Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd fournit et recycle le SoC de la série Xilinx Zynq-7000Le système de contrôle de l'équipement doit être équipé d'un système de contrôle de l'équipement.une puce ARM Cortex-A9 à double cœur.
En tant que modèle phare de la série Zynq-7000, leLe système de contrôle de l'équipement doit être équipé d'un système de contrôle de l'équipement.est devenu le "choix privilégié" pour des applications telles que la commande industrielle, la vision artificielle et les passerelles de communication, grâce à sa configuration de performance équilibrée,un support étendu de l'interface et un écosystème de développement matureEn outre, l'intégration approfondie de son processeur ARM Cortex-A9 dual-core avec logique programmable a permis un paradigme de conception efficace caractérisé par une co-conception matériel-logiciel.
I. Analyse du positionnement et de la dénomination desLe système de contrôle de l'équipement doit être équipé d'un système de contrôle de l'équipement.La puce
Le XC7Z020-1CLG400C est un modèle de base de la série Xilinx Zynq-7000 de SoC, appartenant à la catégorie des SoCs programmables.des solutions informatiques hétérogènes hautement flexibles et rentables pour des applications intégrées de complexité moyenne à faibleSon nom de modèle intègre des informations clés sur les spécifications, ce qui facilite l'identification et la sélection rapides par les ingénieurs:
- XC: le préfixe standard pour les puces Xilinx, indiquant que la puce est conçue et fabriquée par Xilinx;
- 7Z: représente la série Zynq-7000, où 7 correspond à l'architecture FPGA de la série 7 et Z désigne le SoC hétérogène Zynq;
- 020: représente le modèle de puce spécifique, correspondant à l'échelle des ressources logiques (configuration moyenne à basse gamme),la distinguant des modèles 7010 (bas de gamme) et 7030 (haut de gamme) de la même série;
- -1: indique la catégorie de vitesse correspondant à l'optimisation des performances de qualité industrielle, en accordant la priorité à la faible consommation d'énergie et à la stabilité,d'une puissance de sortie supérieure à 50 W,;
- CLG400: indique les spécifications de l'emballage, en utilisant l'emballage BGA de la série CLG avec 400 broches; la taille compacte de l'emballage convient aux mises en page de PCB à haute densité;
- C: représente la plage de température de qualité commerciale (0°C à 85°C), tout en répondant aux exigences de stabilité de base des applications industrielles, équilibrant le coût et la fiabilité.
La puce utilise un processus CMOS de 40 nm (un processus mature pour l'architecture Artic-7), ce qui réduit les coûts de fabrication tout en assurant des performances.Il convient au contrôle des coûts dans les produits produits en série et constitue un choix idéal à la fois pour la vérification des prototypes et le déploiement de la production en série..
II. Le secteur privéLe système de contrôle de l'équipement doit être équipé d'un système de contrôle de l'équipement.Architecture du noyau: convergence hétérogène de Cortex-A9 ARM à double noyau et FPGA
L'innovation de base du XC7Z020-1CLG400C réside dans son architecture étroitement couplée de système de traitement (PS) + logique programmable (PL),Les deux composants interagissent à des vitesses de nanosecondes via un bus AXI à grande vitesse sur la puce, dépassant de loin l'efficacité de communication des solutions traditionnelles ARM + FPGA externes.Cela réalise vraiment la philosophie de conception collaborative de hardware défini par logiciel et logiciel accéléré par logicielL'architecture de base est divisée en deux parties: le côté PS (dual-core ARM Cortex-A9) et le côté PL (Artix-7 FPGA).
Côté PS: Processeur ARM Cortex-A9 à deux cœurs
Le côté PS sert de noyau de calcul à usage général, intégrant deux processeurs ARM Cortex-A9 MPCore.il est spécialement conçu pour des applications embarquées de performances moyennes à élevéesLes principales caractéristiques sont les suivantes:
- Paramètres de performance: fréquence de fonctionnement jusqu'à 667 MHz (opération stable à 650 MHz dans des conditions typiques), avec prise en charge de l'échelle dynamique de fréquence;DMIPS à un seul cœur (Dhrystone MIPS) est d'environ 1.98, tandis que la capacité de calcul théorique maximale des deux noyaux atteint 2,668 DMIPS, répondant pleinement aux exigences de calcul à usage général de scénarios tels que le contrôle industriel,le traitement des protocoles de communication et de l'informatique de bord;
- Configuration du cache: chaque noyau est équipé d'un cache d'instructions de niveau 1 (I-Cache) de 32 Kb et d'un cache de données de niveau 1 (D-Cache) de 32 Kb. Les deux noyaux partagent un cache de niveau 2 (L2 Cache) de 512 Kb,qui prend en charge la correction des erreurs ECC, améliorant efficacement l' efficacité de l' accès aux données et la stabilité de la transmission des données tout en réduisant les pertes de performances causées par des manquements de cache;
- Évolutivité: prend en charge le coprocesseur ARM NEON SIMD et l'unité à virgule flottante (VFPv3) à double précision, permettant un traitement efficace des données multimédias et des opérations en virgule flottante;et convient à des scénarios tels que l'inférence d'IA légère et le traitement du signal; prend en charge la technologie de sécurité TrustZone, le jeu d'instructions Thumb-2 et l'environnement d'exécution Jazelle RCT, équilibrant la sécurité avec l'efficacité de l'exécution des instructions;
- Mémoire et contrôle sur puce: RAM intégrée de 256 Kb (OCM) avec une latence d'accès inférieure à 10 cycles d'horloge, adaptée au stockage d'images de démarrage, de tables vectorielles d'interruption et de données critiques en temps réel,permettant le démarrage et le fonctionnement de base sans avoir besoin de mémoire externe; ROM de démarrage intégrée sur la puce prenant en charge plusieurs méthodes de démarrage (JTAG, carte SD, QSPI Flash, etc.), adaptée à divers scénarios de développement et de production de masse.
En outre, le côté PS intègre un ensemble complet de contrôleurs périphériques, y compris un contrôleur de mémoire DDR3/DDR3L (supportant des interfaces 16 bits ou 32 bits, avec une vitesse maximale de 1866 Mbps),deux MAC Ethernet à trois vitesses 10/100/1000, deux périphériques USB 2.0 OTG et plusieurs interfaces UART, SPI et I2C, permettant une connexion directe à des périphériques de stockage et de communication externes,en réduisant ainsi les coûts associés à la sélection et à la mise en place des puces périphériques.
PL côté: Artix-7 architecture ressources logiques programmables
Le côté PL sert de noyau d'accélération matérielle de la puce.permettant de personnaliser les fonctions matérielles en fonction des exigences pour obtenir un traitement de données à grande vitesseLa configuration des ressources de base est la suivante:
- Éléments logiques (LE): fournit 53 200 éléments logiques, capables de mettre en œuvre des fonctions logiques numériques complexes telles que les extensions de bus UART/CAN, les algorithmes de commande moteur et le pré-traitement d'images.Comparé aux modèles 7010 (28k LE) et 7030 (110k LE) de la même série, cette échelle de ressources couvre parfaitement les exigences de l'ensemble du cycle de vie, de la vérification du prototype au déploiement de masse;
- Ressources de mémoire: inclut 2,1 Mbits de RAM de bloc (BRAM), configurable en mode double 18 Kb, prenant en charge le véritable accès à deux ports.et applications similaires, répondant aux exigences des scénarios de traitement de données à large bande passante;
- ressources DSP: équipées de 240 unités de traitement du signal numérique (DSP Slices), capables de mettre en œuvre efficacement des algorithmes de traitement du signal numérique tels que le filtrage,Transformation de Fourier rapide (FFT) et convolutions, adapté à l'accélération matérielle dans des scénarios tels que la vision artificielle et le traitement audio;
- Ressources d'E/S: fournit 220 broches d'E/S utilisateur, prenant en charge des tensions multi-niveaux de 3,3 V/1,8 V/1,5 V, permettant une interface flexible avec des appareils externes fonctionnant à différents niveaux de tension.Il prend également en charge l'expansion GPIO (jusqu'à 64 broches GPIO), répondant aux exigences de connexion pour plusieurs capteurs et actionneurs dans les applications de commande industrielle.
Mécanisme de coopération entre PS et PL
Les côtés PS et PL sont étroitement couplés via un bus AXI 4.0, offrant une bande passante de plus de 10 Go/s et une latence d'interaction aussi faible que la gamme des nanosecondes.Comparé à la latence de microsecondes des bus externes traditionnels (comme les ports PCIe et série)Ce mécanisme de coopération permet aux développeurs de répartir les tâches de manière appropriée:le côté PS est responsable de l'exécution du système d'exploitation (comme Linux, FreeRTOS ou VxWorks) et gérer la logique logicielle complexe (comme les protocoles, l'interaction homme-machine et la prise de décision par les données);le côté PL est responsable de la mise en œuvre de l'accélération matérielle (comme le pré-traitement d'imageEn travaillant en tandem, les deux assurent la flexibilité du système tout en améliorant les performances globales.
III. Principaux avantages de laLe système de contrôle de l'équipement doit être équipé d'un système de contrôle de l'équipement.
1- Convergence hétérogène, équilibrage de la flexibilité et des performances: briser les limites des conceptions traditionnelles séparées de processeur + FPGA,Cette solution à puce unique intègre l'informatique générale avec des capacités d'accélération matérielleLe côté PS facilite le développement de logiciels flexibles, tandis que le côté PL met en œuvre une accélération matérielle personnalisée, améliorant considérablement l'intégration du système et raccourcissant les cycles de développement;
2Performance équilibrée, adaptée à plusieurs scénarios: la puissance de calcul du processeur Cortex-A9 à double noyau répond aux exigences des tâches générales de complexité moyenne à faible.tandis que les ressources logiques côté PL peuvent s'adapter de manière flexible aux exigences matérielles de complexité variable, allant des extensions d'interface simples à l'accélération d'algorithmes complexes, couvrant un large éventail de scénarios d'application;
3Faible consommation d'énergie et fiabilité élevée: en utilisant un procédé mature de 40 nm combiné à une optimisation de niveau de vitesse -1, la consommation d'énergie à pleine charge n'est que de 1,5 W.La prise en charge de l'échelle de fréquence dynamique et des modes de veille partielle du module répond aux exigences thermiques des équipements industriels sans ventilateur; la plage de température de qualité commerciale équilibre le coût avec la stabilité de qualité industrielle, ce qui la rend adaptée au déploiement dans des environnements difficiles;
4. Des interfaces riches, une conception périphérique simplifiée: intègre des interfaces de communication traditionnelles telles que Gigabit Ethernet, USB et CAN, ainsi qu'un contrôleur de mémoire DDR3,permettant la mise en œuvre de fonctions de base sans avoir besoin de puces externes supplémentaires, réduisant ainsi la complexité de la mise en page des circuits imprimés et les coûts matériels;
5. écosystème de développement mature, abaissant les barrières au développement: tirant parti de la chaîne complète d'outils de développement de Xilinx, il prend en charge la co-conception de matériel et de logiciels,Réduction significative de la complexité du développement de systèmes hétérogènes, tout en fournissant une multitude de conceptions de référence et de cœurs de PI pour accélérer la mise en œuvre du projet.
IV. Scénarios d'application typiques pour lesLe système de contrôle de l'équipement doit être équipé d'un système de contrôle de l'équipement.
Compte tenu des caractéristiques de performance et des avantages architecturaux du XC7Z020-1CLG400C, il est largement utilisé dans des scénarios intégrés de complexité moyenne à faible, tels que le contrôle industriel, la vision automatique,les passerelles de communication et l'extrémité informatique, servant de puce de base qui relie l'informatique à usage général et l'accélération du matériel.
Automatisation industrielle
Dans les dispositifs tels que les PLC (Programmable Logic Controllers) et les contrôleurs de mouvement, le côté PS exécute un système d'exploitation en temps réel (tel que VxWorks ou FreeRTOS) pour gérer les commandes de contrôle logique,tâches d'interaction et de communication homme-machine, tandis que le côté PL implémente une réponse d'E/S à haute vitesse (comme une entrée/sortie numérique au niveau de 200 ns),commande moteur multi-axe (comme la pile de protocole EtherCAT) et opérations logiques au niveau matérielUne étude de cas réalisée par un client démontre qu'un contrôleur de mouvement utilisant cette puce peut simultanément prendre en charge un contrôle servo à 8 axes avec une précision de positionnement de ±0,01 mm,en réduisant le cycle de développement de 40% par rapport aux solutions traditionnelles.
Visions mécaniques et détection des bords
Dans les appareils tels que les appareils photo industriels et les appareils photo intelligents, le côté PL permet l'accélération matérielle pour le dénouement d'image et l'extraction de fonctionnalités (par exemple, les algorithmes SIFT / HOG),avec des vitesses de traitement 10 à 100 fois plus rapides que les solutions logicielles pures basées sur ARM; le côté PS est chargé de télécharger des données d'image pré-traitées sur un serveur via Ethernet ou USB, ou de déclencher directement des commandes de commande.après qu'un fabricant d'équipement d'inspection visuelle ait adopté cette puce, le temps de pré-traitement pour un seul cadre d'image 1280×720 a été réduit de 120 ms à 15 ms, améliorant ainsi efficacement l'efficacité de l'inspection de la chaîne de production.
Portes de communication et conversion de protocole
Avec l'avancement de l'industrie 4.0, la demande de conversion de protocole entre différents appareils (tels que Modbus, Profinet et CANopen) a explosé.Le côté PS du XC7Z020-1CLG400C peut exécuter un système Linux et intégrer des protocoles, tandis que le côté PL implémente l'analyse du protocole via des cœurs IP souples (tels que la conversion personnalisée RS-485-à-Ethernet), réalisant finalement la fonctionnalité de la passerelle à entrées et sorties multiples.Les tests pratiques montrent que cette puce peut traiter simultanément cinq flux de données de protocoles différents avec une latence inférieure à 5 ms et un taux d'erreur de bit inférieur à 1e-6.
L'informatique de bord intégrée
Dans les périphériques périphériques de l'IoT, cette puce permet le traitement et l'analyse locaux des données collectées par les capteurs (tels que la surveillance en temps réel et les alertes d'anomalie pour les données de température et d'humidité),réduire les volumes de transmission de données et améliorer les vitesses de réponseLe côté PS exécute des algorithmes de calcul de bord légers, tandis que le côté PL gère l'acquisition à grande vitesse et le prétraitement des données des capteurs.il utilise un large éventail d'interfaces pour communiquer et interagir avec d'autres appareils, permettant le contrôle intelligent des dispositifs.
Autres applications
En outre, cette puce peut être utilisée dans l'électronique automobile (tels que les systèmes d'infotainment embarqués et le pré-traitement ADAS d'assistance au conducteur),les dispositifs médicaux (tels que les instruments de diagnostic portables)Grâce à sa flexibilité et à son rapport coût-efficacité, il est le choix préféré pour les systèmes embarqués de complexité moyenne à faible.
V. Résumé de laLe système de contrôle de l'équipement doit être équipé d'un système de contrôle de l'équipement.
Le SoC de la série Xilinx Zynq-7000, le XC7Z020-1CLG400C, est basé sur un processeur ARM Cortex-A9 dual-core et intègre des ressources logiques programmables basées sur l'architecture Artix-7.Grâce à une architecture hétérogène étroitement couplée, il parvient à un équilibre parfait entre l'informatique à usage général et l'accélération du matériel.La fiabilité élevée et l'écosystème de développement mature lui confèrent des avantages significatifs dans les scénarios intégrés de complexité moyenne à faible, tels que le contrôle industriel., les passerelles de vision automatique et de communication.Il répond non seulement aux exigences de contrôle des coûts des produits produits en série, mais s'adapte également de manière flexible aux besoins de personnalisation fonctionnelle de différents scénarios, servant de pont entre la flexibilité du logiciel et les performances élevées du matériel.
Pour les développeurs, cette puce réduit non seulement le seuil de développement pour les systèmes hétérogènes, mais elle raccourcit également les cycles de développement des projets et améliore l'intégration des systèmes,Ce qui en fait un choix idéal à la fois pour la validation des prototypes et le déploiement de la production en série.Pour les applications industrielles, l'architecture convergée ARM+FPGA offre un support matériel fiable pour le développement intelligent et efficace des systèmes embarqués,stimuler les améliorations technologiques dans des secteurs tels que l'industrie et l'Internet des objets.
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