基于ZYNQ移动机器人控制器设计控制器硬件方案选型（续）

Posted 2022-04-19 信迈科技DSP+ARM+FPGA

3.1.4  ZYNQ 的接口技术 
本节我们来介绍 ZYNQ 的异构系统的接口技术，也即是其内部的总线体系。 
在此之前，我们先来对比一下传统的 SoPC（System on a Programmale Chip）设计在
Zynq 之前，传统的方式无非两种：一是在 FPGA 上实现一个软核，如 Xilinx 的 Micro 
Blaze，Altera 的 NiosII 等，另一种方式就是将 FGPA 和一个通用的嵌入式处理器相配
合（如 ARM）。两种方式均有较大的瓶颈：第一种主要在于软核的性能通常远远低于硬
核，并且耗费大量的 FPGA 资源；第二种主要在于 FPGA 和通用处理器的通信很容易成
为难以克服的瓶颈，尤其是当两者之间需要高带宽，低延时的大量数据传输时。 
Zynq-7000 作为首款将高性能 ARM CrotexTM-A 系列处理器与高性能 FPGA 在单芯
片内紧密结合的产品，与现行其他方案诸如独立的 Cortex-A9 与 Xilinx 相比，其可以带
来如下优点：处理性能大大高于软核，克服了 FPGA 和 ARM 之间的通信瓶颈，直接带
来的后果就是设计成本降低;设计体积减小；设计风险降低；更灵活的设计。为了实现这
些优点，Xilinx 在设计 Zynq 的时候，面临的问题绝不仅仅要解决将不同工艺特征的处
理器和 FPGA 融合在单芯片上，并保证其良品率这么简单；更要面临的是设计高校的片
内器与 FPGA 之间的互联通路。 
ZYNQ 平台的框架如图 3-9 所示，事实上只要是位于 PS 和 PL 边缘的接口（红色框
图标注），都可以纳入 PL 和 PS 间通信的范畴，只是它们在带宽、时延、灵活性等方面
略有差异。纵观所有的接口，本论文把 PS 和 PL 的通信归结为三种：基于总线级别的接
口；基于 EMIO；其他方式。下文我们将各自分述。

 

  AXI 接口和协议 
ZYNQ 内部的总线称为 AXI 总线。作为一种可以支持构建异构系统的全新平台，
其内部的总线体系必然比起常见的 Soc 有了新的变化。我们在做设计的时候，总是要结
合通信的需求，并考虑备选方案的的不同特性，选用不同的 AXI 接口类型。举个例子，
在做一些低速外设的时候，使用 AXI_GP 总线设计 AXI_Lite 接口即可完成外设的控制，
例如本论文中超声波模块 Ultrasonic IP 与 PS 的互联正是使用了 AXI_GP 中支持 lite 协议
的接口。充分的了解是运用的前提，因此在此有必要对 AXI 总线进行一定程度的分析介
绍。 
首先是 AXI（Advanced  e Xtensible  Interface）协议。这是一种描述主从设备之间数
据传输方式是的片内总线协议。优势在于高带宽，高性能，低延迟。 

  其他接口 
这里把剩下的放在一起做一下很简单的介绍。主要原因是前面的两种方式主要在
PS 和 PL 的通信中起数据传输作用，而且一般量会比较大。而其他的就主要就是一些信
号，功能为主，数据传输只是实现功能的一个方式，一般量也比较小，比如像时钟呀，