赛灵思ZYNQ器件设计开发300问

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对ZYNQ的一些基础知识的介绍,供初学者开始时使用,得自官网技术人员的一些回答
电子创新网 电子创新网创新设计精品电子书系列 wwweetrendcom 目录 、zynq简介 二、ZYNQ系列名称由来 、Zynq-7000为何不是FPGA? 四、ZYNQ系列·编程环境 巾、逻辑架构 六、选择赛灵思zynq-7000 All Programmable SoC平台的九大理由 七、zynq开发300问 八、开发资源人全 预了解夏多赛灵思FOGA开发知识,请登陆创新网赛灵思中文社区 Xilinx eetrendcom 电子创新网 电子创新网创新设计精品电子书系列 wwweetrendcom 、zyna简介 zynq系列是赛灵思公司(Ⅺinx)推出的行业第一个可扩展处理平台,旨在为视 频监视、汽车驾驶员辅助以及工厂自动化等髙端嵌入式应用提供所需的处理与计 算性能水平。 二、ZY№Q系列名称由来 zynq这个词很容易让人联想到zinc,也就是电池、日光屏、合金制品和药品中 最常见的化学元素锌。锌与其他金属的合金可实现増强型功能,根据合金的不同 对象表现为不同的色彩。锌最常见的用途就是电镀。那么这个名称与电镀之间有 什么联系? 在2010年4月硅谷举行的嵌入式系统大会上,赛灵思发布了可扩展处理平台的 架构详情,这款基于无处不在的ARM处理器的S0C可满足复杂嵌入式系统的高 性能、低功耗和多核处理能力要求。赛灵思可扩展处理平台芯片硬件的核心本质 就是将通用基础双 aRM Cortex-A9 MPCore处理器系统作为“主系统”,结合低 功耗28nm工艺技术,以实现高度的灵活性、强大的型置功能和髙性能。由于该 新型器件的可编程逻辑部分基于赛灵思28nm7系列FPGA,因此该系列产品的 名称中添加了“7000”,以保持与7系列FPGA的致性,同时也方便囗后本系 列新产品的命名。 除了芯片外,赛灵思zynq-7000系列还构成了最终平台产品的基础。赛灵思联 盟计划生态系统和ARM互联社区的成员提供的软件开发与硬件设计实现工具、 泛采用的操作系统、调试器、IP及其他元素的工具就好像“电镀”在一起 样,从而使可扩展处1理平台成为」可能 预了解夏多赛灵思FOGA开发知识,请登陆创新网赛灵思中文社区 Xilinx eetrendcom 电子创新网 电子创新网创新设计精品电子书系列 wwweetrendcom 采用zynq-7000的嵌入式设计流程 系统架构师 软件开发人员 硬件没计师 业異领先的工具 业界领先的工具 C-Cates/ Auto ESL 赛灵思SDK 设计 S/stem Generator 生态系统 a大量软件|P核资源 成概 集成核 大量硬件|P核强源 绕 AMBA-AX实现标准化 合作伙伴 围绕AⅪ实现标准化 聚灵{,ARM库 第三方的 痛三方的 测讠 调试 三、zynq-7000为何不是FPGA? Zynq-7000可扩展处理平台是采用赛灵思新一代FPGA( artix7与 Kintex7 FPGA)所釆用的同一28nm可编程技术的最新产品系列。可编程逻辑可由用户 配置,并通过“互连”模块连接在一起,这样可以提供用户自定义的任意逻辑功 能,从而扩展处理系统的性能及功能。不过,与采用嵌入式处理器的FFGA不同, zyηq-7000产品系列的处理东统不仅能在开机时启动,而且还可根据需要配置可 编程逻辑。采用这种方汯,软件编程模式与全功能的标准ARM处理SoC毫无 致 可扩展”意味着什么? 在软件工程领域,可扩展性(有时会同前向兼容性相混淆)是指实现方案考虑到 未来发展需求的系统设计原理。这是一种能够扩展系统的系统性举措,也是实现 扩展所需的工作。扩展可体现为増加新功能,也可体现为现有功能的修改。其核 心主题就是在尽可能减少现有系统功能变动的基础上实现变革 在系统架构中,可扩展性意味着系统设计时包含了通过新功能扩展/改进自身的 机制和元素(hook),而且无需对系统基础架构进行较大的修改。良好的架构反 映了实现上述目的的设计原理,也为今后可能的构建工作制定了发展蓝图。请注 意,这通常是指最终交付的产品中包含了尚不会(实际上可能永远不会)用到的 功能和机制,但这种功能并不是可有可无的,而是可维护性的必要元素,有助于 避免产品过早被淘汰。 ZYNQ=processor zyηq-7000嵌入式处理平台系列的每款产品均采用带有NEON及双精度浮点引 预了解夏多赛灵思FOGA开发知识,请登陆创新网赛灵思中文社区 Xilinx eetrendcom 电子创新网 电子创新网创新设计精品电子书系列 wwweetrendcom 擎的双核 ARM Cortex-A9 MPCore处理系统,该系统通过硬连线完成∫包括L1, 2缓存、存储器控制器以及常用外设在内的全面集成。该处理系统不仅能在开 机时启动并运行各种独立于可编程逻辑的操作系统[OS),而且还可根据需要氈置 可编程逻辑。利用这种方法,软件编程模式与全功能的标准ARM处理SoC毫 无二致。 应用开发人员利用可编程逻辑强大的并行处理能力,不仅可以解决多种不同信号 处理应用中的大量数据处理问题,而且还能通过实施更多外设来扩展处理系统的 特性。系统和可编程逻辑之间的高带宽AMBA⑧-AⅪⅠ互联能以极低的功耗支持 千兆位级数据传输,从而解决了控制、数据、Ⅳ/O和存储器之间的常见性能瓶颈 问题 四、zY№N系列的编程环境 zyηq-700系列提供了一个开放式设计环境,便于可编程逻缉中双核 Cortex-A9 MPCore和定制加速器的并行井发,从而加速了产品上市进程。软件开发人员可 以充分利用基子 Eclipse的 Xilinx platform studio软件开发套件(SDK)、ARM 的DS-5和 ARM Real view Design Suite(RVDS),或ARM互联社区和赛灵思联 盟计划生态系统的领先厂商(诸如 Lauterbach、 Wind river、 Petalogix Math Works、 MentorGraphics、 Micrium和 Monta vista等)提供的编译器、调 试器和应用。 此外,利用赛灵思屡获殊荣的ISE③设计套件的优势,zyηq-7000系列的可编 程结构经定制可以最大化系统级性能,满足特定应用的各种需求。该套件提供了 包括开发工具、AMB4AXI4即插即用P核和总线功能模型(BFM)等在内的完 整硬件开发环境,有助于加速设计和验证工作。赛灵思通过收购高级综合技术领 先公司 AutoeSL进一步提升了在工具方面的进程,提供C,C++以及系统C综 合优化zynq-7000器件架构。未来的版本也将促进Zynq-7000产品系列中处理 器和可编程逻辑之间关键算法的无缝衔接 预了解夏多赛灵思FOGA开发知识,请登陆创新网赛灵思中文社区 Xilinx eetrendcom 电子创新网 电子创新网创新设计精品电子书系列 wwweetrendcom zynq-700软件开发环境 厂的那环填ARM下 ITS WIND RIVER 系统开发的代码 ARM生态系统支持 ARM 和AP 赛灵思软件开发套件 定 级和经动是 其他第三方 大量现成的软件和库 处理系统 可编程逻辑 开放源代码 现成的商用资源 CODESOURCERY petalogIx LAUTERBACH AA Micrium Green Hills 值上 CC了 zynq-7000硬件设计环境 赛灵思|sE开发套件 入式版本 CISE ARM AMBA AutoESL HLS支持 即插即用P产品系列 Applcatons AX所实现的 Gnss B epi 硬件抽象层 简化 Cortex-A9和定制加速器/外 设之间的接口 他理织 可斓程逻针 驱动程序和AP 为关键应用提供一套通用的加速 器 synopsys cadence <NORTHWEST ▲LoGc rycerrerrl r>ilon 随着时间的推移,ARM互联社区和赛灵思联盟计划生态系统的第三方厂商将进 步扩展上述解决方案,这是赛灵思目标设计平台的一部分,可提供包括IP核、 参考设计、开发套件及其他瓷源等在内的高效统一的开发环境,从而满足特定应 用和设计领域要求。 五、zynq系列的逻辑架构 预了解夏多赛灵思FOGA开发知识,请登陆创新网赛灵思中文社区 Xilinx eetrendcom 电子创新网 电子创新网创新设计精品电子书系列 wwweetrendcom Zong7000系列的可编程逻辑完全基于赛灵思最新7系列FPGA架构来设计,可 确保28nm系列器件的IP核、工具和性能100%兼容。最小型的 zynq7000、zymq-7010和zynq7020均基于专门针对低成本和低功耗优化的 Artx7系列;较大型的zynq-7030和Zmq7040器件基于包括4至12个10.3 Gbps收发器通道,可支持高速片外连接的中端 Kintex-7系列。所有四款产品均 米用基于2个12位1 Msps adc(模数转换器〕模块的新型模拟混合信号模块。 Processing System Flash Controler Multiport DRAM Controller NOR, NAND, SRAI, Quad SPI DDR3, DDR3L, DDR2 AMBA Interconnect connect 12c ARM CoreSight Multi-Core Debug and Trace NEON"DSP/FPU Engine NEONDSPFPU Engine 2 Cortex-A9 MPCore tex- A9 MPCore UART 32/32 KB I/D Caches 32 KB I/D Caches 512 Kbyte L2 Cache Snoop 256Kbyte 2X SDIO General Interrupt Watchdog Control On-Chip Controller Timer with DMA Unit Memory Configuration TimersDMA ZX USB wth DMA+→ 2x Gi AMBA Interconnect Security AMBA Interconnect AES, SHA RSA EMIO lt General Purpose ACP High Pertormance AXI Ports AXI Ports XADC Programmable Logic PCle Gen2 Thermal Sensor (System Gates, DSP, RAM) 1-8 Lanes Multi-Standard I/Os (3.3V High-Speed 1.8V) Multi-Gigabit Transceivers 六、选择赛灵思zyηq-7000A| Programmable SoC平台的 九大理由 赛灵思 Zyng t-7000 All Programmable Soc是一款为当今嵌入式系统注入智 能性的理想平台。该平台是 All Programmable的,也就是说它不仅能通过软件 为系统添加智能,而且还能通过可编程硬件实时执行更多的数据处理和决策功 能,同时系统接口也能通过可编程I/0进行优化发展。所有这些智能都可通过 较低的设计成本和巨大的灵活性进行添加,从而支持设计修改乃至产品部署后的 现场升级。此外,该平台也能支持高级可编程系统集成,包括CPU、DSP、ASSP、 FPGA和混合信号功能等,从而降低BOM成本、提高系统性能、降低系统功耗。 如果需要的话,基于Zynq平台的系统几乎可以当天立即完成设计并出货 预了解夏多赛灵思FOGA开发知识,请登陆创新网赛灵思中文社区 Xilinx eetrendcom 电子创新网 电子创新网创新设计精品电子书系列 wwweetrendcon 赛灵慧zynq-7000 All Programmable Soc.可提供最快捷、最智能的方法创建 Smarter System。它将基于两个1 GHZARM(Cortex TM-A9 MPCore处理器的快 速处理器系统与业界速度最快、最高级28 am fPga架构相结合,搭巸多个高速 串行收发器以及包含两个每秒100万次采样模数转换器的片上模拟处理块 赛灵思近期推出了zyηq-7000 A Programmable Soc系列旗下的第五款产 品: Zong z-7100,改进了FPGA架构中的DSP资源。所有五款zynq器件都进 行了精心优化能充分满足特定的系统功耗、成本和尺寸组合需求 N TY ZYN Z 7010 7100 驾驶员辅助 消费设备 工厂自动化 广播摄像头 军用无线电 医疗成像 有线通信 无线通信 AVB路由器、交換机、编码器 具有外设的ARM双核 Cortex T-A9Mcae 多达800MHz 高达1 ARTX: 1066Mbps DDR3 1333MbDs DDR3 KINTEX b7架构 Kkx7架构 28k和85 LC FPGA架构 125k、350k和444 K LC FPGA架构 80和220个 DSP Slice 400、900和2020个 DSP Slice 高可靠性Q 高可靠性和高性能O 125Gbps收发器 赛灵思正引领着 Smarter System的行业发展趋势,相继推出了面向 Smarter network、 Smarter data center和 Smarter vision系统的以应用为中心 的解决方案。这些解决方案基于zynq-7000 All Programmable Soc而构建, 包括针对 Smarter System提供的越来越丰富的构建模块组合 SmartCORE TM IP,还有支持更高抽象级设计的新一代设计工具一— Vivado,以 及各种应用设计套件和系统级专业技术力助 Smarter System的快速设计和实 现 预了解夏多赛灵思FOGA开发知识,请登陆创新网赛灵思中文社区 Xilinx eetrendcom 电子创新网 电子创新网创新设计精品电子书系列 wwweetrendcom 赛灵思znq-700 All Programmable Soc相对于同类解决方案而言领先整整 代,是针对各类市场所有不同应用领域一系列系统设计问题的最智能的解决 方案。以下九大理由证明为什么领先一代名符其实: 理由一:最有效的ARM+FPGA分析和控制架构 Zynq all programmable soc的核心的是1GHz双核硬化实现的 ARM Cortex-A9 MPCore微处理器。两个ARM处理器通过基于 ARM AMBA AXI的互联机制与 片上存储器、 SDRAM和闪存存储器控制器以及外设模块进行通信。总之,这些 硬化模块构成了zynq-7000 All Programmable Soc Processor System(PS)。片上 PS通过多个 ARM AMBA AXI端口连接到Zynq器件的片上 Programmable Logic(PL),在zymq架构的两大关键组件之间形成了极为高效的耦合。它们中 间包括有2个32位AⅪI主接口、2个32位AXI从接口、4个64位可配 置缓冲型高性能AXI从接口和1个64位 AXI ACP(加速器一致性端口)接 口。也就是说 Zynq Ps和PL之间共有9个AXI接口。 ARM AXI PS-Pl连接的数量和大小是一个关键的架构选择,需要认真考虑Zynq PS的带宽要求。4个64位/32位可配置高性能AⅪI端口使得PL能通过4 个独立的1 kBFIFO缓冲器直接高速访问Zynq7000 All Programmable Soc的 片上存储器和SDRM控制器。这样, Zyng pl中实现的一些单独的硬件加速器 就能独立高速访问基于znq系统的主存储器。如果访问要与片上缓存相一致, 那么PL中实现的加速器可采用64位ACP连接,其直接连接到ARM Cortex-A9 MPCore处理器的窥探控制单元。除了64位/32位可配置AⅪⅠ端 口之外,还有4个32位AXI端口用于连接 Zyng ps和P。这些端口在 Zyng ps和 Zyng PL实现的仁何外设类IP块之间提供连接 预了解夏多赛灵思FOGA开发知识,请登陆创新网赛灵思中文社区 Xilinx eetrendcom

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