Xilinx Zynq器件要点（1）

转自：https://blog.csdn.net/haoxingheng/article/details/41920707

目前Xilinx zynq器件刮起了一阵SoC风，正在全国如火如荼的推行。Zynq-7000 系列处理基于 Xilinx 的可扩展处理平台 Extensible ProcessingPlatform，EPP）结构，该结构在单芯片内集成了基于具有丰富特点的双核 ARMCortex-A9 MPCore 多核处理器的处理系统（Processing System，PS）和 Xilinx可编程逻辑（Programmable Logic，PL）。其中，Cortex-A9 双核处理器是整个架构的核心，外部存储器接口、及丰富的外设资源（PL可看做完全可编程的外设）都挂载在 ARM上。

 

1  ZYNQ 处理器概述

        从Zynq 处理器的结构框图（图 1-1）可以看到 PS位于整个架构的核心，PL 通过各数据互联接口与 PS进行交互。

 

 

1.1 处理器系统（PS） 

处理器系统主要由应用处理单元（APU）、通用外设、时钟复位系统及互联接口构成。 

 

1.1.1 应用处理单元（APU） 

应用处理单元（APU）包括： 

      （1） 两个独立的 ARM Cortex-A9（ARMv7）处理器内核与两个Neon 协处理器，他们共享512KB 的L2 缓存。各处理的L1 级缓存是独立的，因此两个处理器可以单独运行各自的任务。Neon技术主要用于加速多媒体和信号处理算法（如视频编解码、3D图形、图像处理技术、游戏加速等），Neon可认为是128bit矢量DSP，可执行打包的SIMD 指令，最高支持64bit单精度浮点运算。 
     （2）8 通道 DMA 控制器。64bit位宽，支持 M-toM，其中四个通道支持 PL请求。 
     （3） L1 和L2 级Cache。512KB L2 级Cache为两个处理器共有，32KB D-Cache 和 I-Cache 为每个处理器私有。 
     （4）GIC（Generic Interrupt Controller）。管理95 中断信号，需要注意的是，PL-PS 的中断有对应各自处理器的快速中断和普通的F2P IRQ。
     （5）侦听控制单元（SCU）。智能管理两个出来器与 L2 共享高速缓存之间的数据一致性。 
     （6）OCM（On Chip Memory）。256KB SRAM，PL可以通过 AXI_HP 接口直接访问。 

 

 

 

 

1.1.2 通用外设 

      通用外设包括由挂载在中央互联单元（Central Interconnet）上的低速设备及DDR。 
       （1）通用外设。通用外设（SPI、I2C、UART、USB 等）通过 MIO 引出，由于 PS 的 MIO 较少，因此可通过 EMIO 连接到PL后通过管脚输出。图1-2 通用外设管脚分配图。从图1-2 可以看出，MIO 分成两个BANK，BANK0 对应MIO[15:0],BANK[1]对应 MIO[53:16]。两个 BANK 的电压互相独立，可以是 1.8V、2.5V 或 3.3V，上电时通过采样 MIO[7]和 MIO[8]的值确定 BANK0 和 BANK1 的电压。因此，为了保证它们的电压值不被其他逻辑改变，这两个引脚只能作为输出，最好是不和任何其他设备相连，在硬件设计时要特别注意。 另外由于MIO数目有限，引脚一般可多设备复用，设计原理图时需特别注意合理分配这些引脚。 

 

 

       

       （2）DDR控制器。DDR 控制器支持1.2V LPDDR、1.8V DDR2、1.5VDDR3和1.35V DDR3L。可支持16bit或32bit的数据位宽，突发长度最大支持16beats，容量最大为1GB，在32bit位宽时可支持ECC 较验。

         

 

         图1-3 是DDR控制器的访问端口图，从图可以看出，DDR控制器共有S0~S3 四个端口可被访问。其中 S0、S1 由 PS 访问，S0 为 L2 Cache 专享，S1由连接在中央互联设备上的外设使用；S2、S3 由PL访问，直接连接在 AXI_HP to DDR Interconnect 上。每个端口访问 DDR 物理层都需经过三级仲裁来保证。 
        Z7020 支持 DDR 的 Fmax 为 533MHz（Z7045/Z7030 可达 667MHz），若DDR 的位宽为 32bit，可提供的理论带宽为 4264MB/s。，实际使用经验说明按照75%降额完全没有问题。

 

1.2 时钟和复位 

       ZYNQ-7000 在 PS 内有三个模拟锁相环，分别提供给 ARM 内核、I/O 外设和DDR。时钟系统的结构如图1-4 所示。 

 

        PS 共提供四个时钟源给 PL，这四个时钟可从三个锁相环的任意一个得到，PL 时钟之间没有相对的相位关系。 ZYNQ 的复位系统由硬件、看门狗定时器、JTAG 和软件复位构成，系统的框图如图1-5 所示。电源复位信号（PS_POR_B）和系统复位信号（PS_SRST_B）复位所有硬件。PS的三个看门狗产生复位信号，JTAG控制器可产生只复位 PS调试端口的复位信号或系统级复位信号，软件可产生只复位独立子模块的或系统级的复位信号。图1-5 是复位系统的结构图。 对PL而言，PL的复位信号源来自和每个PL时钟同步的对应时钟复位信号。在设计中，一般采用低频时钟产生全局复位信号。