Zynq-7000可完全編程SoC設(shè)備詳細(xì)介紹

十多年來，NI和Xilinx公司之間的技術(shù)合作不斷為工程師和科學(xué)家提供了進(jìn)行創(chuàng)新和改變世界的工具。 NI為其一代又一代的新產(chǎn)品(如NI FlexRIO模塊、CompactRIO控制器)提供最新一代的Xilinx FPGA。此外，cRIO-9068軟件設(shè)計(jì)控制器也是基于創(chuàng)新的Zynq-7000可完全編程SoC設(shè)備。

NI充分利用了其產(chǎn)品中器件的特性，同時(shí)簡(jiǎn)化了編程，使工程師和科學(xué)家們可以在熟悉的環(huán)境中進(jìn)行開發(fā)，而無需深入探索Xilinx設(shè)備編程的底層細(xì)節(jié)。本文將簡(jiǎn)要介紹NI cRIO-9068創(chuàng)新產(chǎn)品系列的核心——Zynq SoC的傳統(tǒng)功能和新亮點(diǎn)。

Xilinx的共同創(chuàng)始人之一Ross Freeman于1988年發(fā)明了FPGA，并于2010年被追列入“美國發(fā)明家名人堂”。 自Freeman發(fā)明FPGA之后的25年以來，他創(chuàng)立的公司以“編程創(chuàng)新”為口號(hào)，不斷發(fā)展壯大。當(dāng)時(shí)，該公司已經(jīng)將設(shè)備從千門膠合邏輯實(shí)用設(shè)備升級(jí)為通常所稱的“完全可編程設(shè)備”。 今天的Xilinx設(shè)備已經(jīng)遠(yuǎn)非 “門陣列”這一個(gè)術(shù)語所能涵蓋的，它在單個(gè)設(shè)備上集成數(shù)百萬門、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)、內(nèi)存、硬化外設(shè)IP以及速率高達(dá)28 Gbit/s的I/ O。

從2008年開始，Xilinx開始執(zhí)行一個(gè)計(jì)劃，明確地?cái)U(kuò)大其投資組合，利用“可編程”所展示出的無盡可能性。該公司在28nm節(jié)點(diǎn)上開發(fā)了一系列業(yè)界領(lǐng)先的可完全編程的FPGA，包括Virtex-7、Kintex-7和Artix-7 FPGA，同時(shí)也推出了世界上第一個(gè)同構(gòu)和異構(gòu)可編程3D 集成芯片以及屢獲殊榮的創(chuàng)新型設(shè)備——Zynq-7000可完全編程的SoC設(shè)備。

圖 1. Zynq-7000 All Programmable SoC在單個(gè)設(shè)備中集成了一個(gè)雙核ARM Cortex-A9處理系統(tǒng)、28nm FPGA芯片和多個(gè)關(guān)鍵外設(shè)。

NI技術(shù)人員在幫助Xilinx定義Zynq-7000可完全編程SoC設(shè)備的需求時(shí)發(fā)揮了關(guān)鍵作用，因?yàn)閄ilinx和NI都看中未來產(chǎn)品器件的可編程性具有巨大的價(jià)值和發(fā)展?jié)摿?。Zynq SoC是在單個(gè)設(shè)備上集成雙核ARM Cortex-A9微處理器、FPGA芯片和關(guān)鍵外設(shè)的首個(gè)商用設(shè)備（圖1）。處理器和FPGA芯片通過10,000個(gè)內(nèi)部互連進(jìn)行通信，使得微處理器和FPGA芯片之間具有前所未有的高性能，這是印刷電路板上獨(dú)立處理器和FPGA之間不可能實(shí)現(xiàn)的。

在Zynq SoC之前，Xilinx SoC開發(fā)了幾個(gè)在硅芯片上集成PowerPC內(nèi)核的FPGA，在此基礎(chǔ)上以及結(jié)合其他方面的經(jīng)驗(yàn)，Xilinx賦予了Zynq SoC一個(gè)更加用戶友好的編程方法。Zynq SOC并不是“FPGA”，因?yàn)樗莫?dú)特之處在于整個(gè)應(yīng)用由處理系統(tǒng)控制，而不是FPGA芯片。也就是說處理系統(tǒng)啟動(dòng)后控制FPGA芯片的功能。這意味著用戶并不需要熟練掌握FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)才能開發(fā)在Zynq SoC的處理器子系統(tǒng)上運(yùn)行的應(yīng)用程序。

Zynq SOC使得客戶能夠自行選擇操作系統(tǒng)或?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)以及開發(fā)軟件，在C、?+ +或SystemC中進(jìn)行設(shè)計(jì)，并將設(shè)計(jì)編程到Zynq SoC處理系統(tǒng)中。如果其中一部分設(shè)計(jì)的運(yùn)行速度較慢，設(shè)計(jì)人員可以使用Xilinx的Vivado高層次綜合(HLS)工具來將他們?cè)?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/1743/" target="_blank">C語言中開發(fā)的算法或算法的一部分轉(zhuǎn)換成VHDL，并在Zynq SoC的FPGA芯片上測(cè)試代碼的運(yùn)行。通過將正確的函數(shù)從處理器加載到FPGA芯片，釋放處理器以便讓處理器運(yùn)行效率最高的函數(shù)，用戶可以實(shí)現(xiàn)比基于處理器的設(shè)計(jì)高達(dá)700倍的整體性能提升。

Zynq SoC的主要特性并不僅僅在于硅芯片和架構(gòu)。為了確保成功，Xilinx公司針對(duì)Zynq SoC建立了廣泛的操作系統(tǒng)、RTOS和軟件開發(fā)支持以及外設(shè)IP和專用IP支持。 而且針對(duì)Xilinx的航空航天和國防項(xiàng)目，無與倫比的可靠性和安全性也是最為關(guān)鍵的特性。

借助NI LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件的直觀G編程語言，用戶可以輕松地利用Zynq SoC。 CompactRIO軟件設(shè)計(jì)控制器和直觀的LabVIEW開發(fā)環(huán)境相結(jié)合，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員無需學(xué)習(xí)Xilinx Vivado工具套件所需的硬件設(shè)計(jì)語言或Vivado HLS即可搭建嵌入式系統(tǒng)。 由于LabVIEW可重配置I/O (RIO)架構(gòu)可讓用戶無需從頭開始創(chuàng)建自定義硬件，因而節(jié)省了昂貴的開發(fā)時(shí)間，縮短了產(chǎn)品的上市時(shí)間。Xilinx期待繼續(xù)為NI提供尖端的可完全編程的技術(shù)。