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软硬件全可编程的Xilinx Zynq-7000S 器件助你实现更具性价比、更灵活的嵌入式解决方案

2017-12-29 10:56更新
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根据历年电子嵌入式市场研究报告,超过50%以上的嵌入式系统设计只使用到一个微处理核,这是在综合成本、功耗等多方面因素考量的结果。

2016年下半年,全球领先的可编程逻辑完整解决方案供应商Xilinx(赛灵思)推出了Zynq SoC系列的一个分支——Zynq-7000S SoC系列,这是在原有的Zynq-7000以及 Zynq UltraScale+ MPSoC系列产品上新增的一个产品。新系列Zynq-7000S包含了三款新器件:Zynq 7007S,Z7012S 以及 Z7014S,这三款器件专门针对入门级的嵌入式设计,因此相比Zynq-7000 SoC 系列的其它产品在资源上有所删减。具体如下:

从双核ARM Cortex-A9处理器减为单核ARM Cortex-A9处理器,并且主频也有所降低,Zynq Z-7000S 中的处理器最高主频为766MHz, 而Zynq-7000 SoC 其它产品的主频达866MHz~1GHz。

另外,三款新的Zynq-7000S 产品在片上可编程逻辑资源上比其它Zynq-7000 SoC 产品相对少一些。

当然,说资源减弱也是相对自己原先Zynq-7000 产品系列而言,而相比市面上传统、单一的嵌入式解决方案,Zynq 7000S SoC以ARM Cortex-A9处理器+片上可编程逻辑资源的高性能与灵活性带来了无与伦比的“万金油角色”优势。因此,在一些中低端的嵌入式系统设计领域, Zynq-7000S产品不但带来了强大的性能保证,更是让设计变得更加灵活多样。

具体来认识下Xilinx新推出的Zynq-7000S系列产品,如下图所示。

zynq-7007s3

三款全新的赛灵思Zynq-7000S产品采用28nm Artix-7 可编程逻辑与单核 ARM Cortex-A9 处理器结构,不但能够实现 FPGA 的高度灵活性和可扩展性,同时还能带来类似于 ASIC 的高性能和低功耗,以及 ASSP 的易用性,集成的ARM 处理器的软件可编程性与 FPGA 的硬件可编程性,不仅可实现重要分析与硬件加速,同时还在单个器件上高度集成 CPU、DSP、ASSP 以及混合信号功能。同时Zynq-7000S器件还整合了在几款Zynq Z-7000 系列中的高速串行收发器(包括Zynq Z-7012S 中的4个6.6Gbps GTP收发器,配备有通用固化外设),所实现的成本优化系统集成是电机控制与嵌入式视觉等工业物联网应用的理想选择,可以在更小嵌入式系统设计中为设计者提供更多选择。

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Zynq-7000S系列产品特性:

更智能 & 优化 & 最安全的解决方案

  • 实现差异化、分析和控制功能的创新型 ARM + FPGA 架构
  • 巨大的 OS、中间件、协议栈、加速器和 IP 生态环境
  • 多级别的软硬件安全

无与伦比的集成、高性能和低功耗

  • 通过集成功能交付实际上的全可编程平台
  • 通过精心优化的架构提供系统级性能
  • 为交付最低系统功耗而精心设计

业经验证的高效生产力

  • 最灵活、可扩展的平台,实现最大重复使用和最佳 TTM
  • 行业领先设计工具、 C/C++、Open CL 设计抽象
  • 最丰富的软硬件设计工具、SoM、设计套件和参考设计产品组合

基于Zynq-7000S的行业应用

Xilinx Zynq-7000S通过适当的缩减资源来降低成本,不但扩展了Zynq-7000系列产品面向中低端平台的低成本优势,更是给中低端的嵌入式系统设计带来了强大的性能保证,同时也让设计变得更加灵活多样。下面则是几个基于Zynq-7000S的行业应用,助你实现更具性价比、更灵活的嵌入式解决方案。

多轴马达控制

今天的工厂大量使用电机,因此马达控制器会对整体功耗有极大的影响。Xilinx Zynq-7000S器件可以提供用于嵌入式控制器 MicroBlaze 或 Cortex A9 的软件层,这可以确保为不同执行器硬件(对模块化开发非常重要)提供通用 API。针对所有业界一流的设计环境(包括 Simulink 和 Scilab)提供各种接口,并提供支持 NI LabView 的综合 GUI。

Xilinx 马达控制解决方案通过使用可编程逻辑,在全面确定的情况下将出色的精确度和独特的可扩展性整合在一起。Xilinx FPGA 和 SoC 具有超长产品使用寿命并可通过可编程性实现高度的灵活性,因此非常适合各种产品平台。

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使用 Zynq-7000S进行设计的优势:

  • 面向高性能控制和系统通信的 ARM Cortex-A9
  • 通过优化的脉冲宽度模块设计,实现更高性能、更低攻耗
  • 带有 AnyBus IP 的单 API,连接多个工业以太网标准
  • 单芯片设计,实现更高可靠性
  • 一整套生产就绪型 IP,实现更佳设计生产力

Xilinx Zynq-7000S器件针对马达控制器提供的全可编程解决方案是实现最低功耗控制器、最高工作效率马达以及低总体拥有成本的理想选择。

机器视觉系统

今天,机器视觉系统部署在产品检验的主要应用基础之上,可缓解人力参与普通重复任务的需求。除其它众多功能外,视觉系统还能检测产品存在/缺失、测量边缘和宽度等重要指标、定位/布局对象以及机器人拾起和放下零部件的引导运动控制。

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使用 Zynq-7000S进行设计的优势:

  • 适用于高级元数据处理及外部系统通信的 ARM Cortex-A9
  • 采用可编程逻辑支持多个传感器及连接选项的高灵活性
  • 通过系统内可编程逻辑实现硬件定义与分析
  • 采用 SDSoC 基于 C 语言的设计流程提高设计生产力

集成式 PLC、HMI 和运动控制功能

Xilinx Zynq-7000S 器件支持新一代集成式 HMI,其采用丰富的图形用户界面,包括 PLC 和运动控制功能,而且能连接到任何工业网络。

可编程逻辑控制器 (PLC) 及人机接口 (HMI) 是生产现场的中央器件,不仅可控制各项功能,而且还可由工作人员做决策。PLC 和 HMI 在尺寸方面的发展是背道而驰的,因为前者利用底层技术不断缩小尺寸,后者通过同样的技术转换扩大尺寸。这些通过 Xilinx 全可编程解决方案实现的技术改进可充分满足这些器件工作所必须的尺寸、稳定性及可靠性需求。

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使用 Zynq-7000S进行设计的优势:

  • 面向高速 I/O 数据管理的 ARM Cortex-A9
  • 将 CPU 功能交由集成型可编程逻辑执行,可提高系统性能
  • CPU 与 I/O 背板之间的片上 AXI 接口可大幅缩短时延,降低功耗,并可显著缩小系统尺寸
  • 高层次集成可减少芯片数量,降低材料清单成本
  • 单芯片 SIL-3 安全模块

基于Zynq-7000S的开发套件推荐

Zynq-7000S系列器件的推出可以说是Xilinx向中低端嵌入式平台让步的做法,在保持着不错的性能优势前提下有有着极为难得的性价比,下面推荐几款目前市面上基于了Zynq-7000S器件打造的评估套件。

安富利MiniZed开发套件   89美金

安富利推出的MiniZed是一款单核 Zynq 7Z007S 开发板,该紧凑型设计可通过 USB、Wi-Fi 和蓝牙进行板载连接。外设可插入 Pmod 兼容型双路连接器、Arduino 兼容型保护盾接口或 USB 2.0 主机接口中。JTAG 电路整合在 MiniZed 基板中,因此可为您准备启动和运行的膝上型电脑提供一根微型 USB 线缆。用户 LED 的一个按钮及开关允许使用物理电路板接口。

为 QSPI 闪存、DDR3L 内存以及板载 eMMC 提供 Micron 内存解决方案,而非外部 SD 卡。Murata 型 1DX 无线解决方案整合 802.11b/g/n Wi-Fi 和蓝牙 4.1,其可提供蓝牙经典低能耗 (BLE)。Dialog 的集成型电源可生成所有板载电压,而辅助电源输入则可用于为需要附加电流的设计供电。从 STMicro 来看,有一个板载动作及温度传感器和一个数字麦克风。

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MiniZed硬件框图

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MiniZed套件特性:

  • Xilinx Zynq XC7Z007S SoC
  • ST Micro 加速计及温度传感器
  • ST Micro 数字 MEMS 麦克风
  • USB 2.0 主机 (Microchip PHY)、2 x Pmod、Arduino 接口
  • 用户按钮、开关、2 x OSRAM 双元素 LED
  • Dialog 半导体 PMIC
  • Micron 512 MB DDR3L、128 Mb QSPI 闪存、8GB eMMC
  • Murata 蓝牙 4.1 + EDR
  • Murata Wi-Fi 802.11b/g/n
  • 板载 USB 至 JTAG 及调试 UART 电路


Trenz Electronic   基于树莓派外形的 TE0726-03-07S-1C   125美金

Trenz Electronic的这款板子前段时间看到的时候还是115美金,现在涨了10美金了。TE0726-03-07S-1C是一款基于树莓派外形打造的FPGA开发板,板载Xilinx Zynq-7007S,512MB DDR3L SDRAM,具有4个板载USB接口,一个MicroSD接口,一个以太网接口以及16MB的SPI Flash。

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TE0726-03-07S-1C特性:

  • Xilinx Zynq XC7Z007S-1CLG225C,单核ARM Cortex-A9处理器,最高支持766MHz主频
  • 512 MB DDR3L SDRAM,16 MB SPI Flash
  • 带以太网接口的LAN9514 USB Hub、Micro SD卡接口、HDMI接口、3.5mm音频接口(PWM音频输出)
  • DSI接口、CSI-2接口、Micro USB接口,最大26pin扩展IO口

Trenz Electronic   "ArduZynq" TE0723-03-07S-1C  110美金

"ArduZynq" TE0723-03-07S-1C是Trenz Electronic公司推出的另一个基于Arduino外形的FPGA开发板(前段时间看到是100美金,涨了10美金),板载同样是Xilinx Zynq-7007S SoC器件,并且搭载了512MB DDR3L,16MB SPI Flash,一个MicroSD接口。

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ArduZynq" TE0723-03-07S-1C特性与优势:

  • Xilinx Zynq-7000S XC7Z007S-1CLG225C,单核ARM Cortex-A9处理器,最高主频766MHz
  • 兼容Arduino外形
  • 512 MB DDR3L
  • 16 MB SPI Flash
  • 低功耗12 MHz MEMS Oscillator
  • 高速USB2.0 ULPI收发器
  • 23个 FPGA 扩展引脚
  • MicroSD接口
  • Micro USB OTG
  • RGB LED (PL I/O connected)
  • 板载USB JTAG/UART


米尔科技Z-turn Lite  69美金

Z-turn Lite是米尔科技推出的一款Z-turn精简版开发板。主板基于ZYNQ-7000S系列中的XC7Z007S单核ARM+FPGA的SOC为核心(可选XC7Z010),搭载开发必备的10/100/1000M网口、USB OTG、TF卡、JTAG接口,其余接口通过扩展引出,方便用户以最低成本实现芯片评估和产品开发,资料提供包括用户手册,原理图,软件源代码等,同时为开发者提供了完善的软件开发环境,降低产品开发周期,实现产品快速上市。

6407转自EEboar

Z-turn  Lite硬件框图

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米尔科技Z-turn Lite开发板特性:

  • Xilinx Zynq XC7Z007S
  • 4GB EMMC
  • 16MB QSPI Flash
  • 512MB DDR3 SDRAM(2 x 256MB),32bit数据总线
  • 10/100/1000Mb/s以太网
  • 外设接口及资源
  • 存储卡接口: 1路 TF 卡接口
  • USB接口: 1 路 MINI USB接口 (OTG)
  • 数据传输接口: 1路10/100/1000Mb/s以太网接口
  • 2个按键(1个复位,1个用户)
  • LED指示灯: 1个用户灯(系统运行呼吸灯) ;1个FPGA配置完成指示灯 ;1个FPGA初始化指示灯 ;1个电源指示灯 ;1个USB过流错误指示灯
  • 调试接口: 1个14PIN双排JTAG调试接口,间距2.54mm ;1 路 UART调试串口
  • 扩展接口: 1个120PIN双排接口

综合看下来,这4款基于Xilinx Zynq-7000S 开发套件的资源基本都是以价格来划分,贵的自然板载资源多,便宜的板载资源自然少,定价还是相对合理的。不过,从提供的配套资料来看,安富利的MiniZed资源整合较为清晰,有专门的学习课程跟着学习,对于初学者来说,非常不错;myir科技的Z-turn lite也提供了板子上驱动的开源代码,板子外设扩展较为灵活,但是连板载下载器也没有,如果开发还需要额外购买一个100左右的仿真器,所以这是这里面唯一一款价格在500RMB一下的开发板,对于喜欢自己折腾外设扩展的用户来说不错。

另外米尔科技还为此开发板提供了扩展板Z-turn Lite IO Cape,可以进一步评估板子的功能,但这样成本又上来了,用户可以酌情考虑;Trenz Electronic的两个基于Xilinx Zynq-7000S开发板外形最为亲用户,分别基于Arduino以及树莓派的外形打造,让人感觉非常亲切,上手也较为容易,而且其德国制造的品质肯定也能吸引一部分用户,只不过Trenz Electronic的一些视频教程都放在youtube上,对于国内的用户来说,学习不太方便。

文章转自EEboard


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