zynq

Tại sao chọn ZYNQ ?

Bởi

cấu trúc lai ghép giữa FPGA và ARM.

Sự xuất hiện Zynq 7000 đã  khẳng định lại khả năng ứng dụng của các hệ thống nhúng, cho kiến trúc hệ thống và phần mềm phát triển trên 1 nền tảng mềm dẻo của kiến trúc FPGA kết hợp với kiến trúc ARM cotex-A9 lõi kép tốc độ xử lý cao để cho ra 1 thiết bị có khả năng vượt trội về mọi mặt so với các dòng vi xử lý cùng loại, đưa vào các giải pháp mới cho các ứng dụng thực tế.

So với kiến trúc ASIC truyền thống cho SoC thì FPGA hoàn toàn vượt trội về khả năng mềm dẻo cùng với công nghệ thiết kế tiên tiến của Xilinx, được cải tiến qua các thế hệ trước thì đã cho ra đời các kiến trúc FPGA thế hệ mới tăng mật độ tài nguyên sử dụng cho người thiết kế và tính mềm dẻo cao.

Các vi xử lý Cotex A9 lõi kép có hiệu năng cao, tiêu thụ vô cùng thấp và khả năng xử lý dữ liệu nhanh chóng, thường để chạy các hệ điều hành ứng dụng nhúng như linux hay RTOS ….

Zynq-7000 là SoC kết hợp FPGA và ARM với các thành công vượt trội trong các ứng dụng thực tế, sản phẩm nghiên cứu và thương mại với giá thành tốt nhất cho hiệu năng tốt nhất , nó là lựa chọn hoàn hảo cho các ứng dụng nhúng vô cùng rộng rãi như xử lý video 4K2K Ultra-HDTV, y tế, giám sát, năng lượng, công nghiệp, không gian vũ trụ ….

1

Một số hình ảnh ứng dụng của zynq:

 

2

Ứng dụng Robotics: Robot được phát triển dựa trên Zynq XC7Z020

3

Tự động hóa

4

Truyền thông

5

Thiết bị điều khiển, năng lượng

6

Y tế

7

Xử lý ảnh, video

Môi trường phát triển: khả năng phát triển ứng dụng nhanh chóng để đưa nhanh vào thương mại với VIVADO

Xilinx hỗ trợ các công cụ phát triển phần mềm vô cùng mạnh  mẽ như Xilinx’s Vivado Design Suite và Vivado High Level Synthesis (HLS). Đầy đủ với môi trường phát triển Xilinx’s SDSoC, trình biên dịch hệ thống C/C++ được tối ưu hóa với hệ sinh thái phần mềm cho phép các team thiết kế đi vào nội dung công việc thực thi trong thời gian tối thiểu tuyệt đối, giúp phân bổ nhiều tài nguyên hơn tập trung trên các tính năng quan trọng của hệ thống. Thêm thời gian cho tối ưu hóa, phát triển thuật toán và các tính năng mở rộng để tạo ra cuối cùng các sản phẩm chất lượng cao, và giá thành thấp .

Một số hình ảnh về môi trường phát triển VIVADO tiện dụng của zynq:

1 23

Thiết bị được thiết kế cho việc sử dụng lâu dài với mọi môi trường và khả năng bảo mật hệ thống vô cùng mạnh mẽ.

4

Các hệ thống nhúng được xây dựng trên tất các nền tảng SoC Zynq-7000 hoạt động chắc chắn và thích hợp trong các ứng dụng chạy lâu dài. Update tính năng phần mềm đến hệ thống xử lý ARM có thể sửa lỗi hoặc trang bị cho hệ thống các tác vụ, tính năng mới với nhiều cách thức khác nhau. Hệ thống xử lý ARM cũng chịu trách nhiệm cho cấu hình lại các khối logic khả trình trong PL.

Yêu cầu thị trường biến đổi liên tục, yêu cầu việc triển khai và thiết kế mới đòi hỏi thời gian không quá dài . Zynq-7000 là 1 SoC linh hoạt nhất trong thiết kế cả về phần mềm và phần cứng của FPGA với khả năng xử lý mạnh mẽ của lõi ARM cho các giải pháp hệ thống nhúng hiện đại cho thời gian phát triển ứng dụng nhanh chóng với sự hỗ trợ của môi trường phát triển ứng dụng giàu tính năng và dễ sử dụng.

Một vài đặc điểm của Zynq-7000

Lõi kép ARM Cortex-A9 với công nghệ CoreSight™

  • Lõi kép ARM Cotex-A9 được chọn với tỉ lệ hiệu năng tối ưu trong các ứng dụng thông thường .
  • Dựa trên kiến trúc ARMv7-A
  • Hỗ trợ xử lý dấu phẩy động chính xác kép và đơn.
  • Hoạt động lên đến 1 GHz mỗi lõi.
  • Các lệnh Thumb: 16bits; thumb-2: 32 bits
  • NEON: các lệnh SIMD của ARM hỗ cho việc tăng tốc xử lý ảnh và video.
  • 5 DMIP/MHz cho mỗi lõi.
  • Kiến trúc Harvard
  • Bao gồm 32Kb cache data L1 và 32 cache lệnh L1.
  • Bộ nhớ ngoài được dựa trên 512Kb cache L2
  • Gắn kết cache tự động giữa các lõi xử lý.
  • Kiến trúc xử lý đường ống các nhánh song song cho phép giải quyết và phỏng đoán nhánh sớm: Đường ống xử lý dữ liệu chính, đường ống xử lý dữ liệu đầy đủ thứ phụ, đường ống load-store, đường ống (FPU/NEON) tính toán đa phương tiện . Tăng hiệu quả sử dụng vi xử lý và giảm thời gian trễ của bộ nhớ, tăng hiệu năng, giảm thời gian trễ ngắt qua các đầu vào các trình phục vụ ngắt ISR.1

Bộ nhớ trên chip (OCM): SRAM, Boot ROM

Hỗ trợ LPDDR, DDR2, DDR3.

Hỗ trợ SRAM, QSPI, NAND/NOR FLASH.

Giao thức (AMBA®) kiến trúc bus vi điều khiển hiện đại:

1 2

  • AXI3: Giao tiếp ARM thế hệ thứ 3.
  • AXI4 ( các burst, subset được mở rộng).
  • Các cổng slave hiệu suất cao AXI với độ rộng 32 hoặc 64 bit, chỉ truy cập đến OCM và DDR. Chuyển đổi đến miền clock hệ thống. Giao tiếp FIFO AXI (AFI) và FIFOs (1Kb) truyền dữ liệu lớn 1 cách thuận lợi.
  • Các tín hiệu AXI cơ bản – 5 kênh

  • Giao tiếp AXI -AXI_Lite

2

    • Giao tiếp AXI – AXI 4 với độ rộng lên đến 1024 bits.3

Giao tiếp AXI – AXI_stream

4

  • Các cổng AXI chức năng chung (GP0-GP1): 2 master từ PS sang PL và slave từ PL sang PS với độ rộng 32bit. Chuyển đổi và đồng bộ các miền clock của hệ thống .5
  • Một cổng AXI slave AP 64 bit giao tiếp đến bộ nhớ CPU.
  • Cổng ACP AXI 64-bit cho khả năng tăng tốc phần cứng được mở rộng và cache gắn kết cho các vi xử lý mềm bổ sung.
  • Băng thông lên đến 100G/s giữa PS và PL

Bản đồ bộ nhớ

  • Địa chỉ 32bit
  • Tất cả các ngoại vi PS và PL  đã bản đồ hóa đến các lõi vi xử lý.
  • Tất cả các ngoại vi PL slave sẽ được đặt giữa 4000_0000 và 7FFF_FFFF (được kết nối đến GP0) và 8000_0000 và BFFF_FFFF (được kết nối đến GP1).

2

Sự mềm dẻo của các I/O : I/O được đa hợp MIO và I/O đa hợp mở rông EMIO.

  • Dễ dàng kết nối ngoại vi đến PL.
  • Các I/O đa hợp mở rộng EMIO cho phép các cổng ngoại vi PS truy cập đến PL và các chân I/O của thiết bị.6

Bộ nhớ hệ thống hiệu năng rất cao và lớn rất nhiều so với các thiết bị cùng loại .

  • 512KB L2 Cache
  • 256Kb bộ nhớ trên chip thích hợp cho toàn bộ hệ thống hoạt động thời gian thực.
  • Các bộ điều khiển bộ nhớ được tích hợp hỗ trợ lên đến DDR3-1866.

Khối PL 28nm 7-Series: HPL xử lý cho hiệu năng tối ưu

  • Kết cấu Artix®-7 FPGA cho năng lượng thấp và giá rẻ như các thiết bi Z-7010 và Z-7020 .
  • Kết cấu Kintex®-7 FPGA với  giá tốt nhất cho mật độ logic cao ( Kết cấu mới nhất cho dòng Zynq với mật độ logic vô cùng lớn) như các thiết bị Z-7030 và Z-7045.

Được tích hợp bản đồ bộ nhớ các ngoại vi:

  • 2x USB 2.0 (OTG) w/DMA
  • 2x Tri-mode Gigabit Ethernet w/DMA
  • 2x SD/SDIO w/DMA
  • 2x UART, 2x CAN 2.0B, 2x I2C, 2x SPI, 32b GPIO7

Khối logic khả trình PL: có 2 cổng đến DDR và 1 đến OCM SRAM, có 2 cổng từ PS master và slave sang PL, kết nối các khối CPU đến các ngoại vi chung qua cầu kết nối .

1

Công nghệ tối ưu hóa nhiều nguồn thông qua hệ thống xử lý và khối logic khả trình.

Các clock PS có 3 PLLs cho bộ tạo clock và có 4 cổng clock đến PL. PL có 7 nguồn clock nối tiếp và có thể được lấy nguồn từ chân clock ngoài và có thể dùng 4 clcok PS làm nguồn. Đồng bộ hóa clock giữa PL và PS (Chú ý PL không thể cung cấp nguồn clock đến PS).2

Bộ tạo clock cho phép cấu hình các thành phần của PLL cho cả PS và PL của SoC AP  Zynq (1 đầu vào clock tham chiếu). PS dùng 1 clock PLL chỉ định, PS I/O dùng  I/O PLL clock và ARM PLL. Clock PL bị ngắt nếu clock PS được đưa ra.

3

Xử lý các tín hiệu lớn song song: Cho phép gia tốc phần cứng bao gồm xử lý và phân tích video

  • Các slices DSP năng lượng thấp, tùy biến mềm dẻo hoàn toàn.
  • Lên đến 2020 khối DSP chuyển đổi 2662 GMACs.

Tin cậy và an toàn, bảo mật tiên tiến

  • Khởi động lõi vi xử lý đầu tiên dùng bộ nhớ trên chip với Code ROM đươc bảo mật
  • Công nghệ Anti-Tamper (AT) có thể xóa toàn bộ dữ liệu thiết bị nếu có giả mạo bị phát hiện.
  • Hệ thống bảo mật khởi động với xác minh dựa trên RSA, giả mã AES-256, và xác minh dữ liệu SHA-256
  • Hỗ trợ đầy đủ ARM TrustZone®.

Các hệ điều hành thời gian thực:

  • Linux (Free, thông dụng  ), RTOS (Lý tưởng với các tác vụ hiệu năng cao, đơn giản), Bare-Metal( Tối ưu nhất cho hiệu năng cao, các ứng dụng cấp thấp), Android ( Giàu tính năng, ứng dụng đồ họa thân thiện người dùng)

Các công cụ phát triển:

  • Xilinx Software Development Kit (XSDK) tools: Quản lý phát triển đầy đủ và gỡ lỗi cho các thiết kế đa vi xử lý.
  • Môi trường phát triển SDSoC – Biên dịch các ứng dưng C/C++ cho hệ thống AP SoC Zynq-700 đầy đủ đủ tính năng được tối ưu hoa cao.
  • Vivado Design Suite –- Các thiết kế phần cứng thực thi với RTL hoặc High Level Synthesis (Cấu hình PL trừu tượng hóa bậc cao dựa trên RTL).

Nền tảng phát triển phần cứng.

Nền tảng phát triển môi trường ảo hóa: Các thiết kế mẫu mà không yêu cầu phần cứng có thể mô phỏng trên môi trường ảo.

  • Nền tảng ảo hóa AP SoC Zynq-7000 bởi Cadence, cho phát triển cả hệ thống xử lý và khối logic khả trình.
  • Nền tảng mô phỏng đầu đủ QEMU của AP SoC Zynq 7000 cho phát triển phần mềm nhanh ngọn, khám phá kiến trúc và design porting.

Và còn nhiều tính năng hay ho nữa đối với từng thiết bị của học Zynq-7000 như bộ truyền GTX tốc độ cao có thể truyền nối tiếp lên đến 10Gb/s với XC7Z 45 ,…..

Với centaur board do PCBViet nghiên cứu và phát triển, thiết bị embedded hardware này mang đầy đủ tính năng mạnh mẽ của lõi kép ARM A9 cùng với sự mềm dẻo của FPGA khiến nó có thể đáp ứng được mọi ứng dụng thực tiễn với mọi nhu cầu thị trường trong và ngoài nước.

13466418_1109088052470101_324777350994141351_n

Tìm hiểu thêm các dòng chíp ZYNQ: https://www.xilinx.com/products/silicon-devices/soc.html

Chúng tôi có nhiều kinh nghiệm trong việc thiết kế phần cứng sử dụng nền tảng ZYNQ, tham khảo một số dự án của chúng tôi: https://pcbviet.com/projects/

Viết một bình luận