Şirket Blog About Xilinx Zynq-7000 Serisi SoC XC7Z020-1CLG400C Çift çekirdekli ARM Cortex A9 Çip

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd., Xilinx Zynq-7000 serisi SoC'leri tedarik eder ve geri dönüştürür.Ayrıca, bu çip otomotiv elektroniğinde (araç içi eğlence sistemleri ve ADAS sürücü destek ön işlemesi gibi), tıbbi cihazlarda (taşınabilir teşhis aletleri gibi) ve tüketici elektroniğinde (akıllı terminal kontrol modülleri gibi) uygulanabilir. Esnekliği ve uygun maliyetli olması sayesinde, orta ila düşük karmaşıklıktaki gömülü sistemler için tercih edilen seçenektir. çift çekirdekli ARM Cortex-A9 çipidir.

Zynq-7000 serisinin amiral gemisi modeli olarak, Ayrıca, bu çip otomotiv elektroniğinde (araç içi eğlence sistemleri ve ADAS sürücü destek ön işlemesi gibi), tıbbi cihazlarda (taşınabilir teşhis aletleri gibi) ve tüketici elektroniğinde (akıllı terminal kontrol modülleri gibi) uygulanabilir. Esnekliği ve uygun maliyetli olması sayesinde, orta ila düşük karmaşıklıktaki gömülü sistemler için tercih edilen seçenektir. dengeli performans yapılandırması, geniş arayüz desteği ve olgun geliştirme ekosistemi sayesinde endüstriyel kontrol, makine görüşü ve iletişim ağ geçitleri gibi uygulamalar için "tercih edilen seçenek" haline gelmiştir. Dahası, çift çekirdekli ARM Cortex-A9 işlemcisinin programlanabilir mantıkla derin entegrasyonu, donanım-yazılım ortak tasarımını karakterize eden verimli bir tasarım paradigması sağlamıştır.

I. Ayrıca, bu çip otomotiv elektroniğinde (araç içi eğlence sistemleri ve ADAS sürücü destek ön işlemesi gibi), tıbbi cihazlarda (taşınabilir teşhis aletleri gibi) ve tüketici elektroniğinde (akıllı terminal kontrol modülleri gibi) uygulanabilir. Esnekliği ve uygun maliyetli olması sayesinde, orta ila düşük karmaşıklıktaki gömülü sistemler için tercih edilen seçenektir. Çipinin Çekirdek Konumlandırması ve Adlandırma Analizi

XC7Z020-1CLG400C, Xilinx Zynq-7000 serisi SoC'ler içinde "Hepsi Programlanabilir SoC'ler" kategorisine giren çekirdek bir modeldir. Çekirdek konumu, orta ila düşük karmaşıklıktaki gömülü uygulamalar için yüksek performanslı, yüksek esnekliğe sahip ve uygun maliyetli heterojen bilgi işlem çözümleri sunmaktır. Model adı, mühendisler tarafından hızlı tanımlama ve seçimi kolaylaştıran temel spesifikasyon bilgilerini içerir:

- XC: Xilinx çiplerinin standart öneki, çipin Xilinx tarafından tasarlanıp üretildiğini gösterir;

- 7Z: Zynq-7000 serisini temsil eder, burada '7' 7 serisi FPGA mimarisine ve 'Z' Zynq heterojen SoC'sine karşılık gelir;

- 020: Belirli çip modelini temsil eder, mantık kaynaklarının ölçeğine (orta-düşük uç yapılandırma) karşılık gelir, aynı serideki 7010 (düşük uç) ve 7030 (yüksek uç) modellerinden ayırır;

- -1: Hız sınıfını gösterir, endüstriyel sınıf performans optimizasyonuna karşılık gelir, düşük güç tüketimi ve kararlılığa öncelik verir, mantık devresi çalışma verimliliği endüstriyel uygulama gereksinimlerine göre ayarlanır;

- CLG400: Paket spesifikasyonunu gösterir, 400 pinli CLG serisi BGA paketini kullanır; kompakt paket boyutu yüksek yoğunluklu PCB düzenleri için uygundur;

- C: Ticari sınıf sıcaklık aralığını (0°C ila 85°C) temsil eder, endüstriyel uygulamaların temel kararlılık gereksinimlerini karşılarken, maliyet ve güvenilirliği dengeleyerek.

Çip, üretim maliyetlerini azaltırken performansı garanti eden 40nm CMOS işlemini (Artic-7 mimarisi için olgun bir işlem) kullanır. Seri üretilen ürünlerde maliyet kontrolü için uygundur ve hem prototip doğrulama hem de seri üretim dağıtımı için ideal bir seçimdir.

II. Ayrıca, bu çip otomotiv elektroniğinde (araç içi eğlence sistemleri ve ADAS sürücü destek ön işlemesi gibi), tıbbi cihazlarda (taşınabilir teşhis aletleri gibi) ve tüketici elektroniğinde (akıllı terminal kontrol modülleri gibi) uygulanabilir. Esnekliği ve uygun maliyetli olması sayesinde, orta ila düşük karmaşıklıktaki gömülü sistemler için tercih edilen seçenektir. Çekirdek Mimarisi: Çift Çekirdekli ARM Cortex-A9 ve FPGA'nın Heterojen Yakınsaması

XC7Z020-1CLG400C'nin temel yeniliği, sıkıca bağlı "İşlem Sistemi (PS) + Programlanabilir Mantık (PL)" mimarisinde yatmaktadır. İki bileşen, geleneksel "ARM + harici FPGA" çözümlerinin iletişim verimliliğini büyük ölçüde aşan, çip içi yüksek hızlı AXI veri yolu üzerinden nanosaniye hızlarında etkileşim kurar. Bu, "yazılım tanımlı donanım ve donanım hızlandırmalı yazılım" işbirliği tasarım felsefesini gerçekten gerçekleştirir. Çekirdek mimarisi iki bölüme ayrılır: PS tarafı (çift çekirdekli ARM Cortex-A9) ve PL tarafı (Artix-7 FPGA).

PS Tarafı: Çift Çekirdekli ARM Cortex-A9 İşlemci Çekirdekleri

PS tarafı, çipin "genel amaçlı bilgi işlem çekirdeği" olarak hizmet eder ve iki ARM Cortex-A9 MPCore işlemciyi entegre eder. ARMv7-A mimarisine dayanır ve simetrik çoklu işlemeyi (SMP) destekler, orta ila yüksek performanslı gömülü uygulamalar için özel olarak tasarlanmıştır. Temel özellikler şunlardır:

- Performans parametreleri: Çalışma frekansı 667 MHz'e kadar (tipik koşullar altında 650 MHz'de kararlı çalışma), dinamik frekans ölçeklendirme desteği ile; tek çekirdekli DMIPS (Dhrystone MIPS) yaklaşık 1,98'dir, her iki çekirdeğin birleşik teorik tepe hesaplama kapasitesi 2.668 DMIPS'e ulaşır, endüstriyel kontrol, kenar bilgi işlem ve iletişim protokolü işleme gibi senaryoların genel amaçlı bilgi işlem gereksinimlerini tam olarak karşılar;

- Önbellek Yapılandırması: Her çekirdek bağımsız bir 32KB Seviye 1 Komut Önbelleği (I-Cache) ve 32KB Seviye 1 Veri Önbelleği (D-Cache) ile donatılmıştır. İki çekirdek, ECC hata düzeltmesini destekleyen 512KB Seviye 2 Önbelleği (L2 Cache) paylaşır, bu da veri erişim verimliliğini ve veri iletim kararlılığını etkili bir şekilde artırırken önbellek kaçırmalarından kaynaklanan performans kayıplarını azaltır;

- Ölçeklenebilirlik: ARM NEON SIMD yardımcı işlemcisini ve VFPv3 çift hassasiyetli kayan nokta birimini (VFPU) destekler, multimedya verilerinin ve kayan nokta işlemlerinin verimli işlenmesini sağlar ve hafif yapay zeka çıkarımı ve sinyal işleme gibi senaryolar için uygundur; TrustZone güvenlik teknolojisini, Thumb-2 komut setini ve Jazelle RCT yürütme ortamını destekler, güvenlik ile komut yürütme verimliliğini dengeler;

- Çip içi bellek ve kontrol: Erişim gecikmesi 10 saat döngüsüne kadar olan entegre 256KB çip içi RAM (OCM), önyükleme görüntülerini, kesme vektör tablolarını ve gerçek zamanlı kritik verileri depolamak için uygundur, harici belleğe ihtiyaç duymadan temel önyükleme ve çalışmayı sağlar; çeşitli geliştirme ve seri üretim senaryoları için uygun olan birden fazla önyükleme yöntemini (JTAG, SD kart, QSPI Flash vb.) destekleyen yerleşik çip içi önyükleme ROM'u.

Ayrıca, PS tarafı, DDR3/DDR3L bellek denetleyicisi (16-bit veya 32-bit arayüzleri destekler, maksimum 1866 Mbps hızında), iki adet 10/100/1000 üç hızlı Ethernet MAC, iki adet USB 2.0 OTG çevre birimi ve birden fazla UART, SPI ve I2C arayüzü dahil olmak üzere kapsamlı bir çevre birimi denetleyicileri seti entegre eder, harici depolama ve iletişim cihazlarına doğrudan bağlantı sağlayarak, çevre birimi çip seçimi ve yerleşiminden kaynaklanan maliyetleri azaltır.

PL Tarafı: Artix-7 Mimarisi Programlanabilir Mantık Kaynakları

PL tarafı, çipin "donanım hızlandırma çekirdeği" olarak hizmet eder. Xilinx Artix-7 FPGA mimarisine dayanarak, gereksinimlere göre donanım fonksiyonlarının özelleştirilmesine izin veren geniş programlanabilir mantık kaynakları sağlar, yüksek hızlı veri işleme, özel arayüz genişletme ve daha fazlasını elde etmek için. Çekirdek kaynak yapılandırması şöyledir:

- Mantık Elemanları (LE): 53.200 mantık elemanı sağlar, UART/CAN veri yolu genişletmeleri, motor kontrol algoritmaları ve görüntü ön işleme gibi karmaşık dijital mantık fonksiyonlarını uygulayabilir. Aynı serideki 7010 (28k LE) ve 7030 (110k LE) modelleriyle karşılaştırıldığında, bu kaynak ölçeği "prototip doğrulama ile seri dağıtım" arasındaki tam yaşam döngüsü gereksinimlerini mükemmel bir şekilde karşılar;

- Bellek kaynakları: 2,1 Mbit Blok Bellek (BRAM) içerir, çift 18 Kb modunda yapılandırılabilir, gerçek çift port erişimini destekler. Bu, yüksek hızlı veri önbelleği, FIFO tamponları ve benzeri uygulamalar için kullanılır, yüksek bant genişlikli veri işleme senaryolarının taleplerini karşılar;

- DSP kaynakları: 240 dijital sinyal işleme birimi (DSP Dilimleri) ile donatılmıştır, filtreleme, Hızlı Fourier Dönüşümü (FFT) ve konvolüsyon gibi dijital sinyal işleme algoritmalarını verimli bir şekilde uygulayabilir, makine görüşü ve ses işleme gibi senaryolarda donanım hızlandırma için uygundur;

- G/Ç Kaynakları: 220 kullanıcı G/Ç pini sağlar, 3,3V/1,8V/1,5V çok seviyeli voltajları destekler, farklı voltaj seviyelerinde çalışan harici cihazlarla esnek arayüzlemeye izin verir. Ayrıca GPIO genişletmesini (64 adede kadar GPIO pini) destekler, endüstriyel kontrol uygulamalarındaki birden fazla sensör ve aktüatörün bağlantı gereksinimlerini karşılar.

PS ve PL Arasındaki İşbirliği Mekanizması

PS ve PL tarafları, 10 GB/s'nin üzerinde bant genişliği ve nanosaniye aralığı kadar düşük etkileşim gecikmesi sunan bir AXI 4.0 veri yolu aracılığıyla sıkıca bağlanmıştır. Geleneksel harici veri yollarının (PCIe ve seri portlar gibi) mikrosaniye düzeyindeki gecikmesiyle karşılaştırıldığında, bu donanım-yazılım işbirliğinin verimliliğini önemli ölçüde artırır. Bu işbirliği mekanizması, geliştiricilerin görevleri uygun şekilde ayırmasına olanak tanır: PS tarafı işletim sistemini (Linux, FreeRTOS veya VxWorks gibi) çalıştırmaktan ve karmaşık yazılım mantığını (protokol yığınları, insan-makine etkileşimi ve veri karar verme gibi) işlemden sorumludur; PL tarafı donanım hızlandırmayı (görüntü ön işleme, yüksek hızlı G/Ç yanıtı ve özel protokol ayrıştırma gibi) uygulamaktan sorumludur. Birlikte çalışarak, ikisi sistem esnekliğini sağlarken genel performansı artırır.

III. Ayrıca, bu çip otomotiv elektroniğinde (araç içi eğlence sistemleri ve ADAS sürücü destek ön işlemesi gibi), tıbbi cihazlarda (taşınabilir teşhis aletleri gibi) ve tüketici elektroniğinde (akıllı terminal kontrol modülleri gibi) uygulanabilir. Esnekliği ve uygun maliyetli olması sayesinde, orta ila düşük karmaşıklıktaki gömülü sistemler için tercih edilen seçenektir.

Çekirdek Avantajları

1. Heterojen Yakınsama, Esneklik ve Performansı Dengeleme: Geleneksel 'işlemci + FPGA' ayrı tasarımlarının sınırlamalarını aşarak, bu tek çipli çözüm genel amaçlı bilgi işlem ile donanım hızlandırma yeteneklerini entegre eder. PS tarafı esnek yazılım geliştirmeyi kolaylaştırırken, PL tarafı özel donanım hızlandırmayı uygular, sistem entegrasyonunu önemli ölçüde artırır ve geliştirme döngülerini kısaltır;

2. Dengeli Performans, Birden Fazla Senaryo İçin Uygun: Çift çekirdekli Cortex-A9 işlemcinin bilgi işlem gücü, orta ila düşük karmaşıklıktaki genel amaçlı görevlerin taleplerini karşılar, PL tarafı mantık kaynakları ise donanım gereksinimlerine esnek bir şekilde uyum sağlayabilir, basit arayüz genişletmelerinden karmaşık algoritma hızlandırmalarına kadar değişen karmaşıklıkta, geniş bir uygulama senaryosu yelpazesini kapsar;

3. Düşük güç tüketimi ve yüksek güvenilirlik: Olgun bir 40nm işlem ve -1 hız sınıfı optimizasyonu kullanarak, tam yükte güç tüketimi yalnızca 1,5W'tır. Dinamik frekans ölçeklendirme ve kısmi modül uyku modları desteği, fansız endüstriyel ekipmanların termal gereksinimlerini karşılar; ticari sınıf sıcaklık aralığı maliyeti endüstriyel sınıf kararlılıkla dengeler, bu da onu zorlu ortamlara dağıtım için uygun hale getirir;

4. Zengin arayüzler, basitleştirilmiş çevre birimi tasarımı: Gigabit Ethernet, USB ve CAN gibi ana akım iletişim arayüzlerini ve bir DDR3 bellek denetleyicisini entegre eder, ek harici çiplere ihtiyaç duymadan çekirdek fonksiyonların uygulanmasını sağlar, böylece PCB yerleşim karmaşıklığını ve donanım maliyetlerini azaltır;

5. Olgun geliştirme ekosistemi, geliştirme engelini düşürür: Xilinx'in kapsamlı geliştirme araç zincirinden yararlanarak, donanım ve yazılımın ortak tasarımını destekler, heterojen sistemlerin geliştirilmesinin karmaşıklığını önemli ölçüde azaltır, proje uygulamasını hızlandırmak için zengin referans tasarımları ve IP çekirdekleri sağlar.Ayrıca, bu çip otomotiv elektroniğinde (araç içi eğlence sistemleri ve ADAS sürücü destek ön işlemesi gibi), tıbbi cihazlarda (taşınabilir teşhis aletleri gibi) ve tüketici elektroniğinde (akıllı terminal kontrol modülleri gibi) uygulanabilir. Esnekliği ve uygun maliyetli olması sayesinde, orta ila düşük karmaşıklıktaki gömülü sistemler için tercih edilen seçenektir.

XC7Z020-1CLG400C

İçin Tipik Uygulama Senaryoları

XC7Z020-1CLG400C'nin performans özellikleri ve mimari avantajları göz önüne alındığında, endüstriyel kontrol, makine görüşü, iletişim ağ geçitleri ve kenar bilgi işlem gibi orta ila düşük karmaşıklıktaki gömülü senaryolarda yaygın olarak kullanılır, genel amaçlı bilgi işlem ile donanım hızlandırma arasında köprü kuran çekirdek çip olarak hizmet eder.

Endüstriyel Otomasyon

PLC'ler (Programlanabilir Mantık Denetleyicileri) ve hareket denetleyicileri gibi cihazlarda, PS tarafı mantık kontrol komutlarını, insan-makine etkileşimini ve iletişim görevlerini işlemek için gerçek zamanlı bir işletim sistemi (VxWorks veya FreeRTOS gibi) çalıştırır, PL tarafı ise yüksek hızlı G/Ç yanıtını (200 ns düzeyinde dijital giriş/çıkış gibi), çok eksenli motor kontrolünü (EtherCAT slave protokol yığını gibi) ve donanım düzeyinde mantık işlemlerini uygular. Bir müşteri vaka çalışması, bu çipi kullanan bir hareket denetleyicisinin, ±0,01 mm konumlandırma doğruluğu ile aynı anda 8 eksenli servo kontrolünü destekleyebildiğini ve geleneksel çözümlere kıyasla geliştirme döngüsünü %40 azalttığını göstermektedir.

Makine Görüşü ve Kenar Algılama

Endüstriyel kameralar ve akıllı kameralar gibi cihazlarda, PL tarafı görüntü gürültü giderme ve özellik çıkarma (örneğin, SIFT/HOG algoritmaları) için donanım hızlandırmayı sağlar, ARM tabanlı saf yazılım çözümlerinden 10 ila 100 kat daha hızlı işlem hızlarıyla; PS tarafı, önceden işlenmiş görüntü verilerini Ethernet veya USB üzerinden bir sunucuya yüklemekten veya doğrudan kontrol komutlarını tetiklemekten sorumludur. Örneğin, bir vizyon denetim ekipmanı üreticisi bu çipi benimsedikten sonra, tek bir 1280×720 görüntü karesinin ön işleme süresi 120 ms'den 15 ms'ye düşürülerek üretim hattı denetim verimliliği etkili bir şekilde artırıldı.

İletişim Ağ Geçitleri ve Protokol Dönüşümü

Endüstri 4.0'ın ilerlemesiyle birlikte, farklı cihazlar (Modbus, Profinet ve CANopen gibi) arasındaki protokol dönüşümüne olan talep arttı. XC7Z020-1CLG400C'nin PS tarafı bir Linux sistemi çalıştırabilir ve protokol yığınlarını entegre edebilir, PL tarafı ise yumuşak IP çekirdekleri (özelleştirilmiş RS-485'ten Ethernet'e dönüşüm gibi) aracılığıyla protokol ayrıştırmayı uygular, nihayetinde "çoklu giriş, çoklu çıkış" ağ geçidi işlevselliğini gerçekleştirir. Pratik testler, bu çipin farklı protokollerden beş veri akışını aynı anda 5 ms'den az gecikme ve 1e-6'dan az bit hata oranı ile işleyebildiğini göstermektedir.

Gömülü Kenar Bilgi İşlem

Nesnelerin İnterneti kenar cihazlarında, bu çip sensörden toplanan verilerin yerel olarak işlenmesini ve analiz edilmesini sağlar (sıcaklık ve nem verileri için gerçek zamanlı izleme ve anomali uyarıları gibi), veri iletim hacimlerini azaltır ve yanıt hızlarını iyileştirir. PS tarafı hafif kenar bilgi işlem algoritmalarını çalıştırır, PL tarafı ise sensör verilerinin yüksek hızlı alınmasını ve ön işlenmesini yönetir. Aynı zamanda, diğer cihazlarla iletişim kurmak ve etkileşimde bulunmak için zengin bir arayüz dizisi kullanır, akıllı cihaz kontrolünü sağlar.

Diğer UygulamalarAyrıca, bu çip otomotiv elektroniğinde (araç içi eğlence sistemleri ve ADAS sürücü destek ön işlemesi gibi), tıbbi cihazlarda (taşınabilir teşhis aletleri gibi) ve tüketici elektroniğinde (akıllı terminal kontrol modülleri gibi) uygulanabilir. Esnekliği ve uygun maliyetli olması sayesinde, orta ila düşük karmaşıklıktaki gömülü sistemler için tercih edilen seçenektir.

V.

XC7Z020-1CLG400C