現(xiàn)象，效率降低，智能的好處可以兼顧多畫面和攝像頭。例如一些汽車里的“鳥眼”360°控制雷達，可以把很多圖像連在一起，開車時駕駛員可以觀察到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傳感器看不同的路面狀況，比如是否壓線、走出路面等，然后做出調(diào)整。“無論是價格低廉的大眾還是高端的奔馳類汽車，7010和7020都可以發(fā)揮效能。”Vin稱。

在工廠自動化方面，Zynq的靈活性可以滿足系統(tǒng)上市時間的需求，同時提供系統(tǒng)內(nèi)編程的功能，讓客戶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足需求。從性能來講，它可以實施工業(yè)聯(lián)網(wǎng)和電機控制硬件加速器，并提供高帶寬、低延時。

Cortex-A9與MicroBlaze互補

那么，Xilinx的傳統(tǒng)處理器核——MicroBlaze軟核與PowerPC硬核的未來會如何?據(jù)悉，Xilinx的32位軟核MicroBlaze還在使用，但與ARM Cortex-A9定位不同。MicroBlaze是相對較小、性能較低的核，二者所針對的應用領域也不一樣。Xilinx將繼續(xù)發(fā)展MicroBlaze。

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

Zynq定位更高的應用價值

Zynq會與其他Cortex-A9 ASSP競爭嗎?Xilinx認為不會直接競爭，因為“不是Xilinx的目標市場”。Xilinx全球高級副總裁兼亞太區(qū)執(zhí)行總裁湯立人稱。“Xilinx的產(chǎn)品是可擴展處理平臺(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、PCIe等。”但由于Zynq把FPGA邏輯與ARM連接在一起，用戶可以集中精力在算法而不是硬件方面，并隨時將這套算法移植到其他硬件上，用戶只需要掌握相關應用領域的技能就可以設計了。

傳統(tǒng)A9的程序可以直接轉(zhuǎn)到Zynq上;一些傳統(tǒng)的A9 無法實現(xiàn)的功能，例如高清轉(zhuǎn)化，仍然可以轉(zhuǎn)到Zynq上，并且將復雜的轉(zhuǎn)化部分放到FPGA中進行，來實現(xiàn)傳統(tǒng)方法達不到的功能。