회사 블로그 하드웨어 및 소프트웨어 프로그래밍 가능성을 갖춘 Xilinx Zynq™ 7000 SoC 공급/재활용

밍기다 공급/재사용 하드웨어 및 소프트웨어 프로그래밍 가능 Xilinx ZynqTM 7000 SoC

I. 코어 아키텍처: 소프트웨어와 하드웨어 프로그래밍의 완벽한 융합

ZynqTM 7000 SoC 시리즈의 핵심 장점은 고유 한 통합된 프로세싱 시스템 (PS) + 프로그래밍 가능한 로직 (PL) 아키텍처에 있습니다.이 두 구성 요소는 대역폭 AMBA®-AXI 상호 연결 버스를 통해 긴밀하게 통합됩니다., 원활한 협업과 소프트웨어 및 하드웨어 자원의 유연한 할당을 가능하게합니다.이 접근법은 소프트웨어의 편의성을 유지하면서 하드웨어의 높은 성능과 사용자 정의 기능을 제공합니다..

1소프트웨어 프로그래밍 코어: 프로세싱 시스템 (PS)

프로세싱 시스템 (PS) 은 고성능 ARM® Cortex®-A9 프로세서를 사용하는 ZynqTM 7000 SoC의 뇌 역할을 합니다.싱글 코어 (Zynq 7000S 시리즈) 및 듀얼 코어 (Zynq 7000 시리즈) 구성으로 제공됩니다., 1GHz까지의 주파수에서 작동하여 예외적인 소프트웨어 처리 기능과 호환성을 제공합니다.PS는 완전한 메모리 아키텍처와 광범위한 주변 인터페이스를 내부로 통합합니다., 추가 확장 칩이 필요하지 않고 핵심 제어 기능을 가능하게하고 시스템 디자인을 크게 단순화합니다.

저장용으로, PS는 CPU 코어당 독립적인 L1 명령과 데이터 캐시 32KB, 공유 L2 캐시 512KB,그리고 256KB의 칩 내 메모리 (OCM) 는 실시간 운영 체제를 직접 호스팅할 수 있습니다.DDR3, DDR3L, DDR2, LPDDR2 등 여러 외부 메모리 유형을 지원하며 다양한 응용 프로그램 저장 요구 사항을 충족시키기 위해 최대 주소 공간 1GB입니다.주변 인터페이스에는 듀얼 기가비트 이더넷이 포함됩니다., USB 2.0 OTG, SD/SDIO, UART, CAN 2.0B, I2C, SPI, 그리고 DMA 컨트롤러. 이것은 메모리와 주변 장치 사이의 고속 데이터 전송을 촉진합니다.대부분의 임베디드 애플리케이션의 연결성 요구 사항을 포함합니다..

소프트웨어 차원에서 PS는 Bare-metal 개발 모드와 함께 리눅스, FreeRTOS 및 안드로이드 등 여러 운영 체제를 지원합니다.개발자는 복잡한 하드웨어 설명 언어에 대한 전문 지식을 요구하지 않고 응용 프로그램 개발을 위해 C / C ++와 같은 익숙한 프로그래밍 언어를 사용할 수 있습니다., 소프트웨어 개발 문턱을 크게 낮추는 동시에 ARM TrustZone® 기술과 안전한 부팅 메커니즘 (RSA 인증과 AES-256 해독에 기반한) 을 활용하여,여러 계층의 소프트웨어 및 하드웨어 보안 보호를 가능하게 합니다., 시스템 운영의 안전성과 신뢰성을 보장합니다.

2하드웨어 프로그래밍 코어: 프로그래밍 로직 (PL)

프로그래밍 가능한 로직 (PL) 은 ZynqTM 7000 SoC의 "개별 엔진"으로 기능합니다. Xilinx의 28nm 7 시리즈 FPGA 아키텍처 (ArtixTM 7 또는 KintexTM 7) 에 기반하여,높은 하드웨어 프로그래밍성을 제공합니다논리 기능은 하드웨어 가속 및 사용자 정의 주변 장치와 같은 사용자 정의 요구를 충족시키기 위해 응용 프로그램 요구 사항에 따라 유연하게 구성 할 수 있습니다.

PL 섹션은 논리 셀 (444K까지), 블록 RAM (26.5Mb까지), DSP 슬라이스 (2020년까지) 및 고속 트랜시버 (최고 12.5Gb / s까지) 를 포함한 광범위한 하드웨어 자원을 포함합니다.최대 16)DSP 슬라이스는 2,662 GMAC 이상의 병렬 신호 처리 성능을 제공하여 비디오 처리 및 신호 분석과 같은 컴퓨팅이 집중적인 작업에 매우 적합합니다.고속 송신기는 빠른 오프 칩 연결을 지원합니다., 고화질 비디오 및 고속 통신과 같은 애플리케이션의 대역폭 요구를 충족합니다.시스템 작동 중 하드웨어 논리의 역동적 조정, 시스템 재부팅을 필요로 하지 않고 유연한 기능 업그레이드 및 전환.

하드웨어 개발을 위해 엔지니어는 Xilinx의 Vivado® 디자인 스위트 및 고위 수준 합성 (HLS) 도구를 사용하여 RTL 또는 C / C ++ 및 OpenCL와 같은 고위 수준의 언어를 사용하여 PL 논리를 설계할 수 있습니다.이 접근법은 복잡한 알고리즘과 하드웨어 로직과 같은 계산 작업을 내장합니다., 시스템 전력 소비를 줄이는 동시에 소프트웨어를 훨씬 초과하는 처리 속도를 제공합니다.

3소프트웨어-하드웨어 시너지: 성능 병목 극복

ZynqTM 7000 SoC 내의 PS와 PL는 100Gb/s까지의 대역폭을 제공하는 AXI 인터컨넥트 버스를 통해 데이터를 교환합니다.이것은 프로세서와 FPGA가 별도로 작동하는 전통적인 디스크리트 시스템에 내재된 높은 데이터 전송 지연 시간 및 제한된 대역폭의 병목을 해결합니다.이 협업 아키텍처는 업무 분할을 가능하게 합니다. 소프트웨어에서 제어와 관리를 처리하고 하드웨어가 계산과 가속을 관리합니다.PS는 운영 체제와 응용 프로그램을 실행, 시스템 스케줄링, 주변 장치 제어 및 데이터 처리 결정을 관리합니다. PL는 비디오 인코딩 / 디코딩과 같은 컴퓨팅이 집중적인 실시간 작업에 하드웨어 가속을 제공합니다.이미지 처리, 및 신호 필터링. 그들은 함께 작동하여 처리 성능을 극대화하면서 시스템의 유연성을 보장합니다.

또한 PS는 PL의 논리 기능을 직접 구성하여 동적 시스템 적응을 가능하게합니다.개발자는 물리적 회로를 수정하지 않고 변경되는 응용 시나리오에 대응하여 소프트웨어 업데이트를 통해 PL의 하드웨어 논리를 조정할 수 있습니다.이것은 제품의 수명 주기를 연장하면서 시스템의 확장성과 재사용성을 크게 향상시킵니다.

II. 제품 분류: 모든 시나리오를 포함하는 완전히 확장 가능한 시리즈

ZynqTM 7000 SoC 시리즈는 Zynq 7000S 및 Zynq 7000이라는 두 개의 하위 시리즈를 포함합니다. 여러 모델을 제공하여 응용 프로그램 성능 및 비용 요구 사항에 따라 유연한 선택을 가능하게합니다.저비용 엔트리 레벨에서 고성능 프리미엄 애플리케이션까지 포괄적인 적용을 달성이 완전히 확장 가능한 SoC 플랫폼은 뛰어난 퍼포먼스 / 와트 효율성과 예외적인 비용 효율성을 제공합니다.

1. Zynq 7000S 시리즈: 저비용 엔트리 레벨 솔루션

저비용 엔트리 레벨 제품으로, Zynq 7000S 시리즈는 단일 코어 Arm® Cortex®-A9 프로세서와 28nm ArtixTM 7 프로그래밍 가능한 로직을 결합하여 766MHz까지의 주파수에서 작동합니다.이 시리즈는 세 가지 모델로 구성됩니다.: Z-7007S, Z-7012S, Z-7014S. 논리 셀 범위는 23K에서 65K, 블록 RAM 1.8Mb에서 3.8Mb, DSP 슬라이스 60에서 170, 최대 I / O 핀 수 200입니다. 선택된 모델은 4 개의 6을 통합합니다.25Gb/s 트랜시버.

높은 비용 효율성을 중심으로,이 시리즈는 최적의 비용으로 시스템 통합을 달성하기 위해 일반용 하드 주변 장치를 통합합니다.그것은 모터 제어와 같은 산업 IoT 애플리케이션에 이상적으로 적합합니다., I/O 모듈, 스마트 센서 및 스마트 그리드, 낮은 비용과 낮은 전력 소비에 대한 엔트리 레벨 임베디드 요구 사항을 충족합니다.

2. Zynq 7000 시리즈: 고성능, 다기능 솔루션

대표적인 고성능 제품 라인으로서, Zynq 7000 시리즈는 28nm Artix 7 또는 Kintex 7에 기반한 프로그래밍 가능한 논리와 함께 듀얼 코어 Arm Cortex-A9 프로세서를 통합합니다.1GHz까지의 주파수에서 작동하는이 시리즈는 Z-7010, Z-7015, Z-7020, Z-7030, Z-7035, Z-7045, Z-7100의 7 개의 모델로 구성되어 있으며, 논리 셀 범위는 28K에서 444K까지, 블록 RAM 용량은 2.1Mb에서 26.5Mb까지,80에서 2020까지 DSP 슬라이스, 최대 I/O 핀 수는 400이다. 고급 버전은 12.5Gb/s로 작동하는 16개의 트랜시버를 통합한다.

이 시리즈는 뛰어난 성능과 전력 효율과 뛰어난 설계 유연성을 제공하여 매우 차별화된 디자인을 가능하게합니다.그것은 멀티 카메라 운전자 보조 시스템과 같은 중고 고급 임베디드 애플리케이션에 적합합니다., 4K2K 초고화질 텔레비전, 작은 셀 기지국, 산업 자동화 기계 비전 및 의료 내시경, 높은 성능, 높은 대역폭,그리고 멀티태스킹 기능.

III. 핵심 장점: 소프트웨어 및 하드웨어 프로그래밍의 다면적 가치

1높은 통합은 설계 복잡성과 비용을 줄여줍니다.

ZynqTM 7000 SoC는 CPU, FPGA, DSP, ASSP, 혼합 신호 기능 및 광범위한 주변 장치를 하나의 다이에 통합합니다.이것은 전통적인 분별 아키텍처를 대체합니다.PCB 발자국을 현저히 줄이고, 재료 청구서 (BOM) 비용과 설계 복잡성을 낮추며 시스템 신뢰성과 안정성을 향상시킵니다.AMD 장치들은 일반적으로 15년을 초과하는 서비스 수명을 자랑합니다., Zynq 7000 시리즈는 2040 년까지 연속 작동을 지원하여 전체 설계 라이프 사이클 동안 신뢰할 수있는 성능을 보장합니다.

2여러 시나리오에 적응하기 위한 유연한 프로그래밍

소프트웨어 수준에서는 여러 운영 체제와 개발 언어를 지원하여 짧은 개발 주기와 높은 유연성을 가능하게합니다. 하드웨어 수준에서는프로그래밍 가능한 논리 (PL) 는 응용 프로그램 특정 논리 기능을 구현하도록 사용자 정의 할 수 있습니다., 하드웨어 회로 재설계를 필요로 하지 않고 하드웨어 가속과 사용자 정의 주변 장치를 달성합니다.이 이중 프로그래밍 가능성은 ZynqTM 7000 SoC가 다양한 산업 및 애플리케이션 요구 사항에 적응 할 수 있습니다., 저비용 산업 제어 장치에서 고급 스마트 장치에 이르기까지 맞춤형 솔루션을 제공합니다.

3높은 성능과 전력 비율: 성능과 에너지 효율을 균형 잡습니다.

세심하게 최적화된 아키텍처 디자인을 통해 ZynqTM 7000 SoC는 뛰어난 성능과 전력 비율을 달성합니다.ARM Cortex-A9 프로세서는 비교 가능한 경쟁 SoC보다 25% 더 빠르게 작동합니다., 반면 FPGA 로직은 동등한 아키텍처보다 66% 더 빠르게 실행됩니다. 경쟁 솔루션에 비해 55%의 전력 소비 우위를 제공합니다.PS와 PL 모두 다중 저전력 모드를 지원합니다., 임베디드 장치의 저전력 요구 사항을 충족하기 위해 작업 부하에 따라 동적으로 전력 소비를 조정합니다.

4포괄적 개발 생태계는 시장에 도달하는 시간을 가속화합니다.

Xilinx는 Vivado 디자인 스위트 (하드웨어 디자인) 를 포함한 ZynqTM 7000 SoC 시리즈에 대한 완전한 엔드-투-엔드 개발 도구 체인 및 생태계 지원을 제공합니다.SDSoC 개발 환경 (C/C++ 시스템 전체 최적화), Xilinx SDK (소프트웨어 개발), 광범위한 IP 라이브러리, 참조 디자인, 개발 키트 (예: ZedBoard 및 ZC702 평가 키트),하드웨어 없는 프로토타입 제작을 가능하게 하는 가상 개발 플랫폼또한, ARM 파트너 커뮤니티와 Xilinx 얼라이언스 프로그램을 통해 개발자는 추가적인 제3자 도구와 자원에 접근할 수 있습니다.개발 주기를 크게 줄이고 시장에 출시 시기를 가속화합니다..

IV. 전형적인 응용 시나리오: 여러 산업에 걸쳐 혁신을 강화

독특한 프로그래밍 가능한 하드웨어 및 소프트웨어 기능을 활용하여 ZynqTM 7000 SoC 시리즈는 산업, 자동차, 통신, 의료,및 소비자 전자 부문, 임베디드 시스템 혁신을 주도하는 핵심 구성 요소로 작용합니다.

1산업 자동화

산업 환경에서 ZynqTM 7000 SoC는 모터 제어, 기계 비전 및 산업 통신과 같은 기능을 가능하게합니다.PS는 시스템 스케줄링과 통신 프로토콜 처리, PL는 고밀도의 모터 제어 알고리즘을 구현하고 이미지 획득 및 처리를 가속화합니다. 이것은 다자 축 모터 제어와 같은 응용 프로그램에 적합합니다.지능형 센서 데이터 처리, 산업용 로봇, 산업용 장비의 지능과 실시간 역량을 향상시킵니다.

2자동차 전자제품

자동차 부문 내에서 ZynqTM 7000 SoC는 주로 운전자 보조 시스템 (ADAS) 에 서비스를 제공합니다. PL는 멀티 카메라 비디오 캡처, 이미지 인식,및 가공, PS는 데이터 융합, 의사 결정 및 통신을 처리합니다. 이것은 차선 이탈 경고 및 자동 비상 제동과 같은 기능을 지원합니다.높은 신뢰성을 위한 자동차 전자제품의 엄격한 요구사항을 충족, 낮은 전력 소비, 그리고 안전.

3통신 및 네트워크

통신 내에서, ZynqTM 7000 SoC는 작은 셀 베이스 스테이션, 네트워크 스위치, 라우터 및 유사한 장비에 배치됩니다. PL는 고속 신호 처리,프로토콜 분석 및 데이터 전송 가속, PS는 시스템 관리 및 네트워크 제어를 관리합니다. 고속 트랜시버와 높은 대역폭의 상호 연결 기능을 활용하여,통신 시스템의 낮은 지연시간 요구.

4의료 및 소비자 전자

의학적 응용 분야에서는 의료 내시경 및 초음파 장비에 서비스를 제공합니다. PL는 실시간 의료 이미지 처리 및 향상 작업을 수행합니다.PS가 장치 제어 및 데이터 저장을 관리하는 동안, 이미지 품질 및 운영 편의성을 향상시킵니다. 소비자 전자제품에서, 4K Ultra HD 텔레비전과 스마트 셋톱 박스를 작동시킵니다.원활한 오디오 비주얼 경험을 제공하기 위해 비디오 코딩/디코딩 및 이미지 처리를 위한 하드웨어 가속을 제공.

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