方案概述

核心芯片型号：ZYNQ XC7Z020

方案详情：

基于ZYNQ的Cortex-A9双核+FPGA模块，提供千兆以太网接口，提供约200个GPIO口。配备专门的散热装置。

应用场合与方案优势：

尺寸为56mm * 42mm。吞吐量高，延迟低，可作为核心功能板服务于其他设备。

模块板正反面示意图

模块框架图

模块散热装配图

模块性能评测图

ZYNQ系列

赛灵思公司（Xilinx）推出的行业第一个可扩展处理平台Zynq系列。旨在为视频监视、汽车驾驶员辅助以及工厂自动化等高端嵌入式应用提供所需的处理与计算性能水平。

ZYNQ系列编程环境

Zynq-7000 系列提供了一个开放式设计环境，便于可编程逻辑中双核 Cortex-A9 MPCore 和定制加速器的并行开发，从而加速了产品上市进程。软件开发人员可以充分利用基于 Eclipse 的Xilinx Platform Studio 软件开发套件 (SDK)、ARM 的 DS-5 和 ARM Real View Design Suite (rvds)，或 ARM 互联社区和赛灵思联盟计划生态系统的领先厂商（诸如 Lauterbach、Wind River、PetaLogix、MathWorks、MentorGraphics、Micrium 和 MontaVista 等）提供的编译器、调试器和应用。

此外，利用赛灵思屡获殊荣的 ISE® 设计套件的优势，Zynq-7000 系列的可编程结构经定制可以最大化系统级性能，满足特定应用的各种需求。该套件提供了包括开发工具、AMB4 AXI4 即插即用 IP 核和总线功能模型 (BFM) 等在内的完整硬件开发环境，有助于加速设计和验证工作。赛灵思通过收购高级综合技术领先公司AutoESL进一步提升了在工具方面的进程，提供C，C++ 以及系统C综合优化Zynq-7000器件架构。未来的版本也将促进Zynq-7000产品系列中处理器和可编程逻辑之间关键算法的无缝衔接。

随着时间的推移，ARM互联社区和赛灵思联盟计划生态系统的第三方厂商将进一步扩展上述解决方案，这是赛灵思目标设计平台的一部分，可提供包括IP核、参考设计、开发套件及其他资源等在内的高效统一的开发环境，从而满足特定应用和设计领域要求。

ZYNQ系列可编程逻辑架构

Zynq-7000系列的可编程逻辑完全基于赛灵思最新7系列FPGA架构来设计，可确保 28nm 系列器件的 IP 核、工具和性能 100% 兼容。最小型的 Zynq-7000、Zynq-7010和Zynq-7020 均基于专门针对低成本和低功耗优化的 Artix-7 系列；较大型的 Zynq-7030 和 Zynq-7040 器件基于包括4至12个10.3 Gbps 收发器通道，可支持高速片外连接的中端 Kintex-7系列。所有四款产品均采用基于2个12位 1Msps ADC（模数转换器）模块的新型模拟混合信号模块。

FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

FPGA工作原理

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输入输出模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。 现场可编程门阵列（FPGA）是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，FPGA具有不同的结构。FPGA利用小型查找表（16×1RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。

电源类型

FPGA电源要求输出电压范围从1.2V到5V，输出电流范围从数十毫安到数安培。可用三种电源：低压差(LDO)线性稳压器、开关式DC-DC稳压器和开关式电源模块。最终选择何种电源取决于系统、系统预算和上市时间要求。

如果电路板空间是首要考虑因素，低输出噪声十分重要，或者系统要求对输入电压变化和负载瞬变做出快速响应，则应使用LDO稳压器。LDO功效比较低（因为是线性稳压器），只能提供中低输出电流。输入电容通常可以降低LDO输入端的电感和噪声。LDO输出端也需要电容，用来处理系统瞬变，并保持系统稳定性。也可以使用双输出LDO，同时为VCCINT和VCCO供电。

如果在设计中效率至关重要，并且系统要求高输出电流，则开关式稳压器占优势。开关电源的功效比高于LDO，但其开关电路会增加输出噪声。与LDO不同，开关式稳压器需利用电感来实现DC-DC转换。

要求

为确保正确上电，内核电压VCCINT的缓升时间必须在制造商规定的范围内。对于一些FPGA，由于VCCINT会在晶体管阈值导通前停留更多时间，因此过长的缓升时间可能会导致启动电流持续较长时间。如果电源向FPGA提供大电流，则较长的上电缓升时间会引起热应力。ADI公司的DC-DC稳压器提供可调软启动，缓升时间可以通过外部电容进行控制。缓升时间典型值在20ms至100ms范围内。

许多FPGA没有时序控制要求，因此VCCINT、VCCO和VCCAUX可以同时上电。如果这一点无法实现，上电电流可以稍高。时序要求依具体FPGA而异。对于一些FPGA，必须同时给VCCINT和VCCO供电。对于另一些FPGA，这些电源可按任何顺序接通。多数情况下，先给VCCINT后给VCCO供电是一种较好的做法。

当VCCINT在0.6V至0.8V范围内时，某些FPGA系列会产生上电涌入电流。在此期间，电源转换器持续供电。这种应用中，因为器件需通过降低输出电压来限制电流，所以不推荐使用返送电流限制。但在限流电源解决方案中，一旦限流电源所供电的电路电流超过设定的额定电流，电源就会将该电流限制在额定值以下。