ZYNQ嵌入式处理器FPGA单芯片方案的特点及应用

尽管ARM9和ARM7是ARM全世界授权量最多的(图4) ，也是出货量最大的;但是Cortex-A系列是所有系列里面增长速度最快的，甚至超过M系列。

除了Xilinx的Zynq家族外，很多公司已经或正在做基于Cortex-A9的创新，智能手机、平板电脑、3D TV;网络SoC(系统芯片)、网络服务器、超级计算机……。

这些企业之所以选择A9，因为它是ARM处理器系列中较高性能的一款产品，采用了ARMv7架构。A9处理器的设计是基于先进的推测型八级流水线(speculating 8-stage pipeline)，该流水线具有高效、动态长度、多发射超标量及无序完成特征，因此这款处理器的性能、功效和功能均达到了高水平，能够满足消费、网络、企业和移动应用等领域尖端产品的要求。

处理器FPGA整合：11>2

市场调查表明，FPGA目前在全部嵌入式系统中的使用比例占50%~70%『4』。因此这个市场非常巨大，而通常的工程方案是“嵌入式处理器FPGA”。“但是我们的客户并不满足于此，或者说在客户的应用里目前的器件都不能满足他们的需求，无论是传统的单个处理器、单个FPGA、ASIC或者是ASSP，特别是对于软件开发公司来说，对FPGA编程相当困难。我们发现到2014年有约127亿美元的市场是传统FPGA没法服务的。”Xilinx全球市场营销高级副总裁Vin Ratford说道。

当前的四大挑战是：提高系统性能，降低系统功耗，减少电路板的面积，降低总体系统的成本。

而一块Zynq器件就可以实现“嵌入式处理器+FPGA”功能。尤其Zynq不是仅仅把 FPGA 跟处理器简单地集成在一起，更是两者的有机结合。如图5，传统的FPGA与处理器之间的互联是PCIe等，而Zynq采用了AXI4连接总线，这样的布局可以在FPGA 与处理器之间形成很宽的带宽。图5上方是双芯片方案。可以看到FPGA与处理器中间互联利用 PCIe的互联带宽较窄，而且PCIe通道也较少，这意味着有时超过一半的FPGA会用来支持带宽;并且两个器件分别接着外带的存储器。图5下方可以看到使用Zynq后，可以把中间的PCIe连接取走，再加上存储器可以和FPGA 分享，这样可以大大降低成本和功耗。　　

ARM中国总裁吴雄昂指出：“众所周知，新一代的系统处理，不只是CPU的功能，接口的处理能力在很大程度上决定了整个系统的应用能力。所以我们往往看到同样一个设计，因为良好的接口的融合，功能会相差50%。我们很高兴Xilinx的Zynq在新的AMBA AXI4 (Advanced eXtensible Interface 4) 接口上达到了很高的数据吞吐能力。”

Zynq以ARM为核心

Zynq尽管是由FPGA厂商—Xilinx主导的，但Xilinx称其是全新的EPP(可扩展处理平台)，应用时，Zynq上电后处理系统会自动启动，而不会是FPGA先启动。

实际上，Zynq-7000系列具有完整的ARM处理系统(图6)，是以ARM Cortex-A9 MPCore为中心，还集成了存储器控制器和外设;另外，紧密集成可编程逻辑方面，图6的黄色部分是FPGA，它们之间约有3000个内部互连，内部互连十倍于现有的双芯片方案;除此之外，有灵活的I/O阵列，包括处理器专用I/O，可以支持多重标准的I/O，还集成了高性能串行收发器，双12位的模数转换器的输入部分，输入可以直接接到器件混模的架构里。