FPGA学习笔记记录： FPGA学习笔记记录：初识

FPGA基础知识：

FPGA （Field Programmable Gate Array
PS: 处理系统 （Processing System) ：就是与FPGA无关的ARM的SOC的部分。
PL: 可编程逻辑 (Progarmmable Logic)： 就是FPGA部分，但是不叫FPGA。

ZYNQ基础知识：

传统的嵌入式 SoC 硬件系统架构：使用 ARM 作为主控，通过 ARM 的外设并行 RAM 类总线外挂 FPGA ，使用 FPGA 来做高速的数据采集或者运算的架构。

ZYNQ是Xilinx推出的全可编程片上系统（All Programmable SoC， APSoC），它将处理器的软件可编程性与FPGA的硬件可编程性进行完美整合，与传统SoC解决方案不同的是，高度灵活的可编程逻辑（FPGA）可以实现系统的优化和差异化，允许添加定制外设与加速器，从而适应各种广泛的应用。
Zynq架构包含PS和PL两部分以及之间的互连线。互联遵循高级可扩展接口AXI（Advanced eXtensible Interface）连接标准，AXI标准是Arm开发的片上通信技术标准（专为SoC应用优化的一个接口标准）。将PS和PL集成到一起一方面能够为运行嵌入式系统中的基于软件的部分提供专用的优化的资源，适合运行于处理器的部分，另一方面能够发挥FPGA的优势，尤其时其并行性和可配置能力。

1. Zynq PS

• 应用处理单元Application Processor Unit (APU)：一个双核
  ArmCortex-A9处理器，以及256KB的片上缓存
  ，双核使得设计人员可以在两个核上运行相同操作系统，或者每个核运行一个不同的操作系统。但是轻量级的Zynq版本,Zynq-7000S发布，该版本PS只包含一个Cortex-A9的处理器，Zynq
  MPSoC具有6个处理核；
• 互连线和存储接口：用来进行PL和PS通信以及与各自的片外存储单元通信 ；
• I/O外设：一系列集成的外设接口，包括一些常用的标准例如 USB，UART，SPI，I2C等。
  

2. Zynq PL

Zynq的PL部分是基于Xilinx的FPGA器件的，其PL部分所对应的器件性能决定PL性能，包括Xilinx的Artix-7，Kintex-7以及Virtex-7系列器件。像这些FPGA一样，其PL部分包含DSP48x slices（高速计算资源），Block RAMs，高速收发器件，以及集成的通信模块。以及通用逻辑。

3. Zynq PS与PL部分接口

Zynq的PL和PS部分有9个接口，包括4个“通用目的接口”，四个“高性能”接口，以及1个用来PS中APU和PL通信的“加速一致性”接口。

4. Zynq MPSoC

MPSoC，Multi-Processor System on Chip多处理器片上系统，与Zynq相比，Zynq MPSoC的主要区别在于更进一步的集成化，后者通过扩展处理系统中处理器的选择和数量，并扩展了FPGA的可编程逻辑部分的大小，以及增加了PS和PL之间AXI连接的数量和带宽。 在快速发展的应用领域，为了实现快速上市的目的驱使了对片上系统（SoC）的需求；另外，为了减少系统中集成组件开发所需要的工程量、最小化物理尺寸以及降低功耗，也驱使了对SoC的需求。由于软件设计工具和方法的发展，这些相对复杂的SoC器件必须易于进行系统设计，并且易于不断地升级。

5. UltraScale 架构的主要创新

• 面向 90% 利用率的新一代布线方法、类似 ASIC 时钟和逻辑基础设施的增强
• 高速存储器串联有助于消除 DSP 和包处理的瓶颈
• 增强型DSP Slice 整合 27 x 18 位乘法器和两个加法器，可显著提升定点及 IEEE Std 754 浮点运算性能与效率
• 3D IC 芯片间带宽的阶梯函数增长可实现虚拟单片设计
• 大量 I/O 带宽再加上通过多个集成型 ASIC 级模块实现的显著时延减少，可为100G 以太网提供 RS-FEC、150G Interlaken 以及 PCIe® Gen4
• 各种功能元件上的静/动态电源门控可显著节省电源
• 通过 AES 比特流解密认证、密钥模糊处理以及安全设备编程等高级方法实现新一代安全应用
• DDR4 支持高达 2,666 Mb/s 的大容量存储器接口带宽
• UltraRAM 提供大容量片上存储器，支持 SRAM 器件集成
• 创新性IP 互联优化技术可将性能功耗比优势进一步提高 20% 到 30%
• MPSoC技术将软硬引擎相结合，支持实时控制、图形与视频处理、波形与数据包处理以及多层面安防、安全与可靠性等

6. 其它：

Zynq不同系列包含的不同主要体现在两方面：

• 包含的 ARM 处理器核心不一样（CPU 核心数目以及 CPU 核心版本比如 Cortex-A9，Cortex-A53+Cortex-R）
• 包含的 FPGA 资源不一样（资源多少以及 XILINX 的 Artix 器件系列和 Kintex系列差别）
  
  参考文献：

ZYNQ 简介: https://blog.csdn.net/zhoutaopower/article/details/104400796
FPGA、Zynq 和 Zynq MPSoC简析及架构分析: https://aijishu.com/a/1060000000188011#item-1-4
赛灵思（Xilinx）的Zynq的多处理器片上系统（MPSoC）入门综：https://blog.csdn.net/weixin_37926734/article/details/122674404
UltraScale 架构：https://blog.csdn.net/superyan0/article/details/89087721