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可扩展处理平台 Zynq-7000扩展嵌入式系统架构

丛秋波?? EDN China副主编?? 2011年05月01日 ?? 收藏0

  据有关数据显示,到2014年嵌入式应用市场总值将会超过130亿美元。随着智能视频监控、汽车驾驶员辅助、广播级摄像机以及工业控制等嵌入式应用的需求,特别是当某些需求有冲突时,以往单个处理器、单个ASIC、ASSP以及单个FPGA已不能满足这些应用的需求。赛灵思(Xilinx)公司日前推出了行业第一个可扩展处理平台 Zynq-7000 产品系列,该产品将双核 ARM Cortex-A9 处理系统与可编程逻辑紧密集成,扩展了嵌入式系统架构,提升了性能和可扩展性。

  是平台不是 FPGA

  Zynq-7000 可扩展处理平台(图1)是采用赛灵思新一代 FPGA(Artix-7与Kintex-7 FPGA)所采用的同一28nm 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 FPGA 不同,Zynq-7000 产品系列的处理系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。采用这种方法,软件编程模式与全功能的标准 ARM 处理 SoC毫无二致。赛灵思

全球营销高级副总裁Vin Ratfordg表示,Zynq-7000可扩展处理平台处理系统与可编程逻辑紧密集成,内部互连可达 3000 多个,带宽高达100Gb,从而为系统架构师提供了一款具有高带宽和低延迟接口的处理平台,同时为高强度计算应用带来了前所未有的软硬件分区优化。

图1,Zynq-7000 可扩展处理平台架构图。

  平台结构与特性

  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”,Cortex-A9 多处理器内核(MPCore) 由2 个 CPU 组成。每个 CPU 都是一个 Cortex A9 处理器,带有专门的 NEON 协处理器(媒体和信号处理架构,增加了面向音频、视频、3D 图形、影像和语言处理的指令)和双精度浮点单元,再结合低功耗 28nm工艺技术,以实现高度的灵活性、强大的配置功能和高性能。Vin Ratfordg介绍说,Zynq-7000 可扩展处理平台的特点,一是,软硬件可编程;二是,处理系统随时可编程;三是,可扩展的密度与性能大大提高(采用尖端的7系列FPGA构建、集成了双12位模数转换器,速率高达1MSPS和超过3000个内部互联,带宽高达100Gb。能提供多达760个DSP引擎,性能超过910GMAC,可实现大规模并行处理);四是,灵活性超过任何标准处理解决方案(54个处理器I/O、50个多标准和高性能I/O、多达12个高性能集成串行收发器和灵活的存储器接口)。

  统一逻辑架构和处理系统

  Zynq-7000 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。Zynq-7000 可扩展处理平台此次推出四款器件的产品系列(Zynq-7010、Zynq-7020、Zynq -7030和Zynq-7040),该产品系列集具有完全相同的 ARM 处理系统,但是可编程逻辑资源的可扩展性有所不同。这些新型器件使系统架构师和嵌入式软件开发人员能够通过串行(使用 ARM 处理器)和并行(使用可编程逻辑)处理相结合的方式,满足各种日趋复杂的高性能应用需求,同时可以利用其高度集成的优势大大降低成本和功耗,并缩小产品尺寸。Zynq-7030 和 Zynq-7040是两个较大的器件均具备高速低功耗的串行连接功能,其内置的千兆位级收发器运行速度高达 10.3125 Gbps。这两款产品分别提供相当约 190 万个和 350 万个 ASIC 门(即 12.5万个和 23.5万 个逻辑单元),DSP 峰值性能分别达 480 GMAC 和 912 GMAC,一般是针对高端领域里的应用。Zynq-7010 和 Zynq-7020 这两款较小的器件分别提供约 43 万个和 130 万个 ASIC 门(即 30,000和85,000 个逻辑单元),DSP 峰值性能分别为 58 GMAC 和 158 GMAC,多应用于一些低端市场。

  软硬件开发环境

  Zynq-7000 可扩展处理平台采用熟悉的工具流程,使嵌入式软/硬件工程师能以类似于赛灵思 ISE设计套件和第三方工具提供的嵌入式设计方法,执行各自的开发、调试和实现工作。

  软件应用工程师可使用与此前设计相同的 ARM 开发工具。赛灵思为嵌入式软件应用项目提供了软件开发套件(SDK),一种基于 Eclipse 的工具套件。硬件设计流程类似于 ISE 设计套件中的嵌入式处理器设计流程,不过可扩展处理平台新增了一些步骤


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