会社ブログについて ザイリンクス Zynq-7000 シリーズ SoC XC7Z020-1CLG400C デュアルコア ARM Cortex A9 チップ

シェンzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd は,Xilinx Zynq-7000 シリーズ SoC を供給し,リサイクルします.XC7Z020-1CLG400C2コアARM Cortex-A9チップ

Zynq-7000シリーズの旗艦モデルとして,XC7Z020-1CLG400C産業制御,機械ビジョン,通信ゲートウェイなどのアプリケーションで"好ましい選択"になりました.インターフェースのサポートと成熟した開発エコシステムさらに,二コアARM Cortex-A9プロセッサーとプログラム可能なロジックを深く統合することで,ハードウェアとソフトウェアの共同設計によって特徴づけられる効率的なデザインパラダイムが実現しました.

I. 基本位置付けと命名分析XC7Z020-1CLG400Cチップ

XC7Z020-1CLG400Cは,Xilinx Zynq-7000シリーズのSoCのコアモデルで,全プログラム可能なSoCのカテゴリーに属している.そのコアポジショニングは,高性能,高性能,高性能,高性能,高性能,高性能,高性能,高性能,高性能,高性能,高性能,高性能,高性能,高性能,高性能,高性能,高性能,高性能,高性能,高性能.中程度の複雑さから低い複雑さの埋め込みアプリケーションのための高度に柔軟で費用対効果の高い異質なコンピューティングソリューションそのモデル名には,技術者の迅速な識別と選択を容易にする主要な仕様情報が含まれています.

- XC:Xilinxチップの標準プレフィックスで,チップがXilinxによって設計・製造されていることを示す.

- 7Z:Zynq-7000シリーズを表す.このとき,7は7シリーズのFPGAアーキテクチャに対応し,ZはZynq異性SoCを表す.

- 020: 論理リソースのスケールに対応する特定のチップモデルを表す (中から低端の構成),同じシリーズ内の7010 (低級) と7030 (高級) のモデルと区別する;

- -1: 低電力消費と安定性優先して,産業レベルの性能最適化に対応する速度グレードを表示します.論理回路の動作効率が工業用アプリケーションの要求に合わせた;

- CLG400: CLGシリーズBGAパケットを400ピンで利用し,パッケージ仕様を表示する.コンパクトなパッケージサイズは高密度PCBレイアウトに適しています.

- C: 産業用アプリケーションの基本的な安定性要求,コストバランスと信頼性を満たしながら,商用級の温度範囲 (0°C~85°C) を表しています.

このチップは40nm CMOSプロセス (Artic-7アーキテクチャの成熟したプロセス) を利用し,生産コストを削減し,性能を保証する.量産製品のコスト制御に適しており,プロトタイプ検証と量産導入の両方に理想的な選択です.

II についてXC7Z020-1CLG400Cコアアーキテクチャー: 双核ARM Cortex-A9とFPGAの異質融合

XC7Z020-1CLG400Cのコア・イノベーションは 緊密に結合した 処理システム (PS) + プログラム可能な論理 (PL) 構造にありますこの2つのコンポーネントは,チップ上の高速AXIバスによってナノ秒速で相互作用します伝統的なARM+外部FPGAの通信効率をはるかに上回る.ソフトウェアで定義されたハードウェアとハードウェアで加速されたソフトウェアの 共同設計哲学を実際に実現していますコアアーキテクチャはPS側 (ダブルコアARM Cortex-A9) とPL側 (Artix-7 FPGA) と2つの部分に分かれています.

PSサイド: 双核ARM Cortex-A9プロセッサコア

PS側は,チップの"汎用コンピューティングコア"として機能し,ARM Cortex-A9 MPCoreプロセッサを2つ統合している.ARMv7-Aアーキテクチャに基づいて,対称マルチプロセッシング (SMP) をサポートしている.中高性能の埋め込みアプリケーション向けに特別に設計されています主要な特徴は以下のとおりです.

- 性能パラメータ: 動作周波数は最大667MHz (典型的な条件下では650MHzで安定動作) で,動的周波数スケーリングをサポートする.シングルコアDMIPS (Dhrystone MIPS) は,約1.98両コアの理論上のピークコンピューティング能力は2668DMIPSに達し,工業制御などのシナリオの汎用コンピューティング要件を完全に満たしています.エッジコンピューティングと通信プロトコル処理;

- キャッシュ構成:各コアには独立した32KBレベル1のインストラクションキャッシュ (I-Cache) と32KBレベル1のデータキャッシュ (D-Cache) が搭載されている.両コアは512KBレベル2のキャッシュ (L2Cache) を共有している.ECC のエラー 修正 を サポート する効率的なデータアクセス向上とデータ転送の安定性を向上させ,キャッシュミスによるパフォーマンス損失を削減する.

- 拡張性: ARM NEON SIMD コプロセッサーとVFPv3 双精度浮動点ユニット (VFPU) をサポートし,マルチメディアデータと浮動点操作の効率的な処理を可能にします.軽量なAI推論や信号処理などのシナリオに適しています; TrustZone セキュリティ テクノロジー,Thumb-2 命令セットと Jazelle RCT 実行環境をサポートし,セキュリティと命令実行効率をバランスします.

- チップ内メモリと制御: 256KBの RAM (OCM) を搭載し,アクセス遅延が10クロックサイクル以下で,起動画像,中断ベクトルテーブル,リアルタイム・クリティカルデータを保存するのに適しています.外部メモリを必要とせずに基本的な起動と動作を可能にします;複数の起動方法 (JTAG,SDカード,QSPI Flashなど) をサポートする内蔵チップのブートROM,さまざまな開発および大量生産シナリオに適しています.

さらに,PS側には,DDR3/DDR3Lメモリコントローラを含む包括的な周辺制御装置が組み込まれています (16ビットまたは32ビットインターフェースをサポートし,最大速度1866 Mbps),2つの10/100/1000の3速エスネットMAC,2つのUSB2.0OTG周辺機器と複数のUART,SPIおよびI2Cインターフェース,外部ストレージおよび通信デバイスへの直接接続を可能にします周辺機器のチップの選択と配置に関連するコストを削減する.

PL側:Artix-7アーキテクチャ プログラム可能な論理リソース

PL側はチップの"ハードウェア加速コア"として機能する.Xilinx Artix-7 FPGAアーキテクチャに基づいて,広範なプログラム可能な論理リソースを提供し,ハードウェア機能が高速なデータ処理を達成するための要件に従ってカスタマイズできるようにするコアリソースの構成は以下の通りです.

- ロジック・エレメント (LE): UART/CAN バス拡張,モーター制御アルゴリズム,画像事前処理などの複雑なデジタル・ロジック機能を実装できる53,200のロジック・エレメントを提供する.同シリーズ7010 (28k LE) と7030 (110k LE) のモデルと比較するとこのリソーススケールでは 試作品の検証から大量導入までの ライフサイクル全体の要件を完璧にカバーしています

- メモリリソース: 2.1 Mbits のブロック RAM (BRAM) を含め,ダブル 18 Kb モードで構成可能で,真のダブルポート アクセスをサポートします.これは高速データキャッシング,FIFO バッファー,類似した用途, 高い帯域幅のデータ処理シナリオの要求を満たす

- DSP リソース: フィルタリングなどのデジタル信号処理アルゴリズムを効率的に実装できる240のデジタル信号処理ユニット (DSP スライス) で装備されています急速フーリエ変換 (FFT) と収束機械ビジョンや音声処理などのシナリオにおけるハードウェア加速に適しています.

- I/O リソース: 220 つのユーザー I/O ピンを提供し,3.3V/1.8V/1.5V 多レベル電圧をサポートし,異なる電圧レベルで動作する外部デバイスとの柔軟なインターフェースを可能にします.GPIO拡張もサポートしている (最大64のGPIOピン)産業用制御アプリケーションにおける複数のセンサーとアクチュエータの接続要件を満たす.

PSとPL間の協力機構

PSとPL側がAXI 4.0バスで緊密に結合され,10 GB/s以上の帯域幅とナノ秒範囲の低インタラクションレイテンシーを提供します.伝統的な外部バス (PCIeやシリアルポートなど) のマイクロ秒レベルのレイテンシーと比較するとこの協力メカニズムは,開発者が適切な課題を割り当てることを可能にします.PS側がオペレーティングシステム (例えば Linux) を実行する責任があります., FreeRTOS,またはVxWorks) と複雑なソフトウェアロジック (プロトコルスタック,人間と機械の相互作用,データ意思決定など) を処理する.PL側がハードウェア加速 (画像事前処理など) を実装する責任がありますI/O応答とカスタムプロトコルの解析) の両方が連携して機能し,システムの柔軟性を確保し,全体的なパフォーマンスを向上させる.

基本的利点XC7Z020-1CLG400C

1異質的な収束,柔軟性とパフォーマンスのバランス:伝統的な"プロセッサ+FPGA"の分離設計の限界を打破このシングルチップソリューションは,ハードウェアの加速能力と汎用コンピューティングを統合していますPS側では柔軟なソフトウェア開発が容易になり,PL側ではカスタムハードウェア加速が実装され,システム統合を大幅に強化し,開発サイクルを短縮します.

2複数のシナリオに適したバランスの取れた性能: 双コア Cortex-A9 プロセッサの計算能力は,中~低複雑性の汎用タスクの要求を満たします.PL側論理リソースは,異なる複雑さのハードウェア要件に柔軟に適応することができます.シンプルなインターフェース拡張から複雑なアルゴリズム加速まで,幅広いアプリケーションシナリオをカバーする

3低電力消費と高い信頼性:成熟した40nmプロセスの利用と -1速度グレードの最適化により,全負荷での電力消費量はわずか1.5Wです.動的周波数スケーリングと部分モジュール睡眠モードのサポートは,扇風機のない工業機器の熱要求を満たす商業用温度範囲はコストを産業用レベルの安定性とバランスし,厳しい環境での使用に適しています.

4豊かなインターフェース,簡素化された周辺設計:ギガビットイーサネット,USB,CANなどの主流の通信インターフェース,およびDDR3メモリコントローラを統合します.追加的な外部チップを必要とせず,コア機能の実装を可能にするPCBのレイアウトの複雑さとハードウェアコストを削減する

5Xilinxの包括的な開発ツールチェーンの活用により,ハードウェアとソフトウェアの共同設計をサポートします.異質なシステムの開発の複雑さを大幅に削減するプロジェクトの実施を加速するために,多くの参考設計とIPコアを提供しています.

IV. 一般的な応用シナリオXC7Z020-1CLG400C

XC7Z020-1CLG400Cの性能特性と建築上の優位性により,工業制御,機械ビジョンなどの中~低複雑性の埋め込みシナリオで広く使用されています.,通信ゲートウェイとエッジコンピューティングで,汎用コンピューティングとハードウェアの加速を繋ぐコアチップとして機能します.

産業自動化

PLC (プログラム可能な論理コントローラー) やモーションコントローラなどのデバイスでは,PS側がリアルタイムオペレーティングシステム (VxWorks や FreeRTOS など) を実行し,論理制御コマンドを処理します.人間と機械の相互作用とコミュニケーションの任務PL側では高速 I/O 応答 (例えば 200 ns レベルのデジタル入力/出力) を実装する.多軸モーター制御 (EtherCATスレーブプロトコルスタックなど) とハードウェアレベルの論理操作このチップを使用したモーションコントローラが,同時に位置付け精度±0.01mmの8軸のサーボ制御をサポートできることを,顧客事例研究で示しています.伝統的なソリューションと比較して開発サイクルを40%短縮する.

マシン ビジョン と エッジ 検出

産業用カメラやスマートカメラなどのデバイスでは,PL側が画像デノイズと機能抽出 (例えば,SIFT/HOGアルゴリズム) のハードウェア加速を可能にします.ARM ベースの純粋なソフトウェアソリューションより 10~100倍高速な処理速度PS側では,EthernetやUSB経由でサーバーに前処理された画像データをアップロードしたり,制御コマンドを直接起動したりします.視力検査機器の製造者がこのチップを採用した後1280×720の画像フレームの事前処理時間が120msから15msに短縮され,生産ラインの検査効率が効果的に向上しました.

通信ゲートウェイとプロトコル変換

産業の進歩と共に 4.0異なるデバイス (Modbus,Profinet,CANopenなど) の間のプロトコル変換の需要が急増している.XC7Z020-1CLG400CのPS側では,Linuxシステムを実行し,プロトコルスタックを統合することができます.,PL側ではソフトIPコア (カスタマイズされたRS-485からEthernet変換など) を通じてプロトコル解析を実施し,最終的には"多入力,多出力"ゲートウェイ機能を実現する.このチップは,5ミリ秒未満の遅延と 1e-6未満のビットエラー率で 5つの異なるプロトコルのデータストリームを同時に処理できる.

組み込みエッジコンピューティング

IoT エッジデバイスでは,このチップはセンサーによって収集されたデータの局所処理と分析 (温度と湿度データのリアルタイムモニタリングと異常アラートなど) を可能にします.データ送信量を削減し,応答速度を向上させるPS側では軽量なエッジコンピューティングアルゴリズムが実行され,PL側では高速なセンサーデータの取得と事前処理が処理されます.同時に,他のデバイスと通信し,インタラクションを行うために豊富なインターフェースを使用します.知的装置の制御を可能にします

その他の用途

さらに,このチップは自動車電子機器 (車載インフォテインメントシステムやADAS運転手支援事前処理など) にも適用できる.医療機器 (携帯診断機器など)スマート端末制御モジュールなど.その柔軟性とコスト効率のおかげで,中~低複雑性の組み込みシステムにとって好ましい選択です.

V. 報告書の概要XC7Z020-1CLG400C

Xilinx Zynq-7000シリーズのSoCであるXC7Z020-1CLG400Cは,ダブルコアARM Cortex-A9プロセッサを中心に,Artix-7アーキテクチャに基づいたプログラム可能な論理リソースを統合している.密かに結合した異質な建築を通してコンピュータとハードウェアの加速のバランスをとっています. 均衡したパフォーマンス構成,豊富なインターフェースリソース,低消費電力,高信頼性と成熟した開発生態系は,産業制御などの中~低複雑性の組み込みシナリオにおいて重要な利点を与えますマシンビジョンと通信ゲートウェイ量産製品のコスト管理要件を満たすだけでなく,異なるシナリオの機能的カスタマイズニーズに柔軟に対応しますソフトウェアの柔軟性とハードウェアの高性能を繋ぐコアブリッジとして機能します

開発者にとってこのチップは 異質なシステムの開発の限界を低くするだけでなく プロジェクト開発サイクルを短縮し システム統合を向上させますプロトタイプの検証と大量生産の導入の両方にとって理想的な選択です産業用アプリケーションでは,その"ARM+FPGA"融合型アーキテクチャは,インブレードシステムの知的で効率的な開発のための信頼できるハードウェアサポートを提供します.産業やモノのインターネットなどの分野における技術向上を推進する.