引言:本文介紹下Xilinx ZYNQ 7000系列SoC功功能特性、資源特性、封裝兼容性以及如何訂購器件。
1. 概述
Zynq?-7000系列基于Xilinx全可編程(AP)SoC架構。這些產(chǎn)品在單個設備中集成了功能豐富的雙核或單核ARM?Cortex?-A9處理系統(tǒng)(PS)和28nm Xilinx可編程邏輯(PL)。ARM Cortex-A9 CPU是PS的核心,還包括片上存儲器、外部存儲器接口和一組豐富的外圍連接接口。典型的Zynq-7000 AP SoC 芯片上用戶可見的接口和信號如圖1所示。
圖 1: Zynq-7000 AP SoC 的接口、信號和引腳
2. 資源概述
表1顯示了Zynq-7000系列SoC主要資源特性。
表1:Zynq-7000系列SoC主要資源特性
表2:器件組合封裝:最大I/O、GTP和GTX收發(fā)器
注意:
1.列出的所有封裝均為無鉛包裝(SBG485,豁免15)。有些封裝提供Pb選項。
2.CLG485封裝中的Z-7012S和Z-7015器件以及SBG485封裝的Z-7030器件是引腳對引腳兼容的。
3.PS I/O計數(shù)不包括專用DDR校準引腳。
4.HR=高范圍I/O,支持1.2V到3.3V的I/O電壓。
5.HP=高性能I/O,支持1.2V到1.8V的I/O電壓。
表3:器件組合封裝:最大I/O、GTP和GTX收發(fā)器(續(xù))
表2中綠色虛線表明同一邏輯資源的器件,可以具有不同IO數(shù)量,紅色虛線表明同一封裝可以選擇不同的邏輯資源,這樣極大的增強了器件選擇的靈活性。
通常滿足初始設計要求的情況下,器件選型盡量選擇封裝兼容多的器件,硬件設計盡量兼容不同資源,可使后續(xù)產(chǎn)品增加功能可以直接原位替代資源少的器件即可。
3. Zynq-7000系列器件家族描述
Zynq-7000系列提供了FPGA的靈活性和可擴展性,同時提供了通常與ASIC和ASSP相關的性能、功耗和易用性。Zynq-7000系列中的一系列器件使設計師能夠使用行業(yè)標準工具從單個平臺瞄準成本敏感和高性能的應用程序。
雖然Zynq-7000系列中的每個設備都包含相同的PS,但設備之間的PL和I/O資源各不相同。因此,Zynq-7000和Zynq-7000SOC能夠服務于廣泛的應用如圖2所示,如汽車駕駛員輔助、駕駛員信息、工業(yè)電機控制、工業(yè)網(wǎng)絡和機器視覺、IP和智能攝像頭、LTE無線電和基帶、醫(yī)學診斷和成像等。
Zynq-7000體系結構允許在PL中實現(xiàn)自定義邏輯,在PS中實現(xiàn)自定義軟件。它允許實現(xiàn)獨特和差異化的系統(tǒng)功能。PS與PL的集成允許兩個芯片解決方案(例如,帶FPGA的ASSP)由于其有限的I/O帶寬、延遲和功率預算而無法匹配的性能水平。圖3展示了Zynq-7000 SoC總架構。
圖4展示了Zynq-7000 SoC內部詳細體系結構。
圖4:Zynq-7000 SoC內部詳細體系結構
賽靈思為Zynq-7000家族提供了大量的軟IP。獨立和Linux設備驅動程序可用于PS和PL中的外圍設備。Vivado?Design
Suite開發(fā)環(huán)境使軟件、硬件和系統(tǒng)工程師能夠快速開發(fā)產(chǎn)品。采用基于ARM的PS還帶來了廣泛的第三方工具和IP提供商,并與Xilinx現(xiàn)有的PL生態(tài)系統(tǒng)相結合,如圖5所示。
應用程序處理器的包含實現(xiàn)了對高級操作系統(tǒng)的支持,例如Linux。與Cortex-A9處理器一起使用的其他標準操作系統(tǒng)也可用于Zynq-7000系列。
PS和PL位于獨立的電源域上,使這些設備的用戶能夠在需要時關閉PL進行電源管理。PS中的處理器總是首先啟動,從而允許PL配置采用以軟件為中心的方法。PL配置由CPU上運行的軟件管理,因此它的引導類似于ASSP。
3.1 處理系統(tǒng)(PS)
如圖4所示,PS包括四個主要塊:
(1)應用處理器單元(APU)
圖 6: 應用處理器單元的框圖 (簡化版)
(2)存儲器接口
圖3:PL接口到PS內存子系統(tǒng)框圖
(3)互連
圖 8:連接 PS 和 PL 的 AXI 互聯(lián)和接口的構架
(4)I/O外圍設備(IOP)
:9:MIO模塊框圖
圖9中,EMIO與PL邏輯資源直接互聯(lián),并不直接連接外部IO管腳,通過EMIO可實現(xiàn)PS到PL IO擴展功能,EMIO接口擴展的IO需要進行物理管腳約束,而MIO不需要用戶約束。
3.2 邏輯資源(PL)
PL的主要功能包括:CLB邏輯塊、36Kb塊RAM、DSP切片、可編程I/O塊、低功率串行收發(fā)器(某些器件不包含)、PCI Express硬核、12位模數(shù)轉換器(XADC)和PL配置模塊,如圖10所示。
圖10:PL內部邏輯架構
3.3 系統(tǒng)級功能
系統(tǒng)級功能能橫跨PS和PL,包括:重置管理、時鐘管理、設備配置、硬件和軟件調試支持、電源管理、重置管理。
3.4 內存映射
Zynq-7000系列中的設備支持4GB地址空間,如表4所示。
表4:內存映射
4. 訂購信息
表5顯示了不同設備中可用的速度和溫度等級。某些設備可能不適用于所有速度和溫度等級。表5:速度等級和溫度范圍
如圖11所示,訂購信息適用于包括無鉛在內的所有封裝。
圖11:訂購信息示例
1) 僅Z-7007S、Z-7012S和Z-7014S器件包含S;
2) -L1是低功率、-1L速度等級的訂購代碼;
3) -L2是低功率、-2L速度等級的訂購代碼;
4) CL為封裝類型;
5) G:是否含鉛選擇;
6)484:封裝管腳數(shù);
7) C:溫度等級:C:商業(yè)級,0~+85℃,I:工業(yè)級,-40℃~+85℃,
E:擴展等級,0℃~100℃。??????????????????????????????????
連續(xù)閱讀:7系列FPGA器件手冊:概述
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