一、引言

ZYNQ 是來自 Xilinx 公司 ZYNQ-7000 所有可編程片上系統的開發板，具有開發片上系統能力。

在 ZYNQ 上，ARM Cortex-A9 是一個應用級的處理器，能運行完整的像 Linux 這樣的操作系統，而可編程邏輯是基於 Xilinx 7 系列的 FPGA ，兩部分之間採用標準 AXI 接口實現了高帶寬、低延遲連接。

二、ZYNQ與片上系統（SOC）

對於片上系統，我們比較熟悉的是：基於ASIC的片上系統，舉例來講PC、平板以及智能手機等都屬於此類片上系統，其缺點主要是缺乏靈活性，升級能力差。因此，催生了一種可編程，硬件可重新配置的Soc。而FPGA恰好可以彌補這一缺點，可以被配置來實現任何芯片，甚至可以實現嵌入式處理器。

ZYNQ就是這樣一種基於FPGA的Soc，主要包含兩部分：PS（Processing System）部分是由雙核ARM Cortex-A9構成的處理系統，PL（Programmable Logic）部分等價於一片FPGA可編程邏輯；另外集成了存儲器，一些外設和高速通信接口。

PL部分主要用來實現高速邏輯、簡單算術和數據流處理，PS部分支持軟件設計或者操作系統。對於任意算法都可以在PL和PS部分恰當劃分，通過軟硬件協同設計思想在ZYNQ平台實現。PL和PS部分的連接是採用高級可擴展接口（Advanced eXtensible Interface，AXI）。處理器即 ARM Cortex-A9 作為 ZYNQ 的中央單元，運行軟件系統，外設是除處理系統之外的部件，其功能為：1.協處理器---輔助主處理器，被優化用於特定任務或算法加速；2.與外部接口交互；3.存儲器資源。

三、ZYNQ模塊化設計

在ZYNQ上進行嵌入式系統開發除了具有靈活性高這一優勢外，還具有可設計重用優勢。IP（Intellectual Property）核，即知識產權模塊，就是屬於上面講的外設部分，可以從Xilinx的設計工具中直接調用，也可以從其他項目中重用，或者從第三方開源庫獲得，然後將所有模塊集成起來進行系統設計。ZYNQ就具有大量標準IP，因此開發時，這些IP部件無需我們再次設計，而是直接引用，從而加速開發，降低成本。

如果ZYNQ標準庫中沒有的IP，我們也可以自己封裝，接口採用AXI協議。在這兒就不得不提到高層次綜合工具（High Level Synthesis），可以用比傳統的寄存器傳輸級 （Register Transfer Level，RTL）方式 更少的細節來創建系統部件，進一步提高了我們對ZYNQ的開發效率。不過，採用HLS工具封裝的IP一般為AXI接口，靈活性差是一大缺點，當然採用該開發工具的缺點還有很多，但我關注的是採用 HLS 可以讓我們快速的將算法佈置在FPGA端，尤其是針對一些複雜的算法，如果採用RTL級邏輯代碼設計，難度較大，需要設計人員具備豐富的開發經驗。隨着算法功能變得愈發複雜，開發週期也愈發漫長。設計人員現在往往需要在給定項目中實現數十萬行 HDL 代碼，逐次綜合，仿真每個模塊，以確保設計實現細節正確，把大部分時間花在細節的實現工作上，而不是設計更具價值的算法。高層次綜合 HLS 是一種全新的邏輯設計思想，可直接從算法級對硬件電路進行描述，設計者可在更高層次上進行設計，仿真和驗證，不用過多關心具體的電路設計，因此可以將更多精力放在設計結構的優化上，將數字系統設計從繁瑣的底層硬件系統構建和設計中解放出來，把更多精力放在尋求最佳的設計方案上。