Блог компании Поставка/Переработка Xilinx Zynq™ 7000 SoC с аппаратной и программной программируемостью

Mingjiada поставка/переработка Xilinx ZynqTM 7000 SoC с аппаратной и программной программируемостью

I. Основная архитектура: идеальное слияние программируемости программного и аппаратного обеспечения

Основное преимущество серии ZynqTM 7000 SoC заключается в его уникальной интегрированной архитектуре "Процессорная система" (PS) + "Программируемая логика" (PL).Эти два компонента тесно интегрированы через высокопропускную ширину AMBA®-AXI, что позволяет бесперебойное сотрудничество и гибкое распределение программных и аппаратных ресурсов.Этот подход сохраняет удобство программного обеспечения, одновременно обеспечивая высокую производительность и возможности настройки оборудования.

1Программно-программируемое ядро: Система обработки (PS)

Система обработки (PS) служит "мозгом" ZynqTM 7000 SoC, используя высокопроизводительный процессор ARM® Cortex®-A9.Доступен в одноядерной (серия Zynq 7000S) и двухядерной (серия Zynq 7000) конфигурациях, он работает на частотах до 1 ГГц, обеспечивая исключительные возможности обработки программного обеспечения и совместимость.PS интегрирует полную архитектуру памяти и обширные интерфейсы периферийных устройств внутри, позволяющий выполнять основные функции управления без необходимости дополнительных расширительных чипов и значительно упрощая конструкцию системы.

Для хранения PS имеет 32 КБ независимых инструкций L1 и кэшей данных на ядро процессора, 512 КБ совместного кэша L2,и 256 КБ памяти на чипе (OCM), способной прямо размещать операционные системы в реальном времениОн поддерживает несколько типов внешней памяти, включая DDR3, DDR3L, DDR2 и LPDDR2, с максимальным адресом 1 ГБ для удовлетворения различных требований к хранилищу приложений.Периферийные интерфейсы включают двойной гигабитный Ethernet, USB 2.0 OTG, SD/SDIO, UART, CAN 2.0B, I2C, SPI и контроллер DMA. Это облегчает высокоскоростную передачу данных между памятью и периферийными устройствами,охватывающий требования к подключению большинства встроенных приложений.

На уровне программного обеспечения PS поддерживает несколько операционных систем, включая Linux, FreeRTOS и Android, наряду с режимами разработки с голым металлом.Разработчики могут использовать знакомые языки программирования, такие как C / C ++ для разработки приложений, не требуя опыта в сложных языках описания аппаратного обеспечения, значительно снижая порог разработки программного обеспечения. одновременно используя технологию ARM TrustZone® и безопасные механизмы загрузки (на основе аутентификации RSA и дешифровки AES-256),обеспечивает защиту безопасности программного и аппаратного обеспечения на нескольких уровнях;, обеспечивая безопасность и надежность работы системы.

2. Аппаратное программируемое ядро: программируемая логика (PL)

Программируемая логика (PL) служит "двигателем настройки" ZynqTM 7000 SoC. Основанная на архитектуре FPGA 28nm 7-серии Xilinx (ArtixTM 7 или KintexTM 7),он предлагает высокую аппаратную программируемостьЛогические функции могут быть гибко настроены в соответствии с требованиями приложения для удовлетворения потребностей в настройке, таких как аппаратное ускорение и пользовательские периферийные устройства.

Раздел PL включает в себя обширные аппаратные ресурсы, включая логические ячейки (до 444K), блок RAM (до 26,5 Мб), DSP-слои (до 2020 года) и высокоскоростные приемопередатчики (до 12,5 Гбит/с,максимум 16)DSP Slices обеспечивают более 2662 GMAC с параллельной производительностью обработки сигнала, что делает их очень подходящими для вычислительно-интенсивных задач, таких как обработка видео и анализ сигнала.Высокоскоростные приемопередатчики поддерживают быструю связь вне чипаКроме того, PL поддерживает частичную реконфигурацию.позволяет динамически регулировать логику аппаратного обеспечения во время работы системы для гибких функциональных обновлений и переключения без необходимости перезагрузки системы.

Для разработки аппаратного обеспечения инженеры могут использовать инструменты Vivado® Design Suite и High-Level Synthesis (HLS) Xilinx для разработки логики PL с использованием RTL или языков высокого уровня, таких как C / C ++ и OpenCL.Этот подход включает в себя сложные алгоритмы и вычислительные задачи в виде аппаратной логики, обеспечивая скорость обработки, значительно превышающую скорость программного обеспечения, при этом снижая расход энергии системы.

3Синергия программного обеспечения и оборудования: преодоление узких мест в работе

PS и PL в ZynqTM 7000 SoC обмениваются данными через AXI интерконнекционную шину, предлагающую пропускную способность до 100 Гбит/с.Это решает проблемы высокой задержки передачи данных и ограниченной пропускной способности, присущие традиционным дискретным системам, где процессоры и FPGA работают отдельно.Эта архитектура совместного использования позволяет разделить работу, где “программное обеспечение занимается управлением и управлением, а аппаратное обеспечение управляет вычислениями и ускорением:ПС запускает операционную систему и приложения, управляющий планированием системы, управлением периферийными устройствами и решениями по обработке данных; PL обеспечивает аппаратное ускорение для вычислительно-интенсивных задач в режиме реального времени, таких как кодирование/декодирование видео,Обработка изображенийРаботая в тандеме, они обеспечивают гибкость системы, одновременно максимизируя производительность обработки.

Кроме того, PS может напрямую настраивать логические функции PL, что позволяет динамически адаптировать систему.Разработчики могут корректировать аппаратную логику PL с помощью обновлений программного обеспечения в ответ на изменение сценариев применения без изменения физических схемЭто значительно повышает масштабируемость системы и возможность повторного использования при одновременном продлении жизненного цикла продукции.

II. Классификация продукции: полностью масштабируемая серия, охватывающая все сценарии

Серия ZynqTM 7000 SoC состоит из двух подсерий: Zynq 7000S и Zynq 7000.достижение всеобъемлющего охвата от недорогого начального уровня до высокопроизводительных премиальных приложенийЭта полностью масштабируемая платформа SoC обеспечивает исключительную производительность на ватт и исключительную экономическую эффективность.

1Серия Zynq 7000S: недорогие решения для начального уровня

В качестве недорогого предложения начального уровня серия Zynq 7000S включает в себя одноядерный процессор Arm® Cortex®-A9 в паре с программируемой логикой ArtixTM 7 на 28 нм, работающий на частотах до 766 МГц.Серия включает три модели: Z-7007S, Z-7012S и Z-7014S. Логическая ячейка варьируется от 23K до 65K, блок оперативной памяти от 1,8Mb до 3,8Mb, DSP-слои от 60 до 170, с максимальным количеством пин В/В 200.Передатчики 25 Гбит/с.

Эта серия, ориентированная на высокую экономическую эффективность, интегрирует твердые периферийные устройства общего назначения для достижения интеграции системы при оптимальных затратах.Он идеально подходит для промышленных приложений IoT, таких как управление двигателями., модули ввода/вывода, интеллектуальные датчики и интеллектуальные сети, отвечающие требованиям встроенных устройств начального уровня для низкой стоимости и низкого энергопотребления.

2Серия Zynq 7000: высокопроизводительное, многофункциональное решение

В качестве флагманской высокопроизводительной линейки продуктов серия Zynq 7000 включает в себя двухъядерный процессор Arm Cortex-A9 наряду с программируемой логикой, основанной на 28 нм Artix 7 или Kintex 7,работающие на частотах до 1 GHzСерия включает в себя семь моделей: Z-7010, Z-7015, Z-7020, Z-7030, Z-7035, Z-7045, Z-7100, предлагая диапазоны логических ячеек от 28K до 444K, емкости блок-РАМ от 2.1Mb до 26.5Mb,ДСП от 80 до 2020 годаВысококачественные варианты включают 16 приемопередатчиков, работающих со скоростью 12,5 Гбит/с.

Эта серия обеспечивает исключительную эффективность работы и исключительную гибкость конструкции, что позволяет создавать высокодифференцированные конструкции.Подходит для встроенных приложений среднего и высокого класса, таких как системы помощи водителю с несколькими камерами, телевизоры с высокой четкостью 4K2K, базовые станции небольших ячеек, машинное зрение для промышленной автоматизации и медицинские эндоскопы, отвечающие требованиям к высокой производительности, высокой пропускной способности,и возможности многозадачности.

III. Основные преимущества: многогранная ценность программируемости программного и аппаратного обеспечения

1Высокая интеграция снижает сложность и стоимость проектирования

ZynqTM 7000 SoC интегрирует процессор, FPGA, DSP, ASSP, возможности смешанного сигнала и обширные периферийные устройства в одну модуль.Это заменяет традиционную дискретную архитектуру ¢процессора + FPGA + периферийных чипов∆ значительное сокращение PCB-отпечатков, снижение стоимости материалов и сложности проектирования, одновременно повышение надежности и стабильности системы.Устройства AMD обычно имеют срок службы более 15 лет, причем серия Zynq 7000 поддерживает непрерывную работу до 2040 года, обеспечивая надежную производительность на протяжении всего жизненного цикла проектирования.

2Гибкая программируемость для адаптации к нескольким сценариям

На программном уровне он поддерживает несколько операционных систем и языков разработки, что позволяет иметь короткие циклы разработки и высокую гибкость.Программируемая логика (PL) может быть настроена для реализации логических функций, специфичных для приложения, достижение аппаратного ускорения и пользовательских периферийных устройств без необходимости перепроектирования аппаратных схем.Эта двойная программируемость позволяет ZynqTM 7000 SoC адаптироваться к различным отраслевым и прикладным требованиям, предоставляя индивидуальные решения от недорогого промышленного управления до высококлассных интеллектуальных устройств.

3Высокое соотношение производительности к мощности: балансирование производительности и энергоэффективности

Благодаря тщательно оптимизированному дизайну архитектуры, ZynqTM 7000 SoC достигает выдающегося соотношения производительности и мощности:процессор ARM Cortex-A9 работает на 25% быстрее, чем сопоставимые конкурирующие SoCПо сравнению с конкурирующими решениями, он обеспечивает преимущество в расходе энергии на 55%.как PS, так и PL поддерживают несколько режимов малой мощности, динамическое регулирование потребления энергии на основе рабочей нагрузки для удовлетворения потребностей в низкой энергии встроенных устройств.

4Всеобъемлющая экосистема развития ускоряет продвижение на рынок

Xilinx предоставляет полную цепочку инструментов разработки и экосистемную поддержку для серии ZynqTM 7000 SoC, включая Vivado Design Suite (конструкция оборудования),Окружающая среда разработки SDSoC (C/C++ оптимизация всей системы) , Xilinx SDK (разработка программного обеспечения), наряду с обширными библиотеками IP, справочными проектами, комплектами разработки (такими как ZedBoard и комплекты оценки ZC702),и виртуальные платформы разработки, позволяющие создавать прототипы без оборудованияКроме того, через партнерское сообщество ARM и программу альянса Xilinx разработчики получают доступ к дополнительным сторонним инструментам и ресурсам.значительное сокращение циклов разработки и ускорение времени выхода на рынок.

IV. Типичные сценарии применения: расширение возможностей инноваций в различных отраслях

Используя уникальные возможности программируемого оборудования и программного обеспечения, серия ZynqTM 7000 SoC находит широкое применение в промышленности, автомобилестроении, коммуникациях, медицине,и потребительской электроники, служащий ключевым компонентом, стимулирующим инновации встроенных систем.

1Промышленная автоматизация

В промышленных условиях ZynqTM 7000 SoC обеспечивает такие функции, как управление двигателем, машинное зрение и промышленная связь.ПС занимается планированием системы и обработкой протоколов связи, в то время как PL реализует высокоточные алгоритмы управления двигателями и ускоряет получение и обработку изображений.интеллектуальная обработка данных датчиков, и промышленной робототехники, повышая интеллект и возможности промышленного оборудования в режиме реального времени.

2. Автомобильная электроника

В автомобильном секторе ZynqTM 7000 SoC в основном обслуживает системы помощи водителю (ADAS).и переработки, в то время как ПС занимается слиянием данных, принятием решений и коммуникацией.удовлетворение строгих требований автомобильной электроники к высокой надежности, низкое энергопотребление и безопасность.

3Коммуникации и создание сетей

В рамках связи ZynqTM 7000 SoC используется в небольших базовых станциях сотовой связи, сетевых коммутаторах, маршрутизаторах и аналогичном оборудовании.Протокольный анализ и ускорение передачи данныхИспользуя высокоскоростные приемопередатчики и высокополосные возможности взаимосвязи, он обеспечивает высокую пропускную способность,требования к низкой задержке систем связи.

4Медицинская и потребительская электроника

В медицинских приложениях он обслуживает медицинские эндоскопы и ультразвуковое оборудование.в то время как PS управляет устройством управления и хранения данныхВ потребительской электронике он питает телевизоры 4K Ultra HD и умные саут-топ-коробки,обеспечение аппаратного ускорения для кодирования/декодирования видео и обработки изображений для обеспечения бесперебойного аудиовизуального опыта.

“Связанные продукты”

XC7Z020-L1CLG484I

XC7Z020-2CLG400E

XC7Z020-3CLG400E

XC7Z020-1CLG400C

XC7Z020-1CLG484I

XC7Z020-L1CLG400I

XC7Z020-2CLG484I

XC7Z020-1CLG400I

XC7Z020-2CLG400I

XC7Z020-1CLG484C

XC7Z020-2CLG484E

XC7Z020-3CLG484E