Xilinx-从FPGA到处理器

可编程逻辑器件是半导体行业发展最为迅速的市场之一：2010年市场增幅48%，达到49亿美元，并且到2013年有望在2009年的基础之上翻一番，达到66亿美元（数据来源：IC Insights）。得益于自身的努力、半导体行业的复苏及中国市场的飞速发展，赛灵思公司2010年度收入达到23亿美元，继续领跑FPGA市场。
在2010年4月硅谷举行的嵌入式系统大会上，赛灵思发布了可扩展处理平台的架构详情，其基于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要求。通过与ARM的深度合作，Xilinx开始超越传统的FPGA技术范畴，逐步触及更为核心的处理器领域。

嵌入式处理平台等于处理器
进入发布的Zynq-7000嵌入式处理平台系列的每款产品均采用带有NEON及双精度浮点引擎的双核 ARM Cortex-A9 MPCore处理系统，该系统通过硬连线完成了包括L1，L2缓存、存储器控制器以及常用外设在内的全面集成。该处理系统不仅能在开机时启动并运行各种独立于可编程逻辑的操作系统 (OS)，而且还可根据需要配置可编程逻辑。利用这种方法，软件编程模式与全功能的标准 ARM处理 SoC毫无二致。无论从哪个角度来看，这都是一款完整的处理器架构，而且还结合了FPGA的大量优势。
应用开发人员利用可编程逻辑强大的并行处理能力，不仅可以解决多种不同信号处理应用中的大量数据处理问题，而且还能通过实施更多外设来扩展处理系统的特性。系统和可编程逻辑之间的高带宽 AMBA-AXI互联能以极低的功耗支持千兆位级数据传输，从而解决了控制、数据、I/O和存储器之间的常见性能瓶颈问题。
“Xilinx目前的竞争层面不止限于可编程逻辑器件层面，还包括一些DSP的厂商，甚至还有Intel的某些结合了FPGA器件的处理器产品。我们认为工程人员在设计、开发方面的障碍并不在于芯片本身，而是在芯片供应商对嵌入式领域应用的认知。以intel的同样整合了FPGA产品的处理器为例，我们在价格、功耗、性能方面都具优势。” 赛灵思公司全球市场营销及业务开发高级副总裁 Vin Ratford表示。

ARM生态系统壮大编程环境
Zynq-7000系列提供了一个开放式设计环境，便于可编程逻辑中双核Cortex-A9 MPCore和定制加速器的并行开发，从而加速了产品上市进程。软件开发人员可以充分利用基于Eclipse的Xilinx Platform Studio软件开发套件(SDK)、ARM的DS-5和ARM Real View Design Suite (RVDS)，或ARM互联社区和赛灵思联盟计划生态系统的领先厂商（诸如Lauterbach、Wind River、PetaLogix、MathWorks、MentorGraphics、Micrium 和 MontaVista等）提供的编译器、调试器和应用。
此外，利用赛灵思ISE设计套件的优势，Zynq-7000系列的可编程结构经定制可以最大化系统级性能，满足特定应用的各种需求。该套件提供了包括开发工具、AMB4 AXI4即插即用IP核和总线功能模型 (BFM) 等在内的完整硬件开发环境，有助于加速设计和验证工作。赛灵思通过收购高级综合技术领先公司AutoESL进一步提升了在工具方面的进程，提供C，C++ 以及系统C综合优化Zynq-7000器件架构。未来的版本也将促进Zynq-7000产品系列中处理器和可编程逻辑之间关键算法的无缝衔接。
随着时间的推移，ARM互联社区和赛灵思联盟计划生态系统的第三方厂商将进一步扩展上述解决方案，这是赛灵思目标设计平台的一部分，可提供包括IP核、参考设计、开发套件及其他资源等在内的高效统一的开发环境，从而满足特定应用和设计领域要求。

统一的可编程逻辑架构
Zynq-7000系列的可编程逻辑完全基于赛灵思最新7 系列FPGA架构来设计，可确保28nm系列器件的IP核、工具和性能100% 兼容。最小型的Zynq-7000、Zynq-7010和Zynq-7020 均基于专门针对低成本和低功耗优化的Artix-7系列；较大型的 Zynq-7030和Zynq-7040器件基于包括4至12 个10.3 Gbps收发器通道，可支持高速片外连接的中端Kintex-7系列。所有四款产品均采用基于2个12位1Msps ADC模数转换器）模块的新型模拟混合信号模块。
可编程逻辑可由用户配置，并通过“互连”模块连接在一起，从而可提供用户定义的任意功能，以扩展处理器系统的性能和功能。一系列互连模块相互配合，可根据应用需求在逻辑模块间路由信号。赛灵思可编程逻辑软件工具可将RTL应用编译到位文件中，然后将该文件载入可编程逻辑中用以配置可编程逻辑的功能。应用可以载入单个静态可编程逻辑配置也可以根据应用需要动态选择配置。我们也可以通过部分重配置功能对可编程逻辑的选定区域进行配置。
器件两个区域的互连操作对用户而言大部分都是透明的。主/从设备之间的存取根据地址范围通过 AXI互连机制路由，也就是说，每个从设备要分配一个地址范围。多个主设备可同时访问多个从设备，每个AXI互连机制采用两级仲裁方案来解决冲突。
处理系统与可编程逻辑紧密集成，内部互连达3000多个，带宽相当于约100Gb，为系统架构师提供了一款具有高带宽和低延迟接口的处理平台，从而为高强度计算应用带来了前所未有的软硬件分区优化。举例来说，工业市场需要小型化灵活分区、高性能低成本生态系统支持来实现工业控制系统的成功开发与实施。基于双Cortex-A9 MPCore的处理系统配合可编程逻辑的并行处理能力为目前的工厂自动化和视觉系统带来了确定性性能所必需的计算能力。在汽车市场领域，防撞系统的图形处理和识别技术需要能在确保低系统功耗与成本、高集成度的基础上实现大幅DSP加速的单芯片平台。基于双Cortex-A9 MPCore的处理系统配合可编程逻辑的强大并行处理能力可为图形处理和高级分析功能提供其所需的计算能力，从而满足汽车及其他市场对智能系统的需求。

将在嵌入式系统领域大展身手
“自 2010 年 4 月以来，加入早期试用计划的客户也已开始评估Zynq-7000可扩展处理平台对面向需要多功能和实时响应终端市场应用系统的支持能力，而这正是传统处理解决方案所难以实现的。”Vin Ratford指出，“我们的Zynq-7000系列为设计人员提供了一个综合平台，可以帮助他们推出自己定制的标准产品，包括从基于Artix-7 FPGA系列的功能的极低成本、极低功耗解决方案到基于Kintex-7系列的更全面、以性能为导向的高端解决方案。处理系统与可编程逻辑的紧密集成不仅能有效降低系统材料清单成本、功耗与尺寸，而且还能作为‘创新引擎’，推动创新应用的发展，将传统FPGA技术市场向嵌入式系统领域大幅扩展。”