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萌新的FPGA学习之初识ZYNQ

进入 21 世纪，FPGA 的发展进入了累积阶段。人们发现，FPGA 的发展此时遭遇了瓶颈，因此单纯的
提升 FPGA 的容量已经不能满足各类应用的需求。由于更多客户开始追求更高的性价比，FPGA 不得不从
单纯的可编程门阵列，逐步转变为拥有复杂功能的可编程片上系统。
Zynq-7000系列就是一片带有可编程片上系统的芯片，它是由Xilinx公司于2010年4月推出的的行业第一
个可扩展处理平台，旨在为视频监视、汽车驾驶员辅助以及工厂自动化等高端嵌入式应用提供所需的处理
能力与计算性能。这款基于ARM处理器的SoC可满足复杂嵌入式系统的高性能、低功耗和多核处理能力等要
求。
Zynq 的全称是 Zynq-7000 All Programmable SoC，是它由一个双核 ARM Cortex-A9 处理器和一个传统
的现场可编程门阵列（FPGA）逻辑部件组成的。由于该新型器件的可编程逻辑部分基于赛灵思 28nm 工艺
的 7 系列 FPGA，因此该系列产品的名称中添加了“7000”，以保持与 7 系列 FPGA 的一致性，同时也方
便日后本系列新产品的命名。

Zynq 是由两个主要部分组成的：一个是由双核 ARM Cortex-A9 为核心构成的处理系统（PS，Processing System），和一个等价于一片 FPGA 的可编程逻辑（PL，Programmable Logic）部分组成。

Zynq 架构实现了工业标准的 AXI 接口，在芯片的两个部分之间实
现了高带宽、低延迟的连接。这意味着处理器和逻辑部分各自都可以发挥最佳的用途，而不会产生在两个
分立器件之间的接口开销。与此同时，又能获得系统被简化为单一芯片所带来的好处，包括物理尺寸和整
体成本的降低。

开始了解FPGA
FPGA（Field Programmable Gate Array，简称 FPGA），中文名：现场可编程门阵列，一种主要以数字
电路为主的集成芯片，于 1985 年由 Xilinx 创始人之一 Ross Freeman 发明，属于可编程逻辑器件 PLD
（Programmable Logic Device）的一种。

FPGA 基本结构一般由六部分组成，分别为可编程输入/输出单元、基本可编程逻辑单元、底层嵌入功
能单元、布线资源、嵌入式块 RAM 和内嵌专用硬核

Zynq 实际上是一个以处理器为核心的系统，PL 部分可以看作是它的一个外设。我们可以通过使用
AXI(Advanced eXtensible Interface)接口的方式调用 IP 核，系统通过 AXI 接口将 IP 与处理器连接，也就
是实现 PL 与 PS 互联。
Xilinx 从 Spartan-6 和 Virtex-6 系列开始使用 AXI 协议来连接 IP 核，在 7 系列和 Zynq-7000 AP SoC 器
件中，Xilinx 在 IP 核中继续使用 AXI 协议。AXI 的英文全称是 Advanced eXtensible Interface，即高级可扩
展接口，它是 ARM 公司所提出的 AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）协议的一部分。
AXI 协议是一种高性能、高带宽、低延迟的片内总线，具有如下特点：
1、总线的地址/控制和数据通道是分离的；
2、支持不对齐的数据传输；
3、支持突发传输，突发传输过程中只需要首地址；
4、具有分离的读/写数据通道；
5、支持显著传输访问和乱序访问；
6、更加容易进行时序收敛。
在数字电路中只能传输二进制数 0 和 1，因此可能需要一组信号才能高效地传输信息，这一组信号就
组成了接口。AXI4 协议支持以下三种类型的接口：
1、AXI4：高性能存储映射接口。
2、AXI4-Lite：简化版的 AXI4 接口，用于较少数据量的存储映射通信。
3、AXI4-Stream：用于高速数据流传输，非存储映射接口。