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复旦微ZYNQ7020全国产替代方案设计

深圳信迈科技DSP+ARM+FPGA 2024-04-13 原文

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


实物图

 


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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