賽靈思ZYNQ-7000架構(gòu)

該文章的硬件平臺(tái)是：ZC702（XC7Z020-1CLG484CES ）。所用軟件包括：PlanAhead、Xilinx Platform Studio、Xilinx Software Development Kit，版本均為14.4。串口工具為Tera Term。

ZYNQ-7000是Xilinx推出的一款全可編程片上系統(tǒng)（All Programmable SoC），該芯片集成了ARM Cortex A9雙核與FPGA，所以ZYNQ是一款SoPC芯片。其架構(gòu)如下圖：

圖中的Processing System（一般簡(jiǎn)稱為PS）即為處理器（ARM Cortex A9 MPCore）部分，里面資源非常的豐富，具體可參看Xilinx官方文檔。Programmable Logic（一般簡(jiǎn)稱為PL）即可編程部分（FPGA），該部分的資源隨SoC芯片級(jí)別高低不同而不同，最低的是Artix-7（Zynq-7010和Zynq-7020），最高的是Kintex-7（Zynq-7030和Zynq-7045）。當(dāng)然，后續(xù)可能SoC中的FPGA會(huì)使用更高的Virtex系列，這個(gè)就不得而知了。

PS和PL的關(guān)系：

PS的實(shí)質(zhì)就是一個(gè)ARM Cortex A9 MPcore，所以如果我們不使用可編程部分，我們完全可以只使用PS部分。也就是說(shuō)，對(duì)于ZYNQ芯片，PS部分可以完全獨(dú)立使用，不依賴PL部分。

PL部分的實(shí)質(zhì)是Xilinx FPGA。在ZYNQ中，我們可以把PL看成是PS的另一個(gè)具有可重配置特點(diǎn)的“外設(shè)”，它可以作為PS部分的一個(gè)從設(shè)備，受ARM處理器控制。比如ARM（PS）的串口數(shù)量不夠時(shí)，以太網(wǎng)接口不夠時(shí)，或者需要視頻接口時(shí)都可以用PL部分?jǐn)U展。當(dāng)然我們也可以把PL部分看成一個(gè)不受ARM處理器控制，與ARM處理器對(duì)等的主設(shè)備，主動(dòng)完成與外部芯片、接口的數(shù)據(jù)交互。更甚至PL部分也可以作為整個(gè)系統(tǒng)的主設(shè)備，主動(dòng)從APU部分的存儲(chǔ)器中獲取、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并可控制ARM處理器的運(yùn)算。所以，理論上PL部分也可以像PS部分那樣獨(dú)立運(yùn)行。但限制是必須使用JTAG接口對(duì)PL部分進(jìn)行配置。如果沒(méi)有JTAG接口，就無(wú)法獨(dú)立運(yùn)行，因?yàn)閆YNQ的PS部分和PL部分都必須依靠PS來(lái)完成芯片的初始化配置。

隨著嵌入式系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，功能越來(lái)越強(qiáng)大，往往在設(shè)計(jì)中既需要非常靈活的FPGA，又需要處理器去做一些控制，以及配合操作系統(tǒng)使用。傳統(tǒng)的方法是使用一個(gè)FPGA芯片和一個(gè)處理器芯片，比如FPGA+ARM這種模式。不過(guò)在這種模式中，F(xiàn)PGA和ARM之間的通信往往會(huì)成為系統(tǒng)的瓶頸。但在ZYNQ7000中，將FPGA和ARM集成在一個(gè)芯片內(nèi)部，兩者之間的通信使用AXI_HP、AXI_GP、AXI_ACP三種接口通信，帶寬可達(dá)吉比特，基本上不會(huì)存在二者通信帶寬不足的問(wèn)題。當(dāng)然，傳統(tǒng)上也有在FPGA上實(shí)現(xiàn)一個(gè)軟核（比如Altera 的 Nios II，Xilinx的Picoblaze 、Micoblaze等），這樣對(duì)于一些對(duì)處理器要求不高的場(chǎng)合是可以勝任的，但如果對(duì)于處理器要求比較高的場(chǎng)景，這種軟核的性能往往是捉襟見(jiàn)肘。而且軟核會(huì)占用一部分PFGA的資源。所以ZYNQ系列實(shí)現(xiàn)FPGA和硬核的集成，對(duì)于嵌入式開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)可以說(shuō)是具有里程碑意義的一件事。

Xilinx為ZYNQ的開(kāi)發(fā)提供了三個(gè)主要軟件：PlanAhead、Xilinx Platform Studio（XPS）、Xilinx Software Development Kit（SDK）。當(dāng)然，關(guān)于這三個(gè)軟件的定位以及作用，Xilinx以及網(wǎng)上都有很詳細(xì)很官方的說(shuō)明，我就不贅述了。我個(gè)人理解PlanAhead就是做整個(gè)硬件環(huán)境搭建，系統(tǒng)集成的。XPS可以從PlanAhead直接調(diào)用，主要用于處理器部分的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。SDK是Xilinx對(duì)Eclipse的改裝，主要用于軟件部分的設(shè)計(jì)。當(dāng)然，目前Xilinx已經(jīng)推出了新一代的設(shè)計(jì)軟件Vivado，詳情可參加X(jué)ilinx官網(wǎng)。

當(dāng)然，ZYNQ系列的芯片本身的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)就很復(fù)雜，其涉及到的技術(shù)更是非常之多，因?yàn)楸鞠盗形恼碌亩ㄎ?，不?huì)對(duì)這些進(jìn)行總結(jié)。而且其實(shí)也沒(méi)有必要，這些東西都可以在Xilinx官方提供的文檔中找到。我只會(huì)總結(jié)一些文檔中沒(méi)有提到的，或者沒(méi)有系統(tǒng)概括總結(jié)的東西。