Zynq-7000可完全編程SoC設備詳細介紹

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

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

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，不斷發(fā)展壯大。當時，該公司已經將設備從千門膠合邏輯實用設備升級為通常所稱的“完全可編程設備”。 今天的Xilinx設備已經遠非 “門陣列”這一個術語所能涵蓋的，它在單個設備上集成數百萬門、數字信號處理(DSP)、內存、硬化外設IP以及速率高達28 Gbit/s的I/ O。

從2008年開始，Xilinx開始執(zhí)行一個計劃，明確地擴大其投資組合，利用“可編程”所展示出的無盡可能性。該公司在28nm節(jié)點上開發(fā)了一系列業(yè)界領先的可完全編程的FPGA，包括Virtex-7、Kintex-7和Artix-7 FPGA，同時也推出了世界上第一個同構和異構可編程3D 集成芯片以及屢獲殊榮的創(chuàng)新型設備——Zynq-7000可完全編程的SoC設備。

圖 1. Zynq-7000 All Programmable SoC在單個設備中集成了一個雙核ARM Cortex-A9處理系統(tǒng)、28nm FPGA芯片和多個關鍵外設。

NI技術人員在幫助Xilinx定義Zynq-7000可完全編程SoC設備的需求時發(fā)揮了關鍵作用，因為Xilinx和NI都看中未來產品器件的可編程性具有巨大的價值和發(fā)展?jié)摿Αynq SoC是在單個設備上集成雙核ARM Cortex-A9微處理器、FPGA芯片和關鍵外設的首個商用設備（圖1）。處理器和FPGA芯片通過10,000個內部互連進行通信，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立處理器和FPGA之間不可能實現的。

在Zynq SoC之前，Xilinx SoC開發(fā)了幾個在硅芯片上集成PowerPC內核的FPGA，在此基礎上以及結合其他方面的經驗，Xilinx賦予了Zynq SoC一個更加用戶友好的編程方法。Zynq SOC并不是“FPGA”，因為它的獨特之處在于整個應用由處理系統(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設計技術才能開發(fā)在Zynq SoC的處理器子系統(tǒng)上運行的應用程序。

Zynq SOC使得客戶能夠自行選擇操作系統(tǒng)或實時操作系統(tǒng)以及開發(fā)軟件，在C、?+ +或SystemC中進行設計，并將設計編程到Zynq SoC處理系統(tǒng)中。如果其中一部分設計的運行速度較慢，設計人員可以使用Xilinx的Vivado高層次綜合(HLS)工具來將他們在C語言中開發(fā)的算法或算法的一部分轉換成VHDL，并在Zynq SoC的FPGA芯片上測試代碼的運行。通過將正確的函數從處理器加載到FPGA芯片，釋放處理器以便讓處理器運行效率最高的函數，用戶可以實現比基于處理器的設計高達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。為了確保成功，Xilinx公司針對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IP和專用IP支持。 而且針對Xilinx的航空航天和國防項目，無與倫比的可靠性和安全性也是最為關鍵的特性。

借助NI LabVIEW系統(tǒng)設計軟件的直觀G編程語言，用戶可以輕松地利用Zynq SoC。 CompactRIO軟件設計控制器和直觀的LabVIEW開發(fā)環(huán)境相結合，使得系統(tǒng)設計人員無需學習Xilinx Vivado工具套件所需的硬件設計語言或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)時間，縮短了產品的上市時間。Xilinx期待繼續(xù)為NI提供尖端的可完全編程的技術。