我与赛灵思FPGA的故事” ZYNQ-7000使用总结(1)——概述.doc

30年-我与赛灵思FPGA的故事”: ZYNQ-7000使用总结(1)概述2015-01-21 15:073496人阅读评论(0)举报分类：FPGA（15）由allan于 星期四, 06/19/2014 - 17:03 发表因为马上要离职的原因，需要将一些东西整理一下做交接。就将Xilinx ZYNQ-7000的使用经验做一下总结，希望对刚接触的人有一点帮助。需要说明的是，在接触到ZYNQ-7000之前，我并没有做过FPGA的设计，这一部分的基础可以说是零。而这一年的工作重心也并不是FPGA设计，所以这一系列文章的重点是工具的使用，以及ZYNQ-7000的设计流程，而不是具体如何设计。该系列文章的硬件平台是：ZC702（XC7Z020-1CLG484CES ）。所用软件包括：PlanAhead、Xilinx Platform Studio、Xilinx Software Development Kit，版本均为14.4。串口工具为Tera Term。ZYNQ-7000是Xilinx推出的一款全可编程片上系统（All Programmable SoC），该芯片集成了ARM Cortex A9双核与FPGA，所以ZYNQ是一款SoPC芯片。其架构如下图：图中的Processing System（一般简称为PS）即为处理器（ARM Cortex A9 MPCore）部分，里面资源非常的丰富，具体可参看Xilinx官方文档。Programmable Logic（一般简称为PL）即可编程部分（FPGA），该部分的资源随SoC芯片级别高低不同而不同，最低的是Artix-7（Zynq-7010和Zynq-7020），最高的是Kintex-7（Zynq-7030和Zynq-7045）。当然，后续可能SoC中的FPGA会使用更高的Virtex系列，这个就不得而知了。PS和PL的关系：PS的实质就是一个ARM Cortex A9 MPcore，所以如果我们不使用可编程部分，我们完全可以只使用PS部分。也就是说，对于ZYNQ芯片，PS部分可以完全独立使用，不依赖PL部分。PL部分的实质是Xilinx FPGA。在ZYNQ中，我们可以把PL看成是PS的另一个具有可重配置特点的“外设”，它可以作为PS部分的一个从设备，受ARM处理器控制。比如ARM（PS）的串口数量不够时，以太网接口不够时，或者需要视频接口时都可以用PL部分扩展。当然我们也可以把PL部分看成一个不受ARM处理器控制，与ARM处理器对等的主设备，主动完成与外部芯片、接口的数据交互。更甚至PL部分也可以作为整个系统的主设备，主动从APU部分的存储器中获取、存储数据，并可控制ARM处理器的运算。所以，理论上PL部分也可以像PS部分那样独立运行。但限制是必须使用JTAG接口对PL部分进行配置。如果没有JTAG接口，就无法独立运行，因为ZYNQ的PS部分和PL部分都必须依靠PS来完成芯片的初始化配置。随着嵌入式系统越来越复杂，功能越来越强大，往往在设计中既需要非常灵活的FPGA，又需要处理器去做一些控制，以及配合操作系统使用。传统的方法是使用一个FPGA芯片和一个处理器芯片，比如FPGA+ARM这种模式。不过在这种模式中，FPGA和ARM之间的通信往往会成为系统的瓶颈。但在ZYNQ7000中，将FPGA和ARM集成在一个芯片内部，两者之间的通信使用AXI_HP、AXI_GP、AXI_ACP三种接口通信，带宽可达吉比特，基本上不会存在二者通信带宽不足的问题。当然，传统上也有在FPGA上实现一个软核（比如Altera 的 Nios II，Xilinx的Picoblaze 、Micoblaze等），这样对于一些对处理器要求不高的场合是可以胜任的，但如果对于处理器要求比较高的场景，这种软核的性能往往是捉襟见肘。而且软核会占用一部分PFGA的资源。所以ZYNQ系列实现FPGA和硬核的集成，对于嵌入式开发设计可以说是具有里程碑意义的一件事。Xilinx为ZYNQ的开发提供了三个主要软件：PlanAhead、Xilinx Platform Studio（XPS）、Xilinx Software Development Kit（SDK）。当然，关于这三个软件的定位以及作用，Xilinx以及网上都有很详细很官方的说明，我就不赘述了。我个人理解PlanAhead就是做整个硬件环境搭建，系统集成的。XPS可以从PlanAhead直接调用，主要用于处理器部分的开发设计。SDK是Xilinx对Eclipse的改装，主要用于软件部分的设计。当然，目前Xilinx已经推出了新一代的设计软件Vivado，详情可参加Xilinx官网。当然，ZYNQ系列的芯片本身的设计与结构就很复杂，其涉及到的技术更是非常之多，因为本系列文章的定位，不