基於ZYNQ的片上系統(Soc)簡介(一)

2021-09-27 12:16:06 字數 1712 閱讀 7073

學習zynq有一段時間了,從今天起,準備將學習期間的筆記、參考**、建立的工程等進行系統地整理。

zynq 是來自 xilinx 公司 zynq-7000 所有可程式設計片上系統的開發板,具有開發片上系統能力。

在 zynq 上,arm cortex-a9 是乙個應用級的處理器,能執行完整的像 linux 這樣的作業系統,而可程式設計邏輯是基於 xilinx 7 系列的 fpga ,兩部分之間採用標準 axi 介面實現了高頻寬、低延遲連線。

對於片上系統,我們比較熟悉的是:基於asic的片上系統,舉例來講pc、平板以及智慧型手機等都屬於此類片上系統,其缺點主要是缺乏靈活性,公升級能力差。因此,催生了一種可程式設計,硬體可重新配置的soc。而fpga恰好可以彌補這一缺點,可以被配置來實現任何晶元,甚至可以實現嵌入式處理器。

zynq就是這樣一種基於fpga的soc,主要包含兩部分:ps(

processing system

)部分是由雙核arm cortex-a9構成的處理系統,pl(programmable logic)部分等價於一片fpga可程式設計邏輯;另外整合了儲存器,一些外設和高速通訊介面。

pl部分主要用來實現高速邏輯、簡單算術和資料流處理,ps部分支援軟體設計或者作業系統。對於任意演算法都可以在pl和ps部分恰當劃分,通過軟硬體協同設計思想在zynq平台實現。pl和ps部分的連線是採用高階可擴充套件介面(

advanced extensible inte***ce,axi)。處理器即 arm cortex-a9 作為 zynq 的**單元,執行軟體系統,外設是除處理系統之外的部件,其功能為:1.協處理器---輔助主處理器,被優化用於特定任務或演算法加速;2.與外部接**互;3.儲存器資源。

在zynq上進行嵌入式系統開發除了具有靈活性高這一優勢外,還具有可設計重用優勢。ip(intellectual property)核,即智財權模組,就是屬於上面講的外設部分,可以從xilinx的設計工具中直接呼叫,也可以從其他專案中重用,或者從第三方開源庫獲得,然後將所有模組整合起來進行系統設計。zynq就具有大量標準ip,因此開發時,這些ip部件無需我們再次設計,而是直接引用,從而加速開發,降低成本。

如果zynq標準庫中沒有的ip,我們也可以自己封裝,介面採用axi協議。在這兒就不得不提到高層次綜合工具(high level synthesis),可以用比傳統的暫存器傳輸級 (register transfer level,rtl)方式 更少的細節來建立系統部件,進一步提高了我們對zynq的開發效率。不過,採用hls工具封裝的ip一般為axi介面,靈活性差是一大缺點,當然採用該開發工具的缺點還有很多,但我關注的是採用 hls 可以讓我們快速的將演算法布置在fpga端,尤其是針對一些複雜的演算法,如果採用rtl級邏輯**設計,難度較大,需要設計人員具備豐富的開發經驗。隨著演算法功能變得愈發複雜,開發周期也愈發漫長。設計人員現在往往需要在給定專案中實現數十萬行 hdl **,逐次綜合,**每個模組,以確保設計實現細節正確,把大部分時間花在細節的實現工作上,而不是設計更具價值的演算法。高層次綜合 hls 是一種全新的邏輯設計思想,可直接從演算法級對硬體電路進行描述,設計者可在更高層次上進行設計,**和驗證,不用過多關心具體的電路設計,因此可以將更多精力放在設計結構的優化上,將數字系統設計從繁瑣的底層硬體系統構建和設計中解放出來,把更多精力放在尋求最佳的設計方案上。

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