FPGA系列(2)

Xilinx 产品线

FPGA 和 SoC 是 Xilinx 目前两大主要的产品系列。

FPGA 即纯 FPGA 芯片，按照工艺节点分为 UltraScale+（16nm）、UltraScale（20nm）、7 Series（28nm）三大类，类似于 CPU 中第几代的概念。在每个类别中，又分为 Spartan、Artex、Kintex、Virtex 四个子系列，面向不同的应用场景和市场定位，性能依次提升。

SoC 系列主要就是指 ZYNQ 计算架构的芯片，分为 ZYNQ-7000 SoC、ZYNQ UltraScale+ MPSoC、ZYNQ UltraScale+ RFSoC 三类。

• ZYNQ-7000 SoC 的 PS 端为 Cortex A9 的 Arm 核心，为 ARMv7-A 架构，32 位；PL 端为 7 Series 的 FPGA。
• ZYNQ UltraScale+ MPSoC（MultiProcessor）的 PS 端为 Cortex A53 的 Arm 核心，为 ARM-v8-A 架构，64 位，另外还配备 Cortex-R5F 作为协处理器；PL 端为 UltraScale+的 FPGA。ZYNQ UltraScale+ MPSoC 系列再往下又可以细分为 CG、EG、EV 三类。
• ZYNQ UltraScale+ RFSoC（Radio Frequency）与 ZYNQ UltraScale+ MPSoC 的区别仅在于配备了高速 ADC 和 DAC 通道，用于射频领域。

ZYNQ 架构

ZYNQ 架构是 FPGA + Arm 的多处理器系统，集成了 FPGA 的可编程逻辑（PL）与 ARM 处理器核心（PS），两者之间通过 AXI（Advanced eXtensible Interface）总线实现低延迟数据传输。PS 具有固定的架构，包含了处理器和系统的存储器，适合控制或具有串行执行特性的部分以及浮点计算等；而 PL 是完全灵活的，适合并行流处理。

ZYNQ 的 PS 内集成了很多外设控制器模块，如 UART、SPI、I2C、CAN、USB、Ethernet 等，本质上是固化在 ZYNQ 芯片中的硬核外设 IP，是 PS 区域内的逻辑电路。它们存在于 SoC 的 PS 端，与 ARM CPU 核、DDR 控制器、时钟系统等都在同一个芯片中，通过 AXI 总线与 CPU 内核连接，CPU 可以读写寄存器来控制外设。

HP 口是 PL 和 PS 之间的物理接口，目的是让 PL 的主设备（DMA、加速器、视频引擎、网络引擎等）能够高效访问 PS 侧的资源（DDR、ADC、DAC 等）。

在 UltraScale+ MPSoC 系列中，PS 端分由 FPD 和 LPD 两个主要电源域/性能域构成，FPD（Full Power Domain）为高性能运算域，包含 APU、GPU、DDR 控制器、FPGA 高性能互联等；LPD（Low Power Domain）为低功耗控制域，包含 RPU、部分外设（I2C/SPI/UART）、低功耗互联等。APU 是高性能的应用处理单元，是基于 ARM Cortex-A53（64bit）的四核处理器，通常运行 Linux、Petalinux、Yocto 等操作系统；RPU 是实时处理单元，是基于 ARM Cortex-R5F（32bit）的双核处理器，通常运行 FreeRTOS 和裸机程序。