Zynq這個詞很容易讓人聯(lián)想到zinc，也就是電池,、日光屏,、合金制品和藥品中最常見的化學(xué)元素鋅。鋅與其他金屬的合金可實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型功能,，根據(jù)合金的不同對象表現(xiàn)為不同的色彩,。鋅最常見的用途就是電鍍。那么這個名稱與電鍍之間有什么聯(lián)系,？
在2010年4月硅谷舉行的嵌入式系統(tǒng)大會上,，賽靈思發(fā)布了可擴(kuò)展處理平臺的架構(gòu)詳情，這款基于無處不在的ARM處理器的SoC可滿足復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)的高性能,、低功耗和多核處理能力要求。賽靈思可擴(kuò)展處理平臺芯片硬件的核心本質(zhì)就是將通用基礎(chǔ)雙ARM Cortex-A9 MPCore處理器系統(tǒng)作為“主系統(tǒng)”,，結(jié)合低功耗28nm工藝技術(shù),，以實(shí)現(xiàn)高度的靈活性、強(qiáng)大的配置功能和高性能,。由于該新型器件的可編程邏輯部分基于賽靈思 28nm 7系列FPGA,，因此該系列產(chǎn)品的名稱中添加了“7000”，以保持與7系列FPGA的一致性,，同時也方便日后本系列新產(chǎn)品的命名,。
除了芯片外，賽靈思 Zynq-7000 系列還構(gòu)成了最終平臺產(chǎn)品的基礎(chǔ),。賽靈思聯(lián)盟計劃生態(tài)系統(tǒng)和 ARM互聯(lián)社區(qū)的成員提供的軟件開發(fā)與硬件設(shè)計實(shí)現(xiàn)工具,、廣泛采用的操作系統(tǒng)、調(diào)試器,、IP及其他元素的工具就好像“電鍍”在一起一樣,，從而使可擴(kuò)展處理平臺成為了可能。
通信市場萎縮,，F(xiàn)PGA柳暗花明又一村
曾經(jīng)FPGA在通信市場紅極一時,，一些網(wǎng)絡(luò)包轉(zhuǎn)發(fā),，分發(fā)，地址替換,，無線協(xié)議的算法,，全部是由FPGA實(shí)現(xiàn)的；但是隨著ASIC的發(fā)展,，網(wǎng)絡(luò)處理器性能越來越強(qiáng)大,，并且內(nèi)部集成大量網(wǎng)絡(luò)硬件資源。一些通信廠家,，如華為,，在芯片領(lǐng)域發(fā)力，F(xiàn)PGA在通信市場往往只淪為第一代產(chǎn)品的驗(yàn)證,。
現(xiàn)在,，隨著工業(yè)自動化走向智能工業(yè)，以及一些深度學(xué)習(xí)算法需求發(fā)展,，大數(shù)據(jù)加速,，F(xiàn)PGA又找到一個用武之地。
隨著賽靈思公司推出28nm Zynq-7000 All Programmable SoC以后,，F(xiàn)PGA在工業(yè)應(yīng)用大有加速之勢,，賽靈思工業(yè)級客戶增長非常迅猛，其數(shù)量遠(yuǎn)超通信客戶,。賽靈思Zynq器件在智能化工業(yè)自動化領(lǐng)域大顯身手,，它將給工業(yè)應(yīng)用帶來哪些深刻變革？
工業(yè)自動化是機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過程在不需要人工直接干預(yù)的情況下,按預(yù)期的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)測量,、操縱等信息處理和過程控制的統(tǒng)稱,。工業(yè)自動化涉及機(jī)械、微電子,、計算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域,，工業(yè)自動化需要完成信息的采集、處理,、分析,、傳輸和控制等，傳統(tǒng)上,，工業(yè)自動化不需要非常領(lǐng)先的半導(dǎo)體技術(shù)產(chǎn)品,，但是，隨著智能工廠,、智能工業(yè)自動化的興起,，工業(yè)自動化也開始采用最新的技術(shù)了。
馬達(dá)控制為例說明在采用FPGA以后,，控制環(huán)路的速度可以提升15倍以上,！這意味著可以實(shí)現(xiàn)高效精準(zhǔn)的控制,，而這樣也是符合節(jié)能減排的趨勢。
FPGA在工業(yè)應(yīng)用關(guān)注四大領(lǐng)域：馬達(dá)控制,、工業(yè)網(wǎng)絡(luò),、機(jī)器視覺和工業(yè)安全。在馬達(dá)控制方面,，設(shè)計師關(guān)注的要點(diǎn)是降低噪音,、減少震動 、降低EMI,、更高精度,、減少能源消耗和安全性，他們面臨的挑戰(zhàn)是如何實(shí)現(xiàn)差異化,、如何降低系統(tǒng)總成本,、如何應(yīng)對系統(tǒng)復(fù)雜功能以及如何提升系統(tǒng)的安全性。 而FPGA所具備的特點(diǎn)恰好可以解決這些難題,，F(xiàn)PGA在馬達(dá)控制的優(yōu)勢可以總結(jié)為降低系統(tǒng)總成本,、增加方案的靈活性，通過擴(kuò)展方案的接口延長方案應(yīng)用周期以及提升系統(tǒng)性能,。
FPGA擅長并行處理,，所以對于需要進(jìn)行多個馬達(dá)控制的領(lǐng)域，比傳統(tǒng)的MCU+DSP方案優(yōu)勢明顯很多,。
ZYNQ：2.5us MCU：55us
FPGA在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的優(yōu)勢是支持纜線和實(shí)時網(wǎng)絡(luò)協(xié)定,、整合網(wǎng)絡(luò)和定制功能以降低物料清單(BOM)成本、豐富的IO和邏輯元件支持多協(xié)議的轉(zhuǎn)換,、具備低延遲效能的高集成度,、成熟的開發(fā)板和參考設(shè)計縮短開發(fā)時間、支持超長生命周期方案以及整合多種網(wǎng)絡(luò)安全功能等等,。對于支持超長生命周期方案,，我深有體會,，我們的有的客戶還在使用我們十年前的產(chǎn)品,，對他們的需求我們依然提供支持和服務(wù)。
SoC-e公司在Zynq-7000 All Programmable SoC上實(shí)現(xiàn)高可靠無縫冗余協(xié)議(HSR)和并行冗余協(xié)議（PRP）,，該方案具有高精度時序功能,，可以應(yīng)用于如電力自動化、變電站等智能電網(wǎng)領(lǐng)域還可以應(yīng)用到高鐵等軌道交通領(lǐng)域,，比相比傳統(tǒng)的RSTP,、MSTP或私有環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)，它可以實(shí)現(xiàn)真正“零丟包”,、“零切換”的網(wǎng)絡(luò)冗余保護(hù)技術(shù),。
視覺識別在汽車駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的應(yīng)用
Xylon和賽靈思剛剛宣布推出一款新的ADAS(高級駕駛輔助系統(tǒng))開發(fā)套件,，它可以實(shí)現(xiàn)基于多臺車載攝像機(jī)視頻流進(jìn)行融合的駕駛輔助系統(tǒng)的開發(fā)。
您是否看過奧迪自動停車技術(shù)演示,，轎車無需駕駛員干預(yù),，便可自動找到停車位并停泊。您是否使用Kinect控制器玩過Xbox 360游戲,。
如果有,，那您可能就是Smarter視覺系統(tǒng)時代到來的見證人了。從最高級電子系統(tǒng)到普通蘋果,，Smarter視覺技術(shù)影響著各種形式的產(chǎn)品,。雖然當(dāng)今各種系統(tǒng)已足以讓人稱奇，但一些專家預(yù)測未來10年,，從汽車到工廠自動化,、醫(yī)療、監(jiān)控,、消費(fèi),、航空航天與國防的絕大多數(shù)電子系統(tǒng)，都將包含功能更加出色的Smarter視覺技術(shù),。
隨著Smarter視覺系統(tǒng)高級程度的提高,，我們很可能有機(jī)會乘坐網(wǎng)絡(luò)化高速公路中川流不息的自動駕駛汽車。直覺外科等醫(yī)療設(shè)備令人驚訝的機(jī)器人輔助外科系統(tǒng)將進(jìn)一步發(fā)展,，可幫助外科醫(yī)生實(shí)施遠(yuǎn)程外科手術(shù),。電視與網(wǎng)真將達(dá)到新的身臨其境及互動水平，而電影院,、家庭及店鋪屏幕上顯示的內(nèi)容則將迎合每個消費(fèi)者的興趣,，甚至是我們的情緒。
先進(jìn)的視頻系統(tǒng)不但可增強(qiáng)和分析圖像,，而且還可根據(jù)這些分析觸發(fā)行動,，從而顯著控制了計算功能需求
Smarter視覺的賽靈思All Programmable解決方案處于這次革命的前沿。賽靈思以首款在單個芯片上整合ARM雙核CortexTM-A9 MPCORETM,、可編程邏輯以及各種重要外設(shè)的器件ZynqTM-7000 All Programmable SoC為基礎(chǔ),，已推出一款工具與IP的支持性基礎(chǔ)架構(gòu)，其將在實(shí)現(xiàn)這些視覺創(chuàng)新開發(fā)與加速交付的過程中發(fā)揮重要作用,。該支持性基礎(chǔ)架構(gòu)包含VivadoTM HLS（高級綜合）,、全新IP Integrator工具、OpenCV（計算機(jī)視覺）庫,、SmartCORETM IP以及專用開發(fā)套件,。
Zynq為什么選擇A9？
Xilinx為何選擇了跟 ARM 合作，來開發(fā)一個雙核的Cortex-A9 MPCore 處理器?因?yàn)锳RM處理器在業(yè)界領(lǐng)先,，已被客戶廣泛采用,，還有其總體生態(tài)環(huán)境、支持工具都比較成熟,。
經(jīng)過20年的發(fā)展,，在處理器世界中，盡管處理器的用量越來越大,，但主流平臺的數(shù)量越來越少,，美國《Microprocessor Forum》雜志認(rèn)為，1992年活躍著眾多的處理器平臺(圖2),，但是2009年只有四大主流平臺：ARM,，x86，PPC(PowerPC)和MIPS平臺,。其中ARM以生態(tài)環(huán)境豐富成為矚目的熱點(diǎn)之一,。ARM總裁Tudor Brown稱，ARM全球有合作伙伴900家企業(yè),，合作伙伴的勢頭發(fā)展良好(圖3),。并承諾：“今后，ARM將持續(xù)地在產(chǎn)品路線圖上和伙伴關(guān)系上投資,，保證客戶有強(qiáng)大的渠道和生態(tài)系統(tǒng),。”
盡管ARM9和ARM7是ARM全世界授權(quán)量最多的(圖4) ,，也是出貨量最大的;但是Cortex-A系列是所有系列里面增長速度最快的,，甚至超過M系列。
除了Xilinx的Zynq家族外,，很多公司已經(jīng)或正在做基于Cortex-A9的創(chuàng)新,，智能手機(jī)、平板電腦,、3D TV;網(wǎng)絡(luò)SoC(系統(tǒng)芯片),、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、超級計算機(jī)……,。
這些企業(yè)之所以選擇A9,，因?yàn)樗茿RM處理器系列中較高性能的一款產(chǎn)品，采用了ARMv7架構(gòu),。A9處理器的設(shè)計是基于先進(jìn)的推測型八級流水線(speculating 8-stage pipeline),，該流水線具有高效,、動態(tài)長度,、多發(fā)射超標(biāo)量及無序完成特征，因此這款處理器的性能、功效和功能均達(dá)到了高水平,，能夠滿足消費(fèi),、網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)和移動應(yīng)用等領(lǐng)域尖端產(chǎn)品的要求,。
處理器+FPGA的整合是化學(xué)反應(yīng)：1+1>2
市場調(diào)查表明,，F(xiàn)PGA目前在全部嵌入式系統(tǒng)中的使用比例占50%~70%。因此這個市場非常巨大,，而通常的工程方案是“嵌入式處理器FPGA”,。但是開發(fā)者并不滿足于此，或者說現(xiàn)有的應(yīng)用里目前的器件都不能滿足他們的需求,，無論是傳統(tǒng)的單個處理器,、單個FPGA、ASIC或者是ASSP,，特別是對于軟件開發(fā)公司來說,，對FPGA編程相當(dāng)困難。我們發(fā)現(xiàn)到2014年有約127億美元的市場是傳統(tǒng)FPGA沒法服務(wù)的,。
當(dāng)前的四大挑戰(zhàn)是：提高系統(tǒng)性能,，降低系統(tǒng)功耗，減少電路板的面積,，降低總體系統(tǒng)的成本,。
而一塊Zynq器件就可以實(shí)現(xiàn)“嵌入式處理器+FPGA”功能。尤其Zynq不是僅僅把 FPGA 跟處理器簡單地集成在一起,，更是兩者的有機(jī)結(jié)合,。傳統(tǒng)的FPGA與處理器之間的互聯(lián)是PCIe等，而Zynq采用了AXI4連接總線,，這樣的布局可以在FPGA 與處理器之間形成很寬的帶寬,。FPGA+CPU的雙芯片方案?？梢钥吹紽PGA與處理器中間互聯(lián)利用 PCIe的互聯(lián)帶寬較窄,，而且PCIe通道也較少，這意味著有時超過一半的FPGA會用來支持帶寬;并且兩個器件分別接著外帶的存儲器,。
使用Zynq后,，可以把中間的PCIe連接取走，再加上存儲器可以和FPGA 分享,，這樣可以大大降低成本和功耗,。
ARM中國總裁吳雄昂指出：“眾所周知，新一代的系統(tǒng)處理,，不只是CPU的功能,，接口的處理能力在很大程度上決定了整個系統(tǒng)的應(yīng)用能力。所以我們往往看到同樣一個設(shè)計，因?yàn)榱己玫慕涌诘娜诤?，功能會相?0%,。我們很高興Xilinx的Zynq在新的AMBA AXI4 (Advanced eXtensible Interface 4) 接口上達(dá)到了很高的數(shù)據(jù)吞吐能力?！?/p>
Zynq已經(jīng)來了一段時間了,。但是隨著物聯(lián)網(wǎng)、智能工業(yè)等領(lǐng)域的發(fā)展,，讓ARM穿上FPGA的馬甲,，勢必會演一出更精彩的好戲。