ZYNQ学习笔记：基本介绍

片上系统（SoC）和板级系统（SoB）

片上系统是所有存储器，处理器，接口，存储器，数模转换器等等都集成在一个芯片上，在单个硅芯片就可以实现整个系统的功能。

板级系统是CPU，接口，存储器，时钟等等都分布在电路板各个部分的电路系统设计，是需要印刷在PCB上进行走线的。

可编程的SoC叫做SoPC，FPGA就是这样的可编程配置的片上系统，ZYNQ则是在FPGA的基础上又加入了嵌入式系统部分。即ZYNQ=FPGA+ARM。

FPGA的优势

可编程逻辑器件 PLD 作为一种通用器件生产，但它的逻辑功能是由用户通过对器件进行编程来设 定的，PLD 的集成度很高，足以满足一般数字系统设计的需要。

这样就可以由设计人员自行编程 从而将一个数字系统“集成”在一片 PLD 上，做成“片上系统”（System on Chip，SoC），而不必去请芯片制造厂商设计和制作专用集成电路芯片了。

FPGA 打破了 CPU 顺序执行的思路，变为硬件并行处理，在每个时钟周期内可以完成更多的任务。FPGA 的行为是确定的，用作硬件加速器时没有 CPU 才有的时间片、线程或资源冲突的问题。它始终以完全相同 的速度执行一件事。因此 FPGA 具有高性能的特点。

应用领域

通信领域

在无线通信系统中，许多功能模块通常都需要大量的滤波运算，而这些滤波函数往往需要大 量的乘和累加操作。而通过 FPGA 来实现分布式的算术结构，就可以有效地实现这些乘和累加操作。

数字信号处理领域

数字信号处理方向：无线通信、软件无线电、高清影像编辑和处理等领域，对信号处理所需要的计算 量提出了极高的要求。FPGA 支持并行 计算，而且密度和性能都在不断提高，已经可以在很多领域替代传统的多 DSP 解决方案。例如，实现高清视频编码算法 H.264。

视频图像处理领域

FPGA 能进行实时流水线运算，能达到最高的实时性。因此在一些对实时性要求非常高的应用领域， 做图像处理基本只能用 FPGA。例如在一些分选设备中图像处理基本上用的都是 FPGA，因为在其中相机 从看到物料图像到给出执行指令之间的延时大概只有几毫秒，这就要求图像处理速度极快且延时固定，只 有 FPGA 进行的实时流水线运算才能满足这一要求。

高速接口设计领域

FPGA 可以用来做高速信号处理，一般如果 AD 采样率高，数据速率高，这时就需要 FPGA 对数据进行处理，比如对数据进行抽取滤波，降低数据速率，使信号容易处理、传输以及存储。

IC 验证领域

相比用仿真器，或者加速器等来跑仿 真，FPGA 的运行速度，更接近真实芯片，可以配合软件开发者来进行底层软件的开发。

人工智能领域

主要集中在前端和边缘侧

CPU DSP FPGA的区别

ZYNQ简介

PL

可编程输入/输出单元

即可编程IO单元，可以设置引脚特性。Zynq 上的通用输入/输出功能（IOB）合起来被称作 SelectIO 资源，它们一般被组织成 50 个 IOB 一 组。每个 IOB 有一个焊盘，是与外部世界连接来做单个信号的输入或输出的。每个 IOB 还包含一个 IOSERDES 和 IODELAY 资源，可以做并行和串行数据的可编程转换。

基本可编程逻辑单元

FPGA 一般是基于 SRAM 工艺的，其基本可编程逻辑单元几乎都是由查找表（LUT，Look Up Table）和寄存器（Register）组成。Xilinx 7 系列 FPGA 内部查找表为 4 输入，查找表一般完成纯组合逻辑 功能。FPGA 内部寄存器结构相当灵活，可以配置为带同步/异步复位或置位，时钟使能的触发器，也可以 配置成锁存器，FPGA 依赖寄存器完成同步时序逻辑设计。

嵌入式块 RAM

目前大多数 FPGA 都有内嵌的块 RAM（Block RAM），FPGA 内部嵌入可编程 RAM 模块，大大地拓 展了 FPGA 的应用范围和使用灵活性。需要补充的一点是，除了块 RAM，还可以灵活地将 LUT 配置成 RAM、ROM、FIFO 等存储结构，这 种技术被称为分布式 RAM。

布线资源

第一类是全局布线资源，用于芯片内部全局时钟和全局复位/置位的布线；

第二类是长线资源，用以完成芯片 Bank 间的高速信号和第二全局时钟信号的布线；

第三类是短线资源，用于完成基本逻辑单元之间的逻辑互连和布线；

第四类是分布式的布线资源，用于专有时钟、复位等控制信号线。

IP 硬核单元

IP 硬核一般指的是通用程度较高的嵌入式功能模块，比如 PLL（Phase Locked Loop）、DLL（Delay Locked Loop）、DSP、CPU 等。随着 FPGA 的发展，这些模块被越来越多地嵌入到 FPGA 的内部，以满足不同场 合的需求。

PS

PL 和 PS 两部分的供电电路是独立的，这样 PS 或 PL 部分不被使用的话就可以被断电

APU

APU 主要是由两个 ARM 处理器核组成的，每个都关联了一些可计 算的单元

外部接口

通信接口

Zynq 芯片里含有嵌入在逻辑部分里的 GTX 收发器和高速通信接口块。这些是专用的硅片块(“硬 IP” 块)，能支持一些标准接口，包括 PCI Express、串行 RapidIO、SCSI 和 SATA等。

存储器接口

包括一个动态存储器控制器和几个静态存储器接口模块。动态 存储器控制器可以用于 DDR3、DDR3L、DDR2 或 LPDDR2。静态存储器控制器支持一个 NAND 闪存接 口、一个 Quad-SPI 闪存接口、一个并行数据总线和并行 NOR 闪存接口。

片上存储器

片上存储器包括 256kB 的 RAM（OCM）和 128kB 的 ROM（BootROM），OCM 支持两个 64 位 AXI 从机接口端口，一个端口专用于通过 APU SCU 的 CPU/ACP 访问，而另一个是由 PS 和 PL 内其他所有的 总线主机所共享的。

AXI 接口

为设计带来了如减小 体积和功耗、降低设计风险、增加设计灵活性等诸多优点。在将不同工艺特征的处理器与 FPGA 融合在一 个芯片上之后，片内处理器与 FPGA 之间的互联通路就成了 Zynq 芯片设计的重中之重。这就要使用AXI协议进行通讯

开发板资源