浅谈FPFA之ZYNQ

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FPGA这几年在AI等应用领域逐渐火爆起来，但是FPGA最大的市场还是在嵌入式领域。我曾有过几年在通讯设备厂商工作的经历，在通讯领域中就会大量的使用FPGA。我看到的主要有2种应用场景：IO扩展，算法实现。当然FPGA的应用场景肯定不局限与这两个应用场景，这里只是举个例子而已。

比如当时我们的系统里面有一个叫做小系统的电路模块，这个模块我们是由一片嵌入式的CPU，一片CPLD，还有FLASH等元器件组成。CPU用于版本控制，系统配置等功能，CPLD实现对CPU的IO扩展。经过这片CPLD的IO扩展，CPU可以实现对系统其它主要器件进行配置，比如对其它CPU，DSP，FPGA等器件的配置。采用这种架构，还可以实现系统版本的在线升级，双boot设计等等系统功能。

还有就是系统大的架构，也是由一块功能较强大的嵌入式CPU，再加几片DSP以及1片FPGA组成。系统的输入数据经过CPU初步处理以后分发给DSP或者FPGA进行处理。这里DSP和FPGA就是实现一些算法或者协议。

从这两个例子我们可以看出，通常的应用，FPGA相对于CPU来说都处于从属地位。根据之前我们的介绍大家知道，CPU更适合做一些控制类的事情，适合做判断，而FPGA和DSP等更适合做一些固定的计算或者IO扩展。就像CPU更适合做manager，而DSP和FPGA更适合做工程师，负责干活。

基于这样的应用特点，各个厂商都在做一些努力。比如FPGA厂商就开始集成一些CPU核，比如Xilinx最早可以添加Pico Blaze和Micro Blaze这样的软核到FPGA的设计当中，在某些特定型号的FPGA中也会包含PowerPC的硬核。但是那时的产品是需要FPGA先运行起来，然后CPU才可以运行。这显然和我们之前提到的一些应用场景不太匹配，所以我感觉那时的FPGA+CPU的产品并没有获得巨大的成功。而另外一个方面，像TI，他们则将一片ARM的CPU核和一片DSP核集成到了一起，CPU负责控制，DSP负责算法加速。TI的这个系列的产品获得了巨大的市场成功。很多的嵌入式设计都采用了他们的这个方案。

这也就引出了我要给大家介绍的ZYNQ及其后续的MPSoc系列产品。ZYNQ及其后续的MPSoc系列产品本质上就是CPU+FPGA架构。与他之前的产品不同的是这些系列的产品中，CPU是主，FPGA是辅。芯片上电以后，CPU会先启动。比如Xilinx的ZYNQ系列芯片是在2010年前后发布的，但是据我所知也就是近几年开始上量的。因为ZYNQ使用起来不容易，工程师既要懂CPU，又要懂FPGA，或许还要熟悉Linux等嵌入式设计，相关的工程师培训起来很不容易。随着越老越多的工程师开始熟悉ZYNQ这个系列的产品，也就有越来越多的工程师开始喜欢上了ZYNQ。而且我们可以把ZYNQ简单的看作一个CPU，这样很多从事嵌入式设计的工程师，即使不懂FPGA，也可以先把ZYNQ当作一个普通的CPU使用起来了。其实我最开始入门FPGA，也是从microblaze这样的CPU软核开始的。我们未来也会沿着这个思路和大家讨论一些ZYNQ的设计方法。

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