复旦微ZYNQ7020全国产替代方案设计

现在国产化进度赶人,进口的芯片只做了个功能验证,马上就要换上国产的。国内现在已经做出来zynq的只有复旦微一家,已经在研制的有上海安路,还有成都华微(不排除深圳国威也在做,毕竟这个市场潜力很大)。

使用场景在哪里
首先明确一点,Zynq这类ARM+FPGA的异构SOC芯片绝不适用于低成本方案 ,为什么?

使用这类芯片几乎都需要配套DDR3,一片DDR3的价格大概在一百元,这还是进口的价格,国产的更贵;
只要使用DDR,就至少需要八层电路板,投一次板多少钱?2千元以上;
如果使用复旦微家的FMQL,就会捆绑销售他家的nor flash,因为别家的和他不兼容。而且这个nor flash还是军温级的,一片1千元以上(进口的仅需三十元)。
那么使用这种芯片优势在哪呢? 

ARM编译很快,FPGA编译很慢,前期一些指标急于验证的话可以使用ARM来快速验证;
ARM适合做协议层和业务层数据解析和一些逻辑控制,因为这些东西通常需要反复修改,使用ARM非常方便。可移植性也很好,意味着可以直接从旧项目上copy代码;
FPGA适合做算法和对时序有严格要求的控制,或者数据采集这种高吞吐率的工作。这种程序后期基本不需要大动;
由于是芯片级别的结合,因此ARM和FPGA之间的通信变得非常简单,直接用AXI总线就可以了,相比传统方案的电路板上走线简直是多快好省。
芯片架构有区别
不同于Xilinx的双核Cortex-A9 +  FPGA,复旦微家的设计是四核CortexA7 + FPGA。FPGA方面的架构和资源是一样的,几乎可以平行替代;ARM方面,两者都属于Armv7架构,两匹骡和四头驴的区别吧,都不算太强悍。Zynq推出的时间毕竟比较长了,在当时A9算是比较新的架构,可是复旦微的FMQL后来居上,不但未出其右,甚至还差了那么一点意思(成都华威的据说是四核A53,性能更强悍,比较期待)。

ARM体系架构图

至于为什么不采用和Xilinx家双核A9的架构,我猜测可能是知识产权的问题,毕竟当时Zynq是 Xilinx 和 ARM 两家共同研发的,复旦微要加ARM核必然需要ARM公司的授权,这个坎是绕不过的。

  Zynq 芯片架构图

ARM这块采用的架构不同,这也就带来了软件移植上的问题,Zynq使用定制的eclipse(叫做SDK)开发Arm软件,和vivado配合整个生态链比较闭环,开发人员也不需要关注太多底层的东西,例如bsp文件是如何生成的,内存是如何分配的等等。但是FMQL没有开发自家的IDE,因此使用的是IAR这个开发环境,再配合上低配版vivado软件——Procise。
 

XM_FDW_ZYNQ7020是一款基于FMQL20S400 的全国产化核心 模 块 。 该核心 模 块 将FMQL20S400 (兼容FMQL10S400)的最小系统集成在了一个 50*70mm 的核心板上,可以作为一个核心模块,进行功能性扩展,特别是用在控制领域,可以发挥其独特的优势。该款核心板的主芯片兼容XC7Z020或XC7Z010 系列 FPGA。核心板上布了 DDR3 SDRAM、EMMC、SPI FLASH、以太网 PHY 芯片等。通过两个板对板连接器实现 PL 端IO 的扩展。
FMQL20S400 是全可编程融合芯片,在单芯片内集成了具有丰富特点的四核处理器(PS)和可编程逻辑(PL),基于先进的 28nm 工艺,配合相应的开发软件,实现一体化软硬件平台,方便开发,节约生产成本。该核心模块主要用于工控信号处理、工控图像处理等场景。

原理框图

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实物图

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技术指标
板载 FPGA 实时处理器:
 FPGA 型号:FMQL20S400;
 处理系统(PS):四核处理器、最高主频 1GHz;
 逻辑资源:28K,块 RAM 2.1Mb,DSP 单元 80;
 封装尺寸:FCBGA400,17*17mm,完全兼容 ZYNQ7010;

动态缓存指标:
 缓存数量:2 片 DDR3 SDRAM 颗粒;
 芯片型号:SCB13H4G160AF;
 缓存带宽:32 位数据总线,工作时钟不低于 500MHz;
 缓存容量:≥2GByte;

非易失性存储:
 QSPI FLASH:JFM25Q256,容量 256Mbit;
 EMMC: FEMDRW008G,容量 8GByte;

以太网接口:
 芯片型号:YT8531H;;
 支持 10M/100M/1000M 自适应以太网;

其他接口性能:
 晶振:PL 端支持 1 路 50MHz 时钟,PS 端支持 1 路 33.33Mhz时钟;
 板对板连接器:2 个 120Pin 位于 Bottom 层;

物理与电气特征
 板卡尺寸:50 x 70mm
 板卡供电:1A max@+12V(±5%)
 散热方式:自然风冷散热或金属导冷散热

环境特征
 工作温度:-40°~﹢85°C;
 存储温度:-55°~﹢125°C;
 工作湿度:5%~95%,非凝结

软件支持
 板级软件开发包(BSP):
 支持裸跑和 Linux 操作系统;
 支持底层接口驱动;支持外围接口扩展;
 可根据需求提供定制化算法与系统集成

信迈提供国产ZYNQ的定制化解决方案。

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