工業物聯網應用的 Cora Z7S 成本最佳化單核心 SoC 平台

Digilent 的 Cora Z7S 是根據 Xilinx 威力強大的 Zynq 7000S 而打造。Zynq 7000S 元件擁有單核心 ARM Cortex™-A9 處理器，搭配 28 nm Artix®-7 架構的可編程邏輯 (類似 Raspberry Pi 和 FPGA 板的混搭組合)。這種組合能讓硬體設計人員取用 Linux 和開放原始碼工具等軟體資源，並讓軟體設計人員取用硬體組態。

Zynq 架構

Zynq APSoC 分成兩個不同的子系統，即處理系統 (PS) 與可編程邏輯 (PL)。

PL 與 Xilinx 7 系列 Artix FPGA 幾乎完全相同，不同的是其中含有幾個專屬的連接埠和匯流排，且與 PS緊密耦合。PL 可直接透過處理器來設定，也可透過 JTAG 埠設定。PS 含有許多元件，包括應用處理單元 (APU)、進階微控制器匯流排架構 (AMBA) 互連元件、DDR3 記憶體控制器，以及多種週邊裝置控制器，而且這些控制器的輸入及輸出多工至 54 個專屬引腳 (稱為多工 I/O 或 MIO 引腳)。

Zynq-7000S 的規格如下所列：

• 667 MHz 單核心 Cortex-A9 處理器
• DDR3 記憶體控制器，含 8 個 DMA 通道以及 4 個高效能 AXI3 從屬連接埠
• 高頻寬周邊裝置控制器：1G 乙太網路、USB 2.0、SDIO
• 低頻寬周邊裝置控制器：SPI、UART、CAN、I²C
• 1 個 MSPS 晶片上 ADC
• 可從 JTAG 和 microSD 卡來編程
• 等同於 Artix-7 FPGA 的可編程式邏輯
• 14,400 個查找表 (LUT)
• 28,800 個正反器
• 225 KB 區塊 RAM
• 2 個時脈管理模組

Cora Z7S 的構成

Cora Z7S 具有多種硬體介面，從 1 Gbps 乙太網路 PHY 到類比數位轉換器，以及一般用途的輸入／輸出引腳，因此非常適合用於開發多種嵌入式應用。Cora Z7 尺寸小巧並具有安裝孔，因此適合作為更大型解決方案的元件。具有板載 SD 卡插槽、乙太網路與電源解決方案，因此 Cora Z7 不需借助主機電腦就能自行運作。

Cora Z7S 可連接標準的 Arduino 擴充板，以添增額外功能。Cora Z7S 在設計時經過特別謹慎的考量，可確保和市面上大多數的 Arduino 擴充板相容。擴充板連接器有 45 個引腳連接到 FPGA，可用於一般用途數位 I/O。FPGA 具有靈活性，因此可使用這些引腳進行幾乎任何用途，包括數位讀／寫、SPI 連接、UART 連接、I²C 連接，以及 PWM。其中六個引腳 (AN0 至 AN5) 也能當作單端類比輸入，輸入範圍介於 0 V 至 3.3 V；另外六個引腳 (AN6 至 AN11) 則可作為差動類比輸入對，輸入範圍介於 0 V 至 1.0 V。

Cora Z7S 頂視圖 (圖片來源：Digilent, Inc.)

軟體支援

Cora Z7S 與 Xilinx 的 Vivado 設計套件完全相容。這個工具組可將 FPGA 邏輯設計和嵌入式 ARM 軟體開發作業，融入到容易使用且直覺的設計流程中。此流程可用來設計複雜度各異的系統，從同時執行多個伺服器應用程式的完整作業系統，到控制某些 LED 的簡易型裸機程式皆可。對於沒有興趣在設計中使用處理器的設計人員來說，也能夠將 Zynq APSoC 作為獨立 FPGA 使用。

Zynq 平台非常適合用於嵌入式 Linux 用途，Cora Z7S 也不例外。為了協助您入門，在此提供一個 PetaLinux 專案，能讓您迅速對 Linux 系統上手。如需更多資訊，請參閱 Cora Z7 資源中心。