وبلاگ شرکت در مورد عرضه / بازیافت Xilinx ZynqTM 7000 SoC با قابلیت برنامه نویسی سخت افزاری و نرم افزاری

Mingjiada عرضه / بازیافت Xilinx Zynq TM 7000 SoC با سخت افزار و برنامه نویسی نرم افزار

I. معماری هسته ای: ادغام کامل برنامه نویسی نرم افزار و سخت افزار

مزیت اصلی سری Zynq TM 7000 SoC در معماری منحصر به فرد یکپارچه ¢ سیستم پردازش (PS) + منطق قابل برنامه ریزی (PL) ¢ است.این دو جزء از طریق یک اتوبوس اتصال AMBA®-AXI با پهنای باند بالا به شدت یکپارچه شده اند.، امکان همکاری بدون مشکل و تخصیص انعطاف پذیر منابع نرم افزار و سخت افزار را فراهم می کند.این رویکرد راحت بودن نرم افزار را حفظ می کند در حالی که توانایی های عملکرد بالا و سفارشی سازی سخت افزار را نیز ارائه می دهد..

1هسته قابل برنامه ریزی نرم افزاری: سیستم پردازش (PS)

سیستم پردازش (PS) به عنوان مغز Zynq TM 7000 SoC عمل می کند و از پردازنده ARM® Cortex®-A9 با عملکرد بالا استفاده می کند.در دسترس در پیکربندی های تک هسته ای (سری Zynq 7000S) و دو هسته ای (سری Zynq 7000)، آن را در فرکانس ها تا 1GHz کار می کند، ارائه قابلیت های پردازش نرم افزار استثنایی و سازگاری.PS یک معماری حافظه کامل و رابط های محیطی گسترده ای را در داخل ادغام می کند، که قابلیت کنترل اصلی را بدون نیاز به تراشه های توسعه اضافی و ساده سازی قابل توجهی از طراحی سیستم فراهم می کند.

برای ذخیره سازی، PS دارای 32 کیلو بایت دستورالعمل L1 مستقل و حافظه کش داده در هر هسته CPU، یک حافظه کش L2 مشترک 512 کیلو بایت،و 256 کیلو بایت حافظه روی تراشه (OCM) قادر به میزبانی مستقیم سیستم عامل های زمان واقعیاین نرم افزار از چندین نوع حافظه خارجی از جمله DDR3، DDR3L، DDR2 و LPDDR2 پشتیبانی می کند.رابط های محیطی شامل دو گیگابیت اترنت، USB 2.0 OTG ، SD / SDIO ، UART ، CAN 2.0B ، I2C ، SPI و یک کنترل کننده DMA. این انتقال داده با سرعت بالا بین حافظه و دستگاه های محیطی را تسهیل می کند ،پوشش الزامات اتصال اکثر برنامه های جاسازی شده.

در سطح نرم افزار ، PS از چندین سیستم عامل از جمله لینوکس ، FreeRTOS و اندروید ، در کنار حالت های توسعه bare-metal پشتیبانی می کند.توسعه دهندگان می توانند از زبان های برنامه نویسی آشنا مانند C / C ++ برای توسعه برنامه بدون نیاز به تخصص در زبان های توصیف سخت افزاری پیچیده استفاده کنند، به طور قابل توجهی آستانه توسعه نرم افزار را کاهش می دهد. در عین حال، استفاده از فناوری ARM TrustZone® و مکانیسم های بوت امن (بر اساس احراز هویت RSA و رمزگشایی AES-256) ،این امکان را برای حفاظت از امنیت چند لایه نرم افزار و سخت افزار فراهم می کند.، اطمینان از ایمنی و قابلیت اطمینان عملکرد سیستم.

2هسته قابل برنامه ریزی سخت افزاری: منطق قابل برنامه ریزی (PL)

منطق قابل برنامه نویسی (PL) به عنوان موتور سفارشی سازی Zynq TM 7000 SoC عمل می کند. بر اساس معماری FPGA 28nm 7 سری Xilinx (Artix TM 7 یا Kintex TM 7) ،این قابلیت برنامه ریزی سخت افزاری بالا را ارائه می دهدعملکردهای منطقی را می توان به طور انعطاف پذیر با توجه به نیازهای برنامه تنظیم کرد تا نیازهای سفارشی مانند شتاب سخت افزاری و لبه های سفارشی را برآورده کند.

بخش PL شامل منابع سخت افزاری گسترده ای از جمله سلول های منطقی (تا 444K) ، بلاک رم (تا 26.5Mb) ، برش های DSP (تا 2020) و گیرنده های با سرعت بالا (تا 12.5Gb / s) ،حداکثر 16)DSP Slices بیش از 2662 GMAC از عملکرد پردازش سیگنال موازی را ارائه می دهد، که آنها را برای وظایف محاسباتی مانند پردازش ویدیو و تجزیه و تحلیل سیگنال بسیار مناسب می کند.فرستنده های با سرعت بالا از اتصال سریع خارج از تراشه پشتیبانی می کنند، نیازهای پهنای باند را برای برنامه هایی مانند ویدیو با وضوح بالا و ارتباطات با سرعت بالا برآورده می کند. علاوه بر این PL از پیکربندی مجدد جزئی پشتیبانی می کند،امکان تنظیم پویا منطق سخت افزار در طول عملیات سیستم برای ارتقاء عملکردی انعطاف پذیر و تغییر بدون نیاز به راه اندازی مجدد سیستم.

برای توسعه سخت افزار، مهندسان می توانند از مجموعه طراحی Vivado® و ابزارهای سنتز سطح بالا (HLS) Xilinx برای طراحی منطق PL با استفاده از RTL یا زبان های سطح بالا مانند C / C ++ و OpenCL استفاده کنند.این رویکرد الگوریتم های پیچیده و وظایف محاسباتی را به عنوان منطق سخت افزاری جاسازی می کند، ارائه سرعت پردازش بسیار بیشتر از نرم افزار در حالی که کاهش مصرف برق سیستم.

3همبستگی نرم افزار و سخت افزار: غلبه بر مشکلات عملکرد

PS و PL در داخل Zynq TM 7000 SoC داده ها را از طریق یک اتوبوس اتصال AXI که حداکثر پهنای باند 100Gb / s را ارائه می دهد، مبادله می کنند.این مشکل را حل می کند، یعنی تاخیر انتقال داده بالا و پهنای باند محدود در سیستم های سنتی که پردازنده ها و FPGA ها به طور جداگانه کار می کنند.. این معماری همکاری امکان تقسیم کار را فراهم می کند که در آن “برنامه کنترل و مدیریت را مدیریت می کند، در حالی که سخت افزار محاسبه و شتاب را مدیریت می کند:PS سیستم عامل و برنامه های کاربردی را اجرا می کند، مدیریت برنامه ریزی سیستم، کنترل محیطی و تصمیمات پردازش داده ها؛ PL تسریع سخت افزاری را برای وظایف محاسباتی فشرده و زمان واقعی مانند کدگذاری / رمزگشایی ویدیو فراهم می کند.پردازش تصویر، و فیلتر کردن سیگنال. آنها در کنار هم کار می کنند، انعطاف پذیری سیستم را در حالی که حداکثر عملکرد پردازش را تضمین می کنند.

علاوه بر این، PS می تواند به طور مستقیم توابع منطقی PL را پیکربندی کند و سازگاری سیستم پویا را امکان پذیر کند.توسعه دهندگان می توانند منطق سخت افزاری PL را از طریق به روزرسانی نرم افزار در پاسخ به تغییر سناریوهای برنامه بدون تغییر مدارهای فیزیکی تنظیم کننداین به طور قابل توجهی مقیاس پذیری سیستم و قابلیت استفاده مجدد را افزایش می دهد در حالی که چرخه عمر محصول را افزایش می دهد.

II. طبقه بندی محصول: یک سری کاملا مقیاس پذیر که تمام سناریوها را پوشش می دهد

سری ZynqTM 7000 SoC شامل دو زیر سری است: Zynq 7000S و Zynq 7000. ارائه چندین مدل، امکان انتخاب انعطاف پذیر بر اساس عملکرد برنامه و نیازهای هزینه را فراهم می کند.دستیابی به پوشش جامع از برنامه های کم هزینه سطح ابتدایی تا برنامه های برتر با عملکرد بالااین پلت فرم SoC کاملا مقیاس پذیر، عملکرد فوق العاده در هر وات و بهره وری استثنایی در هزینه را ارائه می دهد.

1. سری زینک 7000S: راه حل های کم هزینه سطح ورودی

به عنوان عرضه کم هزینه سطح ورودی ، سری Zynq 7000S شامل یک پردازنده تک هسته Arm® Cortex®-A9 است که با منطق قابل برنامه ریزی 28nm ArtixTM 7 ترکیب شده است و در فرکانس های تا 766MHz کار می کند.این سری شامل سه مدل است: Z-7007S، Z-7012S، و Z-7014S. سلول های منطقی از 23K تا 65K، بلاک رم از 1.8Mb تا 3.8Mb، برش های DSP از 60 تا 170، با حداکثر تعداد پین I / O 200. مدل های انتخاب شده شامل چهار 6 می باشد.فرستنده های 25Gb/s.

این سری با تمرکز بر بهره وری بالا، حاشیه های سخت عمومی را برای دستیابی به یکپارچه سازی سیستم با هزینه بهینه ادغام می کند.این ایده آل برای کاربردهای صنعتی IoT مانند کنترل موتور مناسب است، ماژول های I / O، سنسورهای هوشمند و شبکه های هوشمند، که نیازهای مستحکم سطح ورودی را برای هزینه کم و مصرف انرژی کم برآورده می کنند.

2. سری زینک 7000: راه حل کارایی بالا و چند منظوره

به عنوان پرچمدار خط تولید با عملکرد بالا، سری Zynq 7000 شامل یک پردازنده دو هسته ای Arm Cortex-A9 در کنار منطق قابل برنامه ریزی بر اساس 28nm Artix 7 یا Kintex 7 است.که در فرکانس های تا 1GHz کار می کننداین سری شامل هفت مدل است: Z-7010، Z-7015، Z-7020، Z-7030، Z-7035، Z-7045، Z-7100، ارائه سلول های منطقی از 28K تا 444K، ظرفیت های RAM بلوکی از 2.1Mb تا 26.5Mb،قطعات DSP از 80 تا 2020، و حداکثر تعداد پین I / O 400 است. انواع پیشرفته شامل 16 گیرنده کار با سرعت 12.5Gb / s است.

این سری عملکرد فوق العاده ای را به بهره وری قدرت و انعطاف پذیری طراحی استثنایی ارائه می دهد، طراحی های بسیار متمایز را امکان پذیر می کند.مناسب برای برنامه های کاربردی جاسازی شده متوسط تا بالا مانند سیستم های کمک به راننده چند دوربین استتلویزیون های 4K2K با وضوح فوق العاده، ایستگاه های پایه سلول های کوچک، ماشین دید اتوماسیون صنعتی و اندوسکوپ های پزشکی، پاسخگویی به خواسته های عملکرد بالا، پهنای باند بالا،و قابلیت های چند وظیفه.

III. مزیت های اصلی: ارزش چند وجهی از برنامه نویسی نرم افزار و سخت افزار

1یکپارچه سازی بالا پیچیدگی طراحی و هزینه را کاهش می دهد

ZynqTM 7000 SoC CPU ، FPGA ، DSP ، ASSP ، قابلیت های سیگنال مخلوط و دستگاه های محیطی گسترده را در یک قالب واحد ادغام می کند.این جایگزین معماری سنتی جدا از پردازنده + FPGA + تراشه های محیطی✓ کاهش قابل توجهی از اثر PCB، کاهش هزینه های کتاب مواد (BOM) و پیچیدگی طراحی، در حالی که افزایش قابلیت اطمینان و ثبات سیستم.دستگاه های AMD به طور معمول دارای عمر بیش از 15 سال هستند، با سری زینک 7000 پشتیبانی از عملیات مستمر تا سال 2040 ، اطمینان از عملکرد قابل اعتماد در طول کل چرخه عمر طراحی.

2برنامه ریزی انعطاف پذیر برای سازگاری با چندین سناریو

در سطح نرم افزار، از چندین سیستم عامل و زبان توسعه پشتیبانی می کند، که چرخه های توسعه کوتاه و انعطاف پذیری بالایی را امکان پذیر می کند.منطق قابل برنامه ریزی (PL) را می توان برای اجرای توابع منطقی خاص برنامه سفارشی کرد، دستیابی به شتاب سخت افزار و لبه های سفارشی بدون نیاز به طراحی مجدد مدار سخت افزار.این قابلیت برنامه نویسی دوگانه به ZynqTM 7000 SoC اجازه می دهد تا با نیازهای مختلف صنعت و برنامه های کاربردی سازگار شود، ارائه راه حل های سفارشی از کنترل صنعتی کم هزینه تا دستگاه های هوشمند پیشرفته.

3نسبت عملکرد بالا به قدرت: تعادل عملکرد و بهره وری انرژی

از طریق طراحی معماری دقیق بهینه سازی شده، Zynq TM 7000 SoC نسبت عملکرد به قدرت برجسته را به دست می آورد:پردازنده ARM Cortex-A9 25 درصد سریعتر از SoC های رقابتی مشابه کار می کنددر حالی که منطق FPGA 66٪ سریعتر از معماری های معادل کار می کند. در مقایسه با راه حل های رقابتی، این یک مزیت 55٪ در مصرف برق را ارائه می دهد. علاوه بر این،هر دو PS و PL از چند حالت کم مصرف پشتیبانی می کنند، تنظیم پویا مصرف برق بر اساس بار کار برای پاسخگویی به نیازهای کم مصرف دستگاه های جاسازی شده.

4اکوسیستم توسعه جامع زمان بازار را تسریع می کند

Xilinx یک زنجیره ابزار توسعه کامل و پشتیبانی اکوسیستم برای سری Zynq TM 7000 SoC ، از جمله Vivado Design Suite (طراحی سخت افزار) ،محیط توسعه SDSoC (C / C ++ بهینه سازی سیستم) ، Xilinx SDK (توسعه نرم افزار) ، در کنار کتابخانه های IP گسترده، طرح های مرجع، کیت های توسعه (مانند ZedBoard و ZC702) ،و پلتفرم های توسعه مجازی که امکان ساخت نمونه اولیه بدون سخت افزار را فراهم می کنندعلاوه بر این، از طریق جامعه شرکای ARM و برنامه Xilinx Alliance، توسعه دهندگان به ابزارهای و منابع اضافی شخص ثالث دسترسی دارند.کاهش قابل توجهی چرخه های توسعه و تسریع زمان به بازار.

IV. سناریوهای کاربرد معمول: توانمندسازی نوآوری در صنایع مختلف

با استفاده از قابلیت های منحصر به فرد سخت افزاری و نرم افزاری قابل برنامه ریزی، سری ZynqTM 7000 SoC کاربرد گسترده ای در صنایع صنعتی، خودرو، ارتباطات، پزشکی،و بخش های الکترونیک مصرفی، که به عنوان یک جزء اصلی نوآوری سیستم های جاسازی شده عمل می کند.

1اتوماسیون صنعتی

در محیط های صنعتی، ZynqTM 7000 SoC قابلیت هایی مانند کنترل موتور، بینایی ماشین و ارتباطات صنعتی را فراهم می کند.PS برنامه ریزی سیستم و پردازش پروتکل ارتباطات را مدیریت می کند، در حالی که PL الگوریتم های کنترل موتور با دقت بالا را پیاده سازی می کند و به دست آوردن و پردازش تصویر را تسریع می کند. این باعث می شود که آن را برای کاربردهایی از جمله کنترل موتور چند محور مناسب کند.پردازش اطلاعات سنسور هوشمند، و رباتیک صنعتی، افزایش هوش و قابلیت های زمان واقعی تجهیزات صنعتی.

2الکترونیک خودرو

در بخش خودرو، ZynqTM 7000 SoC عمدتاً به سیستم های کمک به راننده (ADAS) خدمت می کند. PL شتاب دهنده سخت افزاری برای ضبط ویدیو چند دوربین، تشخیص تصویر،و پردازش، در حالی که PS از ادغام داده ها، تصمیم گیری و ارتباطات استفاده می کند. این از ویژگی هایی مانند هشدار خروج از خط و ترمز اضطراری خودکار پشتیبانی می کند،پاسخگویی به الزامات سختگیرانه الکترونیک خودرو برای قابلیت اطمینان بالا، مصرف کم برق و ایمنی.

3ارتباطات و شبکه سازی

در ارتباطات، ZynqTM 7000 SoC در ایستگاه های پایه سلول کوچک، سوئیچ های شبکه، روترها و تجهیزات مشابه مستقر می شود. PL پردازش سیگنال با سرعت بالا را مدیریت می کند،تجزیه پروتکل و تسریع انتقال داده، در حالی که PS مدیریت سیستم و کنترل شبکه را مدیریت می کند. با استفاده از فرستنده های با سرعت بالا و قابلیت های اتصال پهنای باند بالا، این سیستم قابلیت های پهنای باند بالا را برآورده می کند.الزامات کم تاخیر سیستم های ارتباطی.

4الکترونیک پزشکی و مصرفی

در برنامه های کاربردی پزشکی، آن را به اندوسکوپ های پزشکی و تجهیزات سونوگرافی خدمت می کند.در حالی که PS کنترل دستگاه و ذخیره سازی داده را مدیریت می کند، کیفیت تصویربرداری و راحتی عملیاتی را افزایش می دهد. در الکترونیک مصرفی، تلویزیون های 4K Ultra HD و جعبه های هوشمند،ارائه شتاب دهنده سخت افزاری برای کدگذاری و رمزگشایی ویدیو و پردازش تصویر برای ارائه یک تجربه بصری بی نقص.

محصولات مرتبط

XC7Z020-L1CLG484I

XC7Z020-2CLG400E

XC7Z020-3CLG400E

XC7Z020-1CLG400C

XC7Z020-1CLG484I

XC7Z020-L1CLG400I

XC7Z020-2CLG484I

XC7Z020-1CLG400I

XC7Z020-2CLG400I

XC7Z020-1CLG484C

XC7Z020-2CLG484E

XC7Z020-3CLG484E