مدونة الشركة حول توفير / إعادة تدوير Xilinx Zynq TM 7000 SoCs مع القدرة على برمجة الأجهزة والبرمجيات

توفير / إعادة تدوير Mingjiada Xilinx Zynq TM 7000 SoCs مع القدرة على برمجة الأجهزة والبرامج

I. الهندسة المعمارية الأساسية: الاندماج المثالي للبرمجيات وبرمجيات الأجهزة

تكمن الميزة الأساسية لسلسلة Zynq TM 7000 SoC في بنيتها المتكاملة الفريدة ‬نظام المعالجة (PS) + المنطق القابل للبرمجة (PL).يتم دمج هذين المكونين بشكل وثيق عبر حافلة ربط AMBA®-AXI ذات النطاق الترددي العالي، مما يتيح التعاون السلس وتخصيص مرن للموارد البرمجية والأجهزة.هذا النهج يحتفظ بسهولة البرمجيات مع توفير القدرات عالية الأداء وتخصيص الأجهزة.

1النواة القابلة للبرمجيات: نظام المعالجة (PS)

يعمل نظام المعالجة (PS) كـ "العقل" لـ ZynqTM 7000 SoC ، ويستخدم معالج ARM® Cortex®-A9 عالي الأداء.متوفرة في تشكيلات النواة الواحدة (سلسلة Zynq 7000S) والنواة المزدوجة (سلسلة Zynq 7000)، تعمل على ترددات تصل إلى 1 جيجا هرتز، وتوفر قدرات معالجة البرمجيات الاستثنائية والتوافق.يدمج PS بنية ذاكرة كاملة وواجهات محيطية واسعة النطاق داخلياً، تمكين وظائف التحكم الأساسية دون الحاجة إلى رقائق توسيع إضافية وتبسيط تصميم النظام بشكل كبير.

من أجل التخزين ، يحتوي PS على 32 كيلوبايت من تعليمات L1 المستقلة ومخازن البيانات لكل نواة وحدة المعالجة المركزية ، وخزانة L2 المشتركة 512 كيلوبايت ،و 256 كيلوبايت من ذاكرة الشريحة (OCM) قادرة على استضافة أنظمة تشغيل مباشرة في الوقت الحقيقييدعم العديد من أنواع الذاكرة الخارجية بما في ذلك DDR3 و DDR3L و DDR2 و LPDDR2 ، مع مساحة عنوان أقصاها 1GB لتلبية متطلبات تخزين التطبيقات المتنوعة.تتضمن الواجهات الطرفية إثنائية Gigabit Ethernet، USB 2.0 OTG ، SD / SDIO ، UART ، CAN 2.0B ، I2C ، SPI ، وجهاز تحكم DMA. وهذا يسهل نقل البيانات عالية السرعة بين الذاكرة والأجهزة الطرفية ،تغطي متطلبات الاتصال لمعظم التطبيقات المدمجة.

على مستوى البرمجيات ، يدعم PS أنظمة تشغيل متعددة بما في ذلك Linux و FreeRTOS و Android ، إلى جانب أوضاع التطوير المعدنية العارية.يمكن للمطورين استخدام لغات برمجة مألوفة مثل C / C ++ لتطوير التطبيقات دون الحاجة إلى خبرة في لغات وصف الأجهزة المعقدة، مما يقلل إلى حد كبير من عتبة تطوير البرمجيات. في الوقت نفسه ، الاستفادة من تكنولوجيا ARM TrustZone® وآليات التمهيد الآمنة (على أساس مصادقة RSA و AES-256 فك تشفير)يسمح بحماية أمن البرمجيات والأجهزة متعددة الطبقات، ضمان سلامة وموثوقية تشغيل النظام.

2الأجهزة القابلة للبرمجة: المنطق القابلة للبرمجة (PL)

المنطق القابل للبرمجة (PL) بمثابة محرك تخصيص ZynqTM 7000 SoC. استنادًا إلى بنية FPGA من سلسلة Xilinx 28nm 7 (ArtixTM 7 أو KintexTM 7) ،أنها توفر برمجية عالية للأجهزةيمكن تكوين وظائف المنطق بمرونة وفقًا لمتطلبات التطبيق لتلبية احتياجات التخصيص مثل تسريع الأجهزة والأجهزة الطرفية المخصصة.

يتضمن قسم PL موارد أجهزة واسعة النطاق ، بما في ذلك الخلايا المنطقية (حتى 444K) ، وبرنامج ذاكرة الوصول العشوائي (حتى 26.5Mb) ، وشرائح DSP (حتى 2020) ، ومستقبلات عالية السرعة (حتى 12.5Gb / s ،كحد أقصى 16)توفر DSP Slices أكثر من 2662 GMAC من أداء معالجة الإشارات المتوازية ، مما يجعلها مناسبة للغاية للمهام المكثفة الحسابية مثل معالجة الفيديو وتحليل الإشارات.الجهاز اللاسلكي عالي السرعة يدعم الاتصال السريع خارج الشريحة، تلبية متطلبات عرض النطاق الترددي للتطبيقات مثل الفيديو عالية الوضوح والاتصالات عالية السرعة.تمكين تعديل ديناميكي لوجيكات الأجهزة أثناء تشغيل النظام لتحديثات وظيفية مرنة وتبديل دون الحاجة إلى إعادة تشغيل النظام.

وبالنسبة لتطوير الأجهزة، يمكن للمهندسين استخدام أدوات Vivado® Design Suite و High-Level Synthesis (HLS) من Xilinx لتصميم منطق PL باستخدام RTL أو لغات عالية المستوى مثل C / C ++ و OpenCL.هذا النهج يضم خوارزميات معقدة ومهام حاسوبية مثل منطق الأجهزة، توفير سرعات معالجة تتجاوز البرمجيات بكثير مع تقليل استهلاك الطاقة في النظام.

3التآزر بين البرمجيات والأجهزة: التغلب على اختناقات الأداء

يتم تبادل البيانات بين PS و PL داخل Zynq TM 7000 SoC عبر حافلة اتصال AXI تقدم عرض النطاق الترددي يصل إلى 100Gb / s.هذا يحل اختناقات تأخير نقل البيانات العالي وسرعة النطاق الترددي المحدودة المتأصلة في الأنظمة المنفصلة التقليدية حيث تعمل المعالجات و FPGA بشكل منفصلتتيح هذه الهندسة المعمارية التعاونية تقسيم العمل حيث يتولى البرنامج التحكم والإدارة، بينما يدير الأجهزة الحسابات والتسارع:PS تشغل نظام التشغيل والتطبيقات، إدارة نظام جدولة، والتحكم الطرفي، وقرارات معالجة البيانات؛ يوفر PL تسريع الأجهزة للمهام الحاسوبية المكثفة، في الوقت الحقيقي مثل تشفير الفيديو / فك تشفير،معالجة الصور، وتصفية الإشارات. العمل جنبا إلى جنب، أنها تضمن مرونة النظام مع زيادة أداء المعالجة.

وعلاوة على ذلك، يمكن لـ PS تكوين وظائف منطقية PL مباشرة، مما يتيح تكييف النظام الديناميكي.يمكن للمطورين تعديل منطق الأجهزة في PL من خلال تحديثات البرمجيات استجابة لتغير سيناريوهات التطبيقات دون تعديل الدوائر الماديةهذا يعزز بشكل كبير قابلية النظام للتوسع وإعادة الاستخدام مع تمديد دورات حياة المنتج.

تصنيف المنتج: سلسلة قابلة للتوسع بالكامل تغطي جميع السيناريوهات

تتألف سلسلة ZynqTM 7000 SoC من سلسلتين فرعية: Zynq 7000S و Zynq 7000. تقدم عدة نماذج ، مما يتيح اختيار مرن بناءً على متطلبات أداء التطبيقات وتكاليفها ،تحقيق تغطية شاملة من مستوى الدخول منخفض التكلفة إلى التطبيقات الممتازة عالية الأداءتوفر منصة SoC قابلة للتوسع بالكامل أداءً ممتازًا لكل واط وكفاءة استثنائية من حيث التكلفة.

1سلسلة زينك 7000S: حلول منخفضة التكلفة

كمجموعة منخفضة التكلفة، تتضمن سلسلة Zynq 7000S معالج Arm® Cortex®-A9 ذي النواة الواحدة مقترنًا بالمنطق القابل للبرمجة 28nm ArtixTM 7، والذي يعمل على ترددات تصل إلى 766MHz.تتكون السلسلة من ثلاثة نماذج: Z-7007S ، Z-7012S ، و Z-7014S. تتراوح خلايا المنطق من 23K إلى 65K ، وتحتوي على ذاكرة الوصول العشوائي من 1.8Mb إلى 3.8Mb ، وتقطيعات DSP من 60 إلى 170 ، مع الحد الأقصى لعدد دبوسات الإدخال / الإخراج من 200. تضم نماذج مختارة أربعة 6.أجهزة الاستقبال 25 جيجابايت/ثانية.

تركز هذه السلسلة على كفاءة عالية من حيث التكلفة ، وتدمج أجهزة الطرفية الصلبة ذات الأغراض العامة لتحقيق تكامل النظام بتكلفة مثالية.وهو مناسب بشكل مثالي لتطبيقات إنترنت الأشياء الصناعية مثل التحكم في المحرك، وحدات الإدخال والإخراج، وأجهزة الاستشعار الذكية، والشبكات الذكية، وتلبية متطلبات مستوى الدخول المدمجة منخفضة التكلفة وانخفاض استهلاك الطاقة.

2سلسلة زينك 7000: حل عالي الأداء متعدد الوظائف

كمجموعة منتجات عالية الأداء الرائدة ، تتضمن سلسلة Zynq 7000 معالج Arm Cortex-A9 مزدوج النواة جنبا إلى جنب مع المنطق القابل للبرمجة على أساس 28nm Artix 7 أو Kintex 7 ،تعمل على ترددات تصل إلى 1GHzوتتألف السلسلة من سبعة طرازات: Z-7010، Z-7015، Z-7020، Z-7030، Z-7035، Z-7045، Z-7100، تقدم مجموعة من الخلايا المنطقية من 28K إلى 444K، سعة ذاكرة الوصول العشوائي من 2.1Mb إلى 26.5Mb،شرائح DSP من 80 إلى 2020، وعدد أقصى من دبوس الإدخال / الإخراج هو 400. تتضمن المتغيرات الراقية 16 جهاز استقبال يعمل بسرعة 12.5Gb / s.

هذه السلسلة توفر كفاءة ممتازة من حيث الأداء إلى الطاقة ومرونة تصميم استثنائية ، مما يتيح تصاميم متميزة للغاية.وهو مناسب للتطبيقات المدمجة المتوسطة إلى الراقية مثل أنظمة مساعدة السائق متعددة الكاميرات، أجهزة التلفزيون عالية الوضوح 4K2K، محطات قاعدة الخلايا الصغيرة، الرؤية الآلية للأتمتة الصناعية، والمناظير الطبية، تلبية متطلبات الأداء العالي، عرض النطاق الترددي العالي،وقدرات متعددة المهام.

المزايا الرئيسية: القيمة المتعددة الأوجه من البرمجيات والبرمجيات

1التكامل العالي يقلل من تعقيد التصميم والتكلفة

تتكامل ZynqTM 7000 SoC مع وحدة المعالجة المركزية و FPGA و DSP و ASSP و قدرات الإشارة المختلطة والأجهزة الطرفية الواسعة على عبارة واحدة.هذا يحل محل الهندسة المعمارية التقليدية المتفردة من المعالج + FPGA + رقائق الطرفية، يقلل بشكل ملحوظ من بصمة PCB ، ويقلل من تكاليف فاتورة المواد (BOM) وتعقيد التصميم ، مع تعزيز موثوقية النظام واستقراره.أجهزة AMD عادة ما تتمتع بعمر الخدمة يتجاوز 15 عاما، مع سلسلة Zynq 7000 تدعم التشغيل المستمر حتى عام 2040 ، مما يضمن أداءً موثوقًا طوال دورة حياة التصميم بأكملها.

2قابلية البرمجة المرنة للتكيف مع سيناريوهات متعددة

على مستوى البرمجيات، فإنه يدعم العديد من أنظمة التشغيل ولغات التطوير، مما يتيح دورات التطوير القصيرة والمرونة العالية. على مستوى الأجهزة،يمكن تخصيص المنطق القابل للبرمجة (PL) لتنفيذ وظائف المنطق الخاصة بالتطبيق، تحقيق تسريع الأجهزة والأجهزة الطرفية المخصصة دون الحاجة إلى إعادة تصميم الدوائر الأجهزة.هذه القدرة على البرمجة المزدوجة تسمح لـ ZynqTM 7000 SoC بالتكيف مع متطلبات الصناعة والتطبيقات المتنوعة، وتقدم حلول مخصصة تتراوح من التحكم الصناعي منخفض التكلفة إلى الأجهزة الذكية الراقية.

3نسبة عالية من الأداء إلى الطاقة: التوازن بين الأداء وكفاءة الطاقة

من خلال تصميم بنية محسنة بدقة ، يحقق Zynq TM 7000 SoC نسبة ممتازة من الأداء إلى الطاقة:معالج ARM Cortex-A9 يعمل بسرعة 25% عن أجهزة SoC المتنافسة المماثلةفي حين أن منطق FPGA يعمل بسرعة 66٪ أسرع من المعمارات المماثلة. مقارنة مع الحلول المتنافسة ، فإنه يوفر ميزة 55٪ في استهلاك الطاقة. بالإضافة إلى ذلك ،كل من PS و PL يدعمان أوضاع طاقة منخفضة متعددة، تعديل استهلاك الطاقة بشكل ديناميكي بناءً على حمولة العمل لتلبية متطلبات الطاقة المنخفضة للأجهزة المدمجة.

4النظام الإيكولوجي للتنمية الشاملة يسرع من وقت التسويق

توفر Xilinx سلسلة أدوات تطوير كاملة من النهاية إلى النهاية ودعم النظام البيئي لسلسلة ZynqTM 7000 SoC ، بما في ذلك Vivado Design Suite (تصميم الأجهزة) ،بيئة تطوير SDSoC (C / C ++ تحسين النظام على نطاق واسع) ، Xilinx SDK (تطوير البرمجيات) ، جنبا إلى جنب مع مكتبات IP واسعة النطاق ، والتصاميم المرجعية ، ومجموعات التطوير (مثل ZedBoard ومجموعات التقييم ZC702) ،ومنصات تطوير افتراضية تمكن من صنع نماذج أولية خالية من الأجهزةوبالإضافة إلى ذلك، من خلال مجتمع شركاء ARM وبرنامج تحالف Xilinx، يحصل المطورون على أدوات ومصادر أخرى من طرف ثالث.تقليص دورات التطوير بشكل كبير وتسريع وقت السوق.

IV - سيناريوهات تطبيق نموذجية: تمكين الابتكار عبر صناعات متعددة

استفادة من قدراتها الفريدة من الأجهزة والبرمجيات قابلة للبرمجة، Zynq TM 7000 سلسلة SoC تجد تطبيقات واسعة النطاق عبر الصناعية والسيارات والاتصالات والطبية،وقطاعات الإلكترونيات الاستهلاكية، بمثابة مكون أساسي لدفع الابتكار في الأنظمة المدمجة.

1الأتمتة الصناعية

في الإعدادات الصناعية ، تمكن Zynq TM 7000 SoC من وظائف مثل التحكم في المحركات ، والرؤية الآلية ، والاتصالات الصناعية.تتولى PS تخطيط النظام ومعالجة بروتوكولات الاتصال، في حين أن PL تنفذ خوارزميات التحكم في المحركات عالية الدقة وتسرع اكتساب الصور ومعالجتها. وهذا يجعلها مناسبة للتطبيقات بما في ذلك التحكم في المحركات متعددة المحاور ،معالجة بيانات أجهزة الاستشعار الذكية، والروبوتات الصناعية، وتعزيز الذكاء وقدرات الوقت الحقيقي للمعدات الصناعية.

2إلكترونيات السيارات

في قطاع السيارات ، يخدم ZynqTM 7000 SoC بشكل أساسي أنظمة مساعدة السائق (ADAS). يوفر PL تسريع الأجهزة لالتقاط الفيديو متعدد الكاميرات ، التعرف على الصور ،والمعالجة، في حين أن PS تتعامل مع اندماج البيانات، واتخاذ القرارات، والاتصالات. وهذا يدعم ميزات مثل تحذير مغادرة المضمار وفرامل الطوارئ التلقائية،تلبية متطلبات الكترونيات السيارات الصارمة للموثوقية العالية، انخفاض استهلاك الطاقة، والسلامة.

3الاتصالات والشبكات

في مجال الاتصالات ، يتم نشر ZynqTM 7000 SoC في محطات قاعدة الخلايا الصغيرة ومفاتيح الشبكة والموجات والمعدات المماثلة. يتعامل PL مع معالجة الإشارات عالية السرعة ،تحليل البروتوكول وتسريع إرسال البيانات، في حين أن PS يدير إدارة النظام ومراقبة الشبكة. الاستفادة من أجهزة الاستقبال عالية السرعة وقدرات الربط بينها واسعة النطاق الترددي، فإنه يفي بـمتطلبات انخفاض فترات تأخير أنظمة الاتصالات.

4الإلكترونيات الطبية والمستهلكة

ضمن التطبيقات الطبية، فإنه يخدم الأجهزة الطبية للمنظرات الداخلية ومعدات الموجات فوق الصوتية. يقوم PL بمعالجة الصور الطبية في الوقت الحقيقي وتحسينها،بينما يقوم PS بإدارة التحكم في الجهاز وتخزين البياناتفي الإلكترونيات الاستهلاكية، تعمل على أجهزة التلفزيون 4K Ultra HD وصناديق الأجهزة الذكية،توفير تسريع الأجهزة لتشفير الفيديو وتفكيكه ومعالجة الصور لتوفير تجربة صوتية بصرية سلسة.

المنتجات ذات الصلة

XC7Z020-L1CLG484I

XC7Z020-2CLG400E

XC7Z020-3CLG400E

XC7Z020-1CLG400C

XC7Z020-1CLG484I

XC7Z020-L1CLG400I

XC7Z020-2CLG484I

XC7Z020-1CLG400I

XC7Z020-2CLG400I

XC7Z020-1CLG484C

XC7Z020-2CLG484E

XC7Z020-3CLG484E