万变不离其宗之ZYNQ初识

传统的嵌入式集成电路应用级芯片常见的 DSP，ARM，PowerPC，MIPS， FPGA 等，FPGA 有灵活性好，资源丰富，可反复编程（Programmable）速度快（并行）的优势。在以往的应用中，常有场景需要使用 ARM 作为主控，通过 ARM 的外设并行 RAM 类总线外挂 FPGA ，使用 FPGA 来做高速的数据采集或者运算的架构，在通信，医疗电子等等行业，这都屡见不鲜；

传统的嵌入式 SoC 硬件系统架构如下：

XILINX 作为 FPGA （Field  Programmable Gate Array）的领导者，率先将专用的中央处理器 CPU 硬核与 FPGA 集成于一颗芯片中，产生了一种全新的异构平台，称之为全可编程片上系统（All Programmable SoC）；这个全新平台的诞生，对全球信
息技术的发展起到了巨大的推动作用。一方面，使得嵌入式系统的设计结构更加灵活，体积显著缩小，可靠性和系统整体性能明显提高；另一方面，使得FPGA可以进入到嵌入式系统应用领域，极大地扩展了 FPGA 的应用范围。（Altera 也有类似产品）；

其中的“处理系统”为 PS，“可编程逻辑”为 PL

PS 处理系统包含 ARM 的硬核，可以上 OS 并跑一些复杂的软件应用，PL 端可以定制需要的运算或者外设，通过 AXI 总线与 PS 通信：

使用一颗 ZYNQ 来实现以前的 ARM 外挂 FPGA 的设计架构，即降低了总成本，同时可以改善性能，降低功耗，较少体积的同时，提升可靠性；

XILINX 的 ZYNQ 产品线按照不同的场景分了很多类：

从入门级的 ZYNQ-7000 SoC系列到高端的 ZYNQ UltraScale+RFSoC 系列；

不同系列包含的不同主要体现在两方面：

1、包含的 ARM 处理器核心不一样（CPU 核心数目以及 CPU 核心版本比如 Cortex-A9，Cortex-A53+Cortex-R）

2、包含的 FPGA 资源不一样（资源多少以及 XILINX 的 Artix 器件系列和 Kintex系列差别）

这里，我选择了入门款的 ZYNQ-7000 系列来玩玩，具体的型号为 XC72020，也就是 7020 这款；

具体的 ZYNQ-7000 选型列表参考：《Zynq-7000 SoC Family Product Selection Guide》

这款 ZYNQ-7000 集成了 ARM Cortex-A9 双核处理器（硬核）+ Artix 7 系列的 FPGA 特性

下面是 ZYNQ-7000 包含的资源：

可以看到7020 这款包含 Dual-Core ARM Cortex-A9 MPCore 以及丰富的外设，FPGA 方面列出了 LUTs 个数，FF 个数，BRAM，DSP Slices 的个数（没有 PCIe 的 IP）；

它的内部互联结构如下：

两颗 ARM Cortex-A9 核心带 L1/L2 Cache，带 MMU，FPU & NEON 引擎，内部片上存储器 OCM（On Chip Memory），丰富的外设以及 GIC 中断控制器；下端是 FPGA 部分，使用 AXI 总线通过 Interconnect 与 CPU 硬核以及外部部分组成互联结构；

应用处理器单元 （APU）图所示是 APU 的简化框图。APU 主要是由两个 ARM 处理核组成的，每个都关联了一些可计算的单元：一个 NEONTM 媒体处理引擎（Media Processing Engine，MPE）和浮点单元 （Floating Point Unit，FPU）；一个内存管理单元 （Memory Management Unit，MMU）；和一个一级 cache 存储器（分为指令和数据两个部分）。APU 里还有一个二级 cache 存储器，再往下还有片上存储器（on chip memory，OCM）

大致了解 ZYNQ-7000 的情况后，还需要更加深入的了解工作原理、机制、和相关的一些资料，这样才能将其玩好；针对 ZYNQ-7000 系列的资料，最主要的有如下内容：

UG585, ZYNQ-7000 的 TRM 手册，关键的关键

由于 ZYNQ 的 FPGA 是 XINLIX 7 系列的 FPGA，所以针对 FPGA 方面需要了解的还有：

• UG471, 7 Series FPGAs SelectIO Resources User Guide

• UG472, 7 Series FPGAs Clocking Resources User Guide

• UG473, 7 Series FPGAs Memory Resources User Guide

• UG474, 7 Series FPGAs Configurable Logic Block User Guide

• UG476, 7 Series FPGAs GTX Transceiver User Guide

• UG482, 7 Series FPGAs GTP Transceiver User Guide

• PG054, 7 Series FPGAs Integrated Block for PCI Express LogiCORE IP Product Guide

• UG479, 7 Series FPGAs DSP48E1 User Guide

• UG480, 7 Series FPGAs XADC User Guide

• UG821, Zynq-7000 SoC Software Developers Guide

关于 7 系列的 FPGA 的个别部分，之前的博客有所涉及，待今后具体使用到的时候在更加深入的分析；

更多的与 ZYNQ-7000 相关的资料，参考 XILINX 官方网站部分，后续还可能还会涉及到 VIVADO 相关的一些操作说明和 ZYNQ-7000 的 Linux（PetaLinux 工具）的部分，这些 XILINX 官方也有技术手册，到时候涉及到的时候在分享；