ZYNQ架構

雙核ARM Cortex-A9 處理器：ARM Cortex-A9 是一個應用級的處理器，能運行完整的像Linux 這樣的操作系統

傳統的現場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA）邏輯部件：基于Xilinx 7 系列的FPGA 架構

這個架構實現了工業標準的AXI 接口，在芯片的兩個部分之間實現了高帶寬、低延遲的連接。

這意味著處理器和邏輯部分各自都可以發揮最佳的用途，而不會有在兩個分立的芯片之間的那種接口開銷。

外設是處理器之外的功能部件，一般從事三種功能之一：（一）協處理器—— 輔助主處理器的單元，往往是被優化用于特定任務；（二）與外部接口交互的核心，如連接到LED 和開關、編解碼器等等；（三）額外的存儲器單元。

PS具有固定的架構，承載了處理器和系統存儲區

而PL完全是靈活的，給了設計者一面“ 空白畫布” 來創建定制的外設，或重用標準外設。

ZYNQ的SoC設計流基本模型

ZYNQ芯片

處理器系統（PS）

ARM是一顆“硬”處理器，硬件處理器以外的另一種方案，就像Xilinx 的MicroBlaze這樣的“軟”處理器，這是由可編程邏輯部分的單元組合而成的。也就是說，一個軟處理器的實現和部署在FPGA 的邏輯結構里的任何其他IP 包是等價的。要求不高的任務可以從主的ARM Cortex-A9 處理器上脫離出來,分配給軟處理器，軟處理器與ARM協同工作，提升整體性能

PS里并非只有ARM 處理器，還有一組相關的處理資源，形成了一個應用處理器單元（Application Processing Unit，APU），另外還有擴展外設接口、cache 存儲器、存儲器接口、互聯接口和時鐘發生電路

處理器系統外部接口——PS 和外部接口之間的通信主要是通過復用的輸入/ 輸出（Multiplexed Input/Output，MIO）實現的。這樣的連接也可以通過擴展EMIO （ExtendedMIO，EMIO）來實現，EMIO 并不是PS 和外部連接之間的直接通路，而是通過共用了PL 的I/O 資源來實現的。

可用的I/O 包括標準通信接口（SPI,I2C,USB,SD,CAN,UART,GigE）和通用輸入/ 輸出（General Purpose Input/Output，GPIO）

可編程邏輯（PS）

LUT-查找表（https://www.cnblogs.com/lbf-19940424/p/6564885.html）

FF-觸發器，一個實現1 位寄存的時序電路，帶有復位功能。FF 的一種用處是實現鎖存。

CLB-可配置編程邏輯塊

IOB-輸入/ 輸出塊（Input/Output Blocks，IOB）-實現了PL 邏輯資源之間的對接，并且提供物理設備“ 焊盤” 來連接外部電路。每個IOB 可以處理一位的輸入或輸出信號。IOB 通常位于芯片的周邊。

除了通用的部分，還有兩個特殊用途的部件：滿足密集存儲需要的塊RAM和用于高速算術的DSP48E1片

通用輸入輸出IOB

通信接口--包括PCIExpress、串行RapidIO、SCSI 和SATA

其他可編程邏輯擴展接口--XADC，時鐘，編程與調試

處理器系統與可編程邏輯的接口

1、AXI標準--Advanced eXtensible Interface

有三類AXI4總線協議

? AXI4 [2] — 用于存儲映射鏈接，它支持最高的性能：通過一簇高達256 個數據字（或“ 數據拍（data beats）”）的數據傳輸來給定一個地址。
? AXI4-Lite [2] — 一種簡化了的鏈接，只支持每次連接傳輸一個數據（非批量）。AXI4-Lite也是存儲映射的：這種協議下每次傳輸一個地址和單個數據。

? AXI4-Stream [1] — 用于高速流數據，支持批量傳輸無限大小的數據。沒有地址機制，這種總線類型最適合源和目的地之間的直接數據流（非存儲器映射）

互聯（Interconnect）— 互聯實際上是一個開關，管理并直接傳遞所連接的AXI 接口之間的通信。在PS 內有幾個互聯，其中有些還直接連接到PL （如圖2.9），而另一些是只用于內部連接的。這些互聯之間的連接也是用AXI 接口所構成的。
接口（Interface）— 用于在系統內的主機和從機之間傳遞數據、地址和握手信號的點對點連接。（M-主機，S-從機）

? 通用AXI（General Purpose AXI） — 一條32 位數據總線，適合PL 和PS 之間的中低速通信。接口是透傳的不帶緩沖。總共有四個通用接口：兩個PS 做主機，另兩個PL 做主機。
? 加速器一致性端口（Accelerator Coherency Port） — 在PL 和APU 內的SCU之間的單個異步連接，總線寬度為64 位。這個端口用來實現APU cache 和PL的單元之間的一致性。PL 是做主機的。
? 高性能端口（High Performance Ports） — 四個高性能AXI 接口，帶有FIFO緩沖來提供“ 批量” 讀寫操作，并支持PL 和PS 中的存儲器單元的高速率通信。數據寬度是32 或64 位，在所有四個接口中PL 都是做主機的。

表 2.2 給出給出了每個接口的簡述，標出了主機和從機 （按照慣例，主機是控制總線并發起會話的，而從機是做響應的）。注意接口命名的規范（在表 2.2 的第一列）是表示了 PS 的角色的，也就是說，第一個字母 “M” 表示 PS 是主機，而第一個字母 “S” 表示 PS 是從機。

2、EMIO接口

3、其他PL-PS信號

跨越PS-PL 邊界的其他信號包括看門狗定時器、重啟信號、中斷和DMA 接口信號。

安全

總結

附議：

本人覺得除了整體架構的創新，靈活的IO也是ZYNQ成為受歡迎的一部分：

Multiplexed I/O (MIO)：PS端外設IO復用，這是什么概念呢？前面介紹了ZYNQ主要分PS/PL兩大組成模塊，PS端前面介紹的外設如USB/CAN/GPIO/UART等都必要需要引腳與外界打交道，這里所謂的復用與常見的單片機、處理器里引腳復用的概念一樣。但是（這里劃重點），ZYNQ具有高達54個PS引腳支持MIO，MIO具有非常高的靈活度以達到靈活配置，這給硬件設計、PCB布板帶來了極大的便利！，MIO的配置利用vivado軟件可以實現靈活配置，如下圖所示。

硬件工程師往往發現對一個復雜的系統的布局布線，常常會很困難，也常因為不合理的布局布線而陷入EMC深坑。ZYNQ的IO引腳高度靈活性，無疑在電路設計方面提供極大的方便，可實現非常靈活的PCB布局布線。從而在EMC性能改善方面帶來了很大便利。

靈活的PS-PL互連接口

Extended Multiplexed I/O (EMIO):擴展MIO，如果想通過PS來訪問PL又不想浪費AXI總線時，就可以通過EMIO接口來訪問PL。54個I/O中，其中一部分只能用于MIO，大部分可以用于MIO或EMIO，少量引腳只能通過EMIO訪問。

如上圖，比如I2C0則可以通過EMIO映射到PL端的引腳輸出，這無疑又增加了更多的靈活性！

PS-PL接口HP0-HP3：如上架構圖中AXI high-performance slave ports (HP0-HP3) 實現了PS-PL的接口

可配置的32位或64位數據寬度

只能訪問片上存儲器OCM（On chip memory）和DDR

AXI FIFO接口(AFI)利用1KB FIFOs來緩沖大數據傳輸

PS-PL接口GP0-GP1：如上架構圖中AXI general-purpose ports

兩個PS主接口連接到PL的兩個從設備

32位數據寬度

一個連接到CPU內存的64位加速器一致端口（ACP）AXI從接口，ACP 是 SCU （一致性控制單元）上的一個 64 位從機接口，實現從 PL 到 PS 的異步 cache 一致性接入點。ACP 是可以被很多 PL 主機所訪問的，用以實現和 APU 處理器相同的方式訪問存儲子系統。這能達到提升整體性能、改善功耗和簡化軟件的效果。ACP 接口的表現和標準的 AXI 從機接口是一樣的，支持大多數標準讀和寫的操作而不需要在 PL 部件中加入額外的一致性操作。

DMA, 中斷, 事件信號：

處理器事件總線信號事件信息到CPU

PL外設IP中斷到PS通用中斷控制器(GIC)

四個DMA通道RDY/ACK信號

擴展多路復用I/O (EMIO)允許PS外設端口訪問PL邏輯和設備I/O引腳。

時鐘以及復位信號：

四個PS時鐘帶使能控制連接到PL

四個PS復位信號連接到PL

審核編輯 ：李倩