معماری Zynq-7000؛ ترکیب پردازنده ARM و FPGA

مهم‌ترین ویژگی AX7Z010B استفاده از تراشه XC7Z010-1CLG400I از خانواده Zynq-7000 است. معماری Zynq به‌صورت هم‌زمان شامل دو بخش اصلی است:

• Processing System یا PS مبتنی بر پردازنده دو هسته‌ای ARM Cortex-A9
• Programmable Logic یا PL مبتنی بر معماری FPGA

این ساختار به طراح اجازه می‌دهد وظایف نرم‌افزاری مانند کنترل سیستم، ارتباطات شبکه، مدیریت تجهیزات و اجرای سیستم‌عامل را روی بخش ARM اجرا کند و در عین حال الگوریتم‌های پردازشی، کنترل‌های سخت‌افزاری و پردازش‌های موازی را در بخش FPGA پیاده‌سازی نماید.

پردازنده ARM این مدل تا فرکانس 676MHz کار می‌کند و بخش FPGA مبتنی بر فناوری Artix-7 با فناوری ساخت 28 نانومتر است.

این معماری برای پروژه‌هایی که نیاز به ترکیب پردازش نرم‌افزاری + پردازش سخت‌افزاری موازی دارند، بسیار کاربردی است.

حافظه DDR3 پرسرعت

برد AX7Z010B به 512MB حافظه DDR3 SDRAM با رابط 32 بیتی مجهز شده است. سرعت حافظه مطابق اطلاعات ALINX برابر 1066Mbps است.

این حافظه برای اجرای برنامه‌های پردازنده ARM، ذخیره موقت داده‌ها، اجرای سیستم‌عامل و همچنین پردازش داده‌های مورد استفاده در بخش FPGA کاربرد دارد.

حافظه QSPI Flash با ظرفیت 32MB

برای ذخیره‌سازی دائمی Firmware، تنظیمات سیستم، Boot Image و سایر داده‌های مورد نیاز، AX7Z010B دارای 32MB حافظه QSPI Flash است.

همچنین روی برد EEPROM مدل 24LC04 نیز قرار گرفته است که می‌تواند برای ذخیره اطلاعات و تنظیمات غیر فرار مورد استفاده قرار گیرد.

ارتباط شبکه Ethernet گیگابیتی

AX7Z010B دارای یک رابط Gigabit Ethernet است که امکان برقراری ارتباط پرسرعت با کامپیوتر، شبکه محلی، تجهیزات صنعتی و سایر سیستم‌های شبکه‌ای را فراهم می‌کند.

این رابط می‌تواند در پروژه‌هایی مانند:

• انتقال داده بین برد و کامپیوتر
• کنترل تجهیزات از طریق شبکه
• سیستم‌های مانیتورینگ
• سیستم‌های صنعتی مبتنی بر Ethernet
• پروژه‌های Embedded Linux
• ارتباطات TCP/IP

مورد استفاده قرار گیرد.

دو رابط CAN برای کاربردهای صنعتی و خودرویی

یکی از قابلیت‌های مهم این برد، وجود 2 رابط CAN Bus است. این رابط‌ها برای پروژه‌های کنترلی و شبکه‌های صنعتی و خودرویی کاربرد زیادی دارند.

از جمله موارد استفاده می‌توان به:

• کنترلرهای صنعتی
• تجهیزات اتوماسیون
• سیستم‌های Automotive
• ارتباط بین کنترلرها
• تجهیزات هوشمند
• سیستم‌های مانیتورینگ و کنترل

اشاره کرد.

طبق مستندات ALINX، رابط‌های CAN این برد از طریق تراشه‌های رابط CAN به سیستم Zynq متصل شده‌اند.

دو رابط RS485؛ مناسب برای اتوماسیون و ارتباطات صنعتی

AX7Z010B دارای 2 رابط RS485 است. یکی از این رابط‌ها به بخش PS و دیگری به بخش PL متصل شده است؛ بنابراین علاوه بر استفاده در ارتباطات نرم‌افزاری، امکان طراحی و پیاده‌سازی ارتباطات سفارشی در بخش FPGA نیز وجود دارد.

این ویژگی برای کاربردهایی مانند:

• PLC و اتوماسیون صنعتی
• سنسورها و تجهیزات اندازه‌گیری
• تجهیزات کنترل موتور
• شبکه‌های صنعتی
• سیستم‌های مانیتورینگ
• ارتباط با تجهیزات صنعتی قدیمی و جدید

بسیار مفید است.

خروجی HDMI با پشتیبانی از 1080P

برد AX7Z010B دارای رابط HDMI Output است و مطابق مشخصات محصول، امکان انتقال تصویر تا 1080P@60Hz را فراهم می‌کند.

این قابلیت، برد را برای پروژه‌های:

• پردازش تصویر
• نمایش اطلاعات
• سیستم‌های گرافیکی Embedded
• پردازش ویدئو
• بینایی ماشین
• تجهیزات آموزشی و آزمایشگاهی

مناسب می‌کند.

ورودی‌های آنالوگ برای اتصال به سیگنال‌های خارجی

روی برد 2 ورودی AD آنالوگ با کانکتور SMA قرار گرفته است. طبق مستندات فنی، محدوده ورودی این کانال‌ها 0 تا 10 ولت است و نباید ولتاژی بیشتر از این محدوده به ورودی اعمال شود.

این ورودی‌ها می‌توانند برای آزمایش و نمونه‌سازی سیستم‌هایی که نیاز به دریافت سیگنال‌های آنالوگ و پردازش آن‌ها در محیط FPGA دارند، مورد استفاده قرار گیرند.

دو هدر توسعه 40 پین

AX7Z010B دارای 2 کانکتور توسعه 40 پین با فاصله 2.54mm است. این رابط‌ها برای اتصال ماژول‌ها و تجهیزات جانبی مختلف طراحی شده‌اند.

طبق اطلاعات ALINX، هر رابط شامل 34 خط I/O به همراه خطوط تغذیه و زمین است و امکان اتصال ماژول‌هایی مانند:

• دوربین‌های دوچشمی
• نمایشگرهای TFT LCD
• ماژول‌های ADC پرسرعت
• ماژول‌های توسعه اختصاصی
• تجهیزات جانبی FPGA

را فراهم می‌کند.

این ساختار باعث می‌شود برد تنها به امکانات داخلی خود محدود نباشد و بتوان آن را برای پروژه‌های مختلف توسعه داد.

USB Host و USB-UART

برای اتصال تجهیزات جانبی و همچنین ارتباط با کامپیوتر، AX7Z010B به USB 2.0 Host و USB-UART مجهز شده است.

رابط USB Host می‌تواند برای اتصال تجهیزاتی مانند:

• حافظه USB
• کیبورد
• ماوس
• سایر تجهیزات USB

استفاده شود.

رابط USB-UART نیز برای ارتباط سریال با کامپیوتر و Debug و مانیتورینگ نرم‌افزار بسیار کاربردی است. در طراحی این برد از تراشه CP2102GM برای USB-UART استفاده شده است.

رابط JTAG برای برنامه‌ریزی و Debug

وجود JTAG Interface امکان برنامه‌ریزی FPGA، اشکال‌زدایی سخت‌افزار و توسعه پروژه‌های Zynq را فراهم می‌کند.

این رابط در فرآیند توسعه پروژه‌های Vivado و طراحی‌های مبتنی بر Zynq اهمیت زیادی دارد و امکان اتصال برد به ابزارهای توسعه و Debug را فراهم می‌سازد.

Micro SD برای سیستم‌عامل و ذخیره‌سازی

برد به یک Micro SD Card Slot مجهز است که می‌تواند برای ذخیره فایل‌های Boot، سیستم‌عامل، فایل سیستم و داده‌های پروژه مورد استفاده قرار گیرد.

این قابلیت به‌خصوص در پروژه‌هایی که از پردازنده ARM و سیستم‌عامل Embedded Linux استفاده می‌کنند، کاربردی است.

سنسور دما و LEDهای وضعیت

برای پایش شرایط کاری برد، AX7Z010B به سنسور دمای LM75 مجهز شده است. همچنین LEDهای مختلف روی برد برای نمایش وضعیت تغذیه، وضعیت سیستم و عملکرد کاربر در نظر گرفته شده‌اند.

طبق مستندات ALINX، برد دارای LEDهای متعدد شامل LEDهای مربوط به Power، وضعیت سیستم و LEDهای کاربر است.

ساختار Core Board + Base Board

یکی از ویژگی‌های طراحی AX7Z010B، معماری Core Board + Base Board است.

بخش Core Board شامل اجزای اصلی سیستم مانند:

• XC7Z010
• حافظه DDR3
• QSPI Flash
• مدارهای اصلی Zynq

است.

این Core Board از طریق کانکتورهای بردبه‌برد با Base Board ارتباط دارد. Base Board نیز مجموعه رابط‌ها و امکانات جانبی را در اختیار طراح قرار می‌دهد.

این معماری باعث می‌شود طراحی سیستم انعطاف‌پذیرتر باشد و بخش پردازشی اصلی از رابط‌های جانبی تفکیک شود.

کاربردهای برد ALINX AX7Z010B

با توجه به ترکیب پردازنده ARM، FPGA و رابط‌های ارتباطی متنوع، AX7Z010B را می‌توان در طیف وسیعی از پروژه‌ها استفاده کرد.

آموزش و یادگیری FPGA و Zynq

این برد گزینه‌ای مناسب برای آموزش معماری Zynq-7000، FPGA، ARM Cortex-A9، Vivado، طراحی سخت‌افزار و سیستم‌های Embedded است.

وجود رابط‌های متعدد و منابع آموزشی و نمونه‌کدهای ارائه‌شده توسط ALINX، فرآیند شروع کار با برد را ساده‌تر می‌کند. ALINX برای این محصول مستندات فنی، شماتیک، فایل‌های PCB، Datasheet و Demoهای نرم‌افزاری ارائه کرده است.

اتوماسیون صنعتی

ترکیب Ethernet، CAN، RS485، FPGA و ARM، این برد را برای نمونه‌سازی سیستم‌های کنترل و اتوماسیون صنعتی مناسب می‌کند.

پردازش تصویر و ویدئو

وجود FPGA قابل برنامه‌ریزی، خروجی HDMI و رابط‌های توسعه، امکان طراحی و آزمایش الگوریتم‌های پردازش تصویر و ویدئو را فراهم می‌کند.

سیستم‌های Embedded

پردازنده ARM Cortex-A9 می‌تواند برای اجرای نرم‌افزارهای Embedded، مدیریت سیستم و ارتباط با تجهیزات جانبی مورد استفاده قرار گیرد، در حالی که FPGA وظایف سخت‌افزاری و پردازش‌های موازی را انجام می‌دهد.

تجهیزات اندازه‌گیری و ابزار دقیق

ورودی‌های آنالوگ، Ethernet، RS485، CAN و قابلیت پردازش FPGA، امکان استفاده از AX7Z010B در نمونه‌سازی تجهیزات اندازه‌گیری و سیستم‌های Instrumentation را فراهم می‌کند.

سیستم‌های ارتباطی

رابط‌های Ethernet، CAN و RS485 در کنار قابلیت برنامه‌ریزی FPGA، امکان پیاده‌سازی و آزمایش انواع سیستم‌های ارتباطی و پروتکل‌های سفارشی را فراهم می‌کنند.

مشخصات فنی AX7Z010B

پلتفرم AX7Z010B به‌عنوان یک Development Board & Kit عرضه می‌شود و ALINX برای آن مستندات و نمونه‌های نرم‌افزاری و آموزشی ارائه کرده است. این مستندات شامل مواردی مانند شماتیک، PCB، Datasheet و User Manual است.

چرا AX7Z010B برای توسعه Zynq مناسب است؟

AX7Z010B یک پلتفرم متعادل برای ورود به دنیای FPGA و SoCهای Zynq فراهم می‌کند. در یک برد واحد، طراح به پردازنده ARM، منطق قابل برنامه‌ریزی FPGA، حافظه DDR3، حافظه Flash، Ethernet، CAN، RS485، HDMI، USB، JTAG، Micro SD و رابط‌های توسعه دسترسی دارد.

بنابراین به‌جای استفاده از چند برد مجزا برای آزمایش قسمت‌های مختلف یک سیستم، می‌توان بخش قابل توجهی از فرآیند طراحی، توسعه و نمونه‌سازی را روی همین پلتفرم انجام داد.

این برد به‌خصوص برای دانشجویان، پژوهشگران، مهندسان FPGA، طراحان Embedded، توسعه‌دهندگان سیستم‌های صنعتی و تیم‌های تحقیق و توسعه که به دنبال یک پلتفرم Zynq-7000 با امکانات ارتباطی متنوع هستند، قابل استفاده است. مستندات و Demoهای ALINX نیز برای شروع توسعه در دسترس هستند.

جمع‌بندی

ALINX AX7Z010B یک برد توسعه مبتنی بر Xilinx Zynq-7000 XC7Z010 است که ترکیب پردازنده دو هسته‌ای ARM Cortex-A9 و FPGA قابل برنامه‌ریزی را در اختیار طراح قرار می‌دهد.

وجود 512MB DDR3، حافظه 32MB QSPI Flash، Ethernet گیگابیتی، دو CAN، دو RS485، HDMI، USB Host، USB-UART، JTAG، Micro SD، دو ورودی آنالوگ و دو رابط توسعه 40 پین باعث شده است این برد بتواند به‌عنوان یک پلتفرم کامل برای آموزش، تحقیق، نمونه‌سازی و توسعه سیستم‌های FPGA و Embedded مورد استفاده قرار گیرد.

اگر هدف شما یادگیری و توسعه پروژه‌های Zynq-7000، FPGA، ARM، پردازش موازی، سیستم‌های Embedded، کنترل صنعتی، ارتباطات و پردازش تصویر باشد، AX7Z010B امکانات سخت‌افزاری متنوعی را در یک پلتفرم واحد در اختیار شما قرار می‌دهد.

•• اطلاعات فنی بیشتر در اینجا می باشد