芯片內置多個DMA控制器,包括PS側的DMA與PL側的AXI DMA,支持數(shù)據(jù)在PS內存、PL模塊、外部內存之間的直接傳輸,無需處理器核心介入,大幅降低了CPU的負載。例如,激光雷達的原始點云數(shù)據(jù)可通過PL側的DMA直接從傳感器接口傳輸至外部DDR內存,或傳輸至PL的預處理模塊進行特征提取,處理完成后再通過DMA傳輸至PS的決策單元,整個數(shù)據(jù)流轉過程實現(xiàn)硬件化,延遲可控制在毫秒級甚至微秒級,滿足實時性需求。此外,互聯(lián)架構還支持緩存一致性功能,確保PS與PL訪問共享內存時的數(shù)據(jù)一致性,簡化了軟件編程復雜度。
除核心的PS與PL部分外,Zynq UltraScale還集成了多個輔助功能模塊,為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行與場景適配提供保障。電源管理單元(PMU)支持動態(tài)電壓頻率調節(jié)(DVFS),可根據(jù)系統(tǒng)負載動態(tài)調整處理器與PL的電壓和頻率,在滿足性能需求的同時降低功耗,適配車載、便攜設備等低功耗場景;時鐘管理模塊(CMAC)集成了多個鎖相環(huán)(PLL)與時鐘分配網(wǎng)絡,可生成高精度、低抖動的時鐘信號,為PS、PL及外設提供穩(wěn)定的時鐘支撐,同時支持時鐘動態(tài)切換,適配不同模塊的時序需求。
安全模塊是Zynq UltraScale針對高端應用的重要增強功能,集成了硬件加密引擎、安全啟動、防篡改等功能。硬件加密引擎支持AES、RSA、SHA等主流加密算法,可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸加密、存儲加密與身份認證;安全啟動功能確保系統(tǒng)僅能加載經(jīng)過驗證的固件與應用程序,防止惡意代碼注入;防篡改模塊通過監(jiān)測電壓、溫度、時鐘異常等情況,及時觸發(fā)安全響應,保障系統(tǒng)在惡劣環(huán)境或惡意攻擊下的安全性,適配車載、金融等對安全要求嚴苛的場景。
Zynq UltraScale的硬件架構通過“PS通用計算+PL并行加速”的異構協(xié)同模式,完美平衡了靈活性與性能:PS部分依托成熟的ARM生態(tài)與操作系統(tǒng),可快速實現(xiàn)復雜軟件邏輯與系統(tǒng)管控;PL部分則通過硬件編程實現(xiàn)定制化功能與計算密集型任務的并行加速,同時支持硬件重構,可適配不同應用場景的需求變更。其豐富的高速接口與功能安全設計,使其在自動駕駛中能夠同時處理激光雷達、攝像頭、雷達等多傳感器數(shù)據(jù),實現(xiàn)實時感知、決策與控制;在工業(yè)控制中可滿足高精度運動控制與工業(yè)以太網(wǎng)通信需求;在高端通信中則能實現(xiàn)高速信號處理與協(xié)議解析。
總體而言,Zynq UltraScale的硬件架構以異構融合為核心,以高性能、高靈活性、高安全性為設計目標,通過資源升級與功能強化,構建了覆蓋通用計算、并行加速、高速傳輸、功能安全的完整硬件體系,為高端嵌入式應用提供了一體化的解決方案,也為開發(fā)者提供了從軟件到硬件的全棧設計空間,推動了嵌入式系統(tǒng)向更高性能、更智能、更可靠的方向發(fā)展。