Kostenoptimierte Single-Core-SoC-Plattform Cora Z7S für industrielle IoT-Anwendungen

Das Board Cora Z7S von Digilent baut auf dem leistungsfähigen Zynq 7000S von Xilinx auf. Der Zynq 7000S verfügt über einen Single-Core-ARM-Cortex™-A9-Prozessor, der mit einer 28nm-Artix®-7-basierten programmierbaren Logik ausgestattet ist (man denke an einen Raspberry Pi kombiniert mit einer FPGA-Karte). Diese Kombination ermöglicht Hardwareentwicklern den Zugriff auf Softwareressourcen wie Linux und Open-Source-Tools und Softwareentwicklern den Zugriff auf die Hardwarekonfiguration.

Zynq-Architektur

Der Zynq-APSoC ist in zwei unterschiedliche Subsysteme aufgeteilt: das Verarbeitungssystem und die programmierbare Logik.

Die programmierbare Logik ist nahezu identisch mit einem Artix-FPGA der Serie Xilinx 7, außer dass sie mehrere spezielle Anschlüsse und Busse enthält, durch die sie eng an das Verarbeitungssystem gekoppelt ist. Die programmierbare Logik kann entweder direkt vom Prozessor oder über den JTAG-Port konfiguriert werden. Das Verarbeitungssystem besteht aus vielen Komponenten, darunter die Anwendungsverarbeitungseinheit (APU), AMBA-Verbindung (Advanced Microcontroller Bus Architecture), DDR3-Speichercontroller und verschiedene Peripherie-Controller mit ihren Ein- und Ausgängen mit 54 speziellen Multiplex-Pins (die als Multiplex-I/O oder MIO-Pins bezeichnet werden).

Die Spezifikationen für den Zynq-7000S sind unten aufgeführt:

• Single-Core-Cortex-A9-Prozessor, 667 MHz
• DDR3-Speichercontroller mit 8 DMA-Kanälen und 4 Hochleistungs-AXI3-Slave-Ports
• Peripherie-Controller mit hoher Bandbreite: 1G-Ethernet, USB 2.0, SDIO
• Peripherie-Controller mit geringer Bandbreite: SPI, UART, CAN, I²C
• On-Chip-ADC, 1 MS/s
• Von JTAG und MicroSD-Karte programmierbar
• Programmierbare Logik entspricht Artix-7-FPGA
• 14.400 Lookup-Tabellen (LUTs)
• 28.800 Flip-Flops
• 225 KB Block-RAM
• 2 Taktmanagement-Kacheln

Inhalt des Cora Z7S

Die verschiedensten Hardware-Schnittstellen des Cora Z7S von 1-Gbit/s-Ethernet-PHY bis zu Analog/Digital-Wandlern und GPIO-Pins machen das Board zu einer idealen Plattform für die Entwicklung einer Vielzahl von eingebetteten Anwendungen. Durch den kleinen Formfaktor und Montagebohrungen kann das Cora Z7 als Komponente einer größeren Lösung eingesetzt werden. Dank des SD-Karteneinschubs, des Ethernets und der Stromversorgungslösung kann das Cora Z7 unabhängig von einem Host-Computer arbeiten.

Das Cora Z7S kann an Arduino-Standard-Shields angeschlossen werden, um den Funktionsumfang zu erweitern. Bei der Entwicklung des Cora Z7S wurde besonders darauf geachtet, dass sie garantiert mit der Mehrzahl der Arduino-Shields auf dem Markt kompatibel ist. Der Shield-Anschluss verfügt über 45 an das FPGA angeschlossene Pins für digitale Mehrzweck-I/Os. Aufgrund der Flexibilität von FPGAs können diese Pins für so gut wie alles verwendet werden, unter anderem für digitale Lese- und Schreibvorgänge, SPI-Verbindungen, UART-Verbindungen, I²C-Verbindungen und PWM. Sechs dieser Pins, AN0 bis AN5, können auch als asymmetrische Analogeingänge mit einem Eingangsbereich von 0 V bis 3,3 V eingesetzt werden. Und weitere sechs Pins, AN6 bis AN11, können als differenzielle analoge Eingangspaare mit einem Eingangsbereich von 0 V bis 1,0 V verwendet werden.

Draufsicht des Cora Z7S (Bildquelle: Digilent, Inc.)

Softwareunterstützung

Das Cora Z7S ist vollständig kompatibel mit der Vivado Design Suite von Xilinx. Dieses Toolset verbindet die Entwicklung von FPGA-Logik und eingebetteter ARM-Software zu einem benutzerfreundlichen, intuitiven Entwicklungsprozess. Es kann zur Entwicklung von Systemen mit beliebiger Komplexität verwendet werden, von einem einfachen Bare-Metal-Programm, das LEDs steuert, bis hin zu einem kompletten Betriebssystem mit mehreren gemeinsam ausgeführten Serveranwendungen. Außerdem kann der Zynq-APSoC-Baustein auch als eigenständiges FPGA eingesetzt werden, wenn der Entwickler an einer Verwendung des Prozessors nicht interessiert ist.

Zynq-Plattformen sind als eingebettete Linux-Ziele geeignet, und das Cora Z7S ist dabei keine Ausnahme. Als Einstieg dient ein PetaLinux-Projekt, mit dem Sie in einem Linux-System schnell durchstarten. Weitere Informationen finden Sie im Ressourcenzentrum für Cora Z7.