嵌入式开发平台Zynq芯片介绍

Zynq发展历史

Zynq是由全球最大的可编程逻辑平台供应商，Xilinx，在2011年末发布的具有崭新架构的芯片。熟悉FPGA技术领域的朋友应该了解Xilinx在可编程逻辑界的地位。但是，从Zynq架构的角度来看，它不能被称之为传统的FPGA芯片。Zynq的架构可以通过以下公式来表示：

Zynq = ARM + FPGA

Zynq是世界上首款将高性能ARM Cortex A9核和可编程逻辑FPGA集成到一起的器件。之所以说Zynq不能被称为FPGA，是因为在Zynq中起到核心控制和管理地位的，其实是ARM核芯片，而FPGA可以看作是ARM芯片的外围器件。

迄今为止，Xilinx公司已经发布了两种不同类型的Zynq芯片，分别是Zynq-7000 AP SoC和Zynq UltraScale+ MPSoC。后者是前者的进化版，Zynq-7000 AP SoC的处理器内核是双核ARM Cortex A9,，而Zynq UltraScale+ MPSoC的内核变成了四核的ARM Cortex A53，而且额外增加了GPU，视频编解码器等，外设资源也更丰富了。简单来说，Xilinx用了三年时间把Zynq 7000性能在抬高了一个档次，于是就有了Zynq UltraScale+。博主本人手中目前只有比较低端的Zynq 7000系列开发板，所以后续的博文都将围绕着Zynq 7000系列芯片的研究进行更新。以后文章中提及的Zynq，都指代Zynq 7000 AP SoC芯片。

Zynq架构

上面这张图是我从Xilinx官网找到的关于Zynq的架构图，仔细观察，我们可以看到，Zynq整体被分为两大部分，分别用绿色调和黄色调背景表示。上半部绿底表示的是ARM Cortex A9双核，下半部黄底表示的是可编程逻辑，也就是FPGA。在Zynq开发中，习惯性将处理器内核部分称为PS(Processing System)，FPGA部分成为PL(Programmable Logic)。

PS部分，从图中可以看出，除了双核ARM外，还包括SPI、I2C、CAN、UART、USB等常用总线接口，千兆以太网接口，NOR Flash、NAND Flash、QSPI Flash等存储介质，以及DDR2、DDR3等内存芯片。而PL部分，由可编程逻辑，XADC，PCIE等构成。PS与PL之间由ARM提出的ABMA Interconnect互连模块进行来连接，也就是常用的AXI总线，后续会对其进行详细介绍。

在学习Zynq之前，从架构上对Zynq进行具体地了解有很大帮助。博主是由纯FPGA设计转向Zynq的，在一开始接触的过程中，由于早期的思维，总认为与FPGA开发一样，可编程逻辑是最主要的设计部分，所以忽略了Zynq中ARM双核的控制和管理地位，走了不少弯路。希望朋友们不要和我一样犯这种错误，我也会在后续的文章中具体阐述Zynq的工作方式，让大家认识到ARM核在Zynq开发中起到的配置，主控等作用。

对Zynq开发的个人理解

其实我认为，PL从一定程度上可以被看作是PS中ARM内核的外设，和SPI，I2C总线一样。区别就在于，PL这个外设，我们认为是可以自己定制的，非常灵活，可以满足各种不同场景下的应用需求。从这个角度思考之后，就不难理解，其实传统的FPGA开发，就是Zynq开发过程中对ARM外设进行设计的过程。而在外设设计完成后，我们最终还是要转向ARM内核，再实现对外设的配置和调用。所以，ARM核在Zynq架构中，占据着核心的地位。
当然，这不代表着PL就不重要，如果PS的ARM内核是Zynq的核心，那么PL可编程逻辑就是Zynq开发最有力的武器。之所以Xilinx为ARM核配备了PL的外围可编程逻辑电路，就是因为FPGA设计架构的灵活性，可以完成ARM核不能进行的并行计算加速等高难度任务。因此，Zynq是PS和PL的完美结合，二者的协同工作具有更大的应用潜力和价值。

Zynq的应用

Zynq是面向高端的嵌入式应用场合进行设计和研发的，它天然的异构设计框架使得其较ARM处理器和FPGA的单独使用都有巨大的优势，所以在汽车电子，视频监控以及自动化控制等领域得到了广泛的应用。

博主是信息与通信工程专业的在读研究生，所以格外关注Zynq在通信产业的应用市场。基于Zynq的软件无线电开发平台在近几年逐渐成为了热门的研究方向，ADI和Xilinx公司合作开发了多套Zynq + AD射频芯片的软件无线电系统，并逐渐普及，所以Zynq即使在通信行业，也有着不错的发展前景。

总结

本文主要对嵌入式开发平台Zynq芯片的发展历史、基础架构和应用等方面的知识进行了一定的介绍，后续博主将会针对Zynq的具体开发流程等技术问题进行博文的更新。

感谢大家支持！