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目录
[1. Zynq的命名哲学：从锌的隐喻到芯片革命](#1. Zynq的命名哲学：从锌的隐喻到芯片革命)
[2. Zynq不是FPGA：架构突破与范式转移](#2. Zynq不是FPGA：架构突破与范式转移)
[3. Zynq的"可扩展"本质：面向未来的系统设计思想](#3. Zynq的"可扩展"本质：面向未来的系统设计思想)
[4. Zynq为何选择ARM Cortex-A9：技术与生态的双重考量](#4. Zynq为何选择ARM Cortex-A9：技术与生态的双重考量)
[5. Zynq的化学反应：处理器与FPGA的深度融合](#5. Zynq的化学反应：处理器与FPGA的深度融合)
[6. Zynq的应用场景：从工业自动化到嵌入式视觉](#6. Zynq的应用场景：从工业自动化到嵌入式视觉)
[7. Zynq的生态系统：构建完整的开发环境](#7. Zynq的生态系统：构建完整的开发环境)
[8. Zynq的未来展望：在物联网与人工智能时代的发展轨迹](#8. Zynq的未来展望：在物联网与人工智能时代的发展轨迹)
一颗芯片的名称背后，隐藏着如何重塑行业格局的野心与智慧。
"Zynq"这个名称巧妙地呼应了锌（Zinc）的化学符号，寓意着如同锌能与其他金属形成性能各异的合金，Zynq也通过将ARM处理器与FPGA深度融合，创造出了一个功能强大且灵活多变的可扩展处理平台。这种命名不仅体现了赛灵思对公司核心技术的重新定位，更预示着嵌入式系统设计范式的一场革命。
1. Zynq的命名哲学：从锌的隐喻到芯片革命
锌作为一种常见金属，其最具价值的特性在于能与多种金属形成合金，从而显著增强材料的功能性。赛灵思从这一特性中汲取灵感，将Zynq设计为一种芯片级的"合金"解决方案------把通用的ARM处理器与灵活的可编程逻辑紧密结合，创造出单一组件无法实现的系统性能和功能灵活性。
"电镀"这一概念在Zynq的命名故事中同样关键。就像电镀工艺通过在基底材料上镀锌来增强其性能和保护性，赛灵思通过构建丰富的开发生态系统，将软件开发工具、硬件设计资源、操作系统支持和IP核等要素"电镀"到Zynq的基础架构之上。
这种深度的集成与优化，使得Zynq不再是简单的芯片，而是一个完整的解决方案平台。
赛灵思在2010年4月的嵌入式系统大会上首次公布了Zynq的架构详情，当时将其定义为可扩展处理平台（Extensible Processing Platform）。这一平台的核心本质是将通用基础双ARM Cortex-A9 MPCore处理器系统作为"主系统"，结合低功耗28nm工艺技术，实现高度的灵活性、强大的配置功能和高性能。
由于该器件的可编程逻辑部分基于赛灵思28nm 7系列FPGA，因此产品名称中添加了"7000"后缀，既保持了与7系列FPGA的一致性，也为日后新产品的命名留下了空间。
2. Zynq不是FPGA：架构突破与范式转移
与传统带有嵌入式处理器的FPGA有本质不同，Zynq-7000系列的处理系统不仅能在开机时启动，而且还可根据需要配置可编程逻辑。这种方法使软件编程模式与全功能的标准ARM处理SoC毫无二致，从根本上改变了设计工程师的使用体验和应用场景。
Zynq芯片可以划分为两个主要功能块：PS（处理系统）和PL（可编程逻辑）。PS部分是与FPGA无关的ARM SOC部分，包含双核Cortex-A9处理器、内存控制器、各种外设和互连接口。
PL部分则是FPGA可编程逻辑部分，基于赛灵思28nm工艺的7系列FPGA架构。这种划分不是简单的组件拼凑，而是有机的架构整合。
在Zynq的PS部分，APU（应用处理器单元） 占据中心位置。需要区分的是，Xilinx的APU指的是"Application Processor Unit"（应用处理器单元），与AMD公司的"Accelerated Processing Units"（加速处理器）截然不同。
APU包含了双ARM Cortex-A9核、高速缓冲、DMA、定时器、中断控制、浮点和NEON协处理等组件，实质上是处理器的核心部分。
特别值得一提的是，带有"Application"这个词根，暗示着该处理器能够运行全尺寸的操作系统并支持复杂的应用程序。这与仅能处理简单任务的MCU（微控制器单元）或功能有限的MPU（微处理器单元）形成了鲜明对比，明确了Zynq面向高性能嵌入式计算的市场定位。
3. Zynq的"可扩展"本质：面向未来的系统设计思想
在软件工程领域，可扩展性是指系统设计考虑到未来发展需求的设计原理，是能够扩展系统的一种系统性举措。优秀的架构反映了实现上述目的的设计原理，也为今后可能的构建工作制定了发展蓝图。
在系统架构中，可扩展性意味着系统设计时包含了通过新功能扩展/改进自身的机制和元素，而且无需对系统基础架构进行较大的修改。这通常意味着最终交付的产品中包含了尚不会立即使用（甚至可能永远不会使用）的功能和机制，但这些功能并非可有可无，而是可维护性的必要元素，有助于避免产品过早被淘汰。
Zynq的可扩展性体现在多个层面：在硬件层面，设计师可以利用可编程逻辑强大的并行处理能力，解决多种不同信号处理应用中的大量数据处理问题，还能通过实施更多外设来扩展处理系统的特性。
在系统性能层面，系统和可编程逻辑之间的高带宽AMBA®-AXI互联能以极低的功耗支持千兆位级数据传输，从而有效解决了控制、数据、I/O和存储器之间的常见性能瓶颈问题。
4. Zynq为何选择ARM Cortex-A9：技术与生态的双重考量
赛灵思选择与ARM合作开发双核Cortex-A9 MPCore处理器并非偶然。经过20年的发展，处理器世界虽然用量越来越大，但主流平台的数量却越来越少。到2009年，市场上只剩下四大主流平台：ARM、x86、PPC（PowerPC）和MIPS。
其中ARM以生态环境丰富成为瞩目的热点，拥有900家合作伙伴企业，生态系统发展势头良好。
虽然ARM9和ARM7是ARM全世界授权量最多、出货量最大的系列，但Cortex-A系列却是所有系列中增长速度最快的，甚至超过了M系列。除了Xilinx的Zynq家族外，许多公司已经或正在开发基于Cortex-A9的创新产品，覆盖智能手机、平板电脑、3D TV、网络SoC、网络服务器乃至超级计算机等领域。
从技术角度看，Cortex-A9是ARM处理器系列中较高性能的产品，采用ARMv7架构。A9处理器的设计基于先进的推测型八级流水线，具有高效、动态长度、多发射超标量及无序完成特征，因此这款处理器的性能、功效和功能均达到了高水平，能够满足消费、网络、企业和移动应用等领域尖端产品的要求。
5. Zynq的化学反应：处理器与FPGA的深度融合
市场调查表明，FPGA目前在全部嵌入式系统中的使用比例高达50%~70%，这个市场非常巨大。传统工程方案通常采用"嵌入式处理器+FPGA"的双芯片方案。但开发者们常常发现，无论是传统的单个处理器、单个FPGA、ASIC或者是ASSP，都无法完全满足他们的需求。
当时的系统设计面临四大挑战：提高系统性能、降低系统功耗、减少电路板面积和降低总体系统成本。
Zynq器件不是简单地把FPGA与处理器集成在一起，更是两者的有机结合。传统FPGA与处理器之间的互联依靠PCIe等接口，而Zynq采用了AXI4连接总线，在FPGA与处理器之间形成很宽的带宽。
在FPGA+CPU的双芯片方案中，FPGA与处理器中间通过PCIe互联，带宽较窄，通道也较少，这意味着有时超过一半的FPGA资源会被用来支持带宽操作。而且两个器件需要分别连接外部存储器，进一步增加了系统复杂度和成本。
使用Zynq后，可以移除中间的PCIe连接，让存储器和FPGA共享，从而大幅降低成本和功耗。
ARM中国总裁吴雄昂曾指出："众所周知，新一代的系统处理，不只是CPU的功能，接口的处理能力在很大程度上决定了整个系统的应用能力。所以我们往往看到同样一个设计，因为良好的接口的融合，功能会相差50%。赛灵思的Zynq在新的AMBA AXI4接口上达到了很高的数据吞吐能力。"
6. Zynq的应用场景：从工业自动化到嵌入式视觉
随着通信市场萎缩，FPGA在工业领域找到了新的增长点。赛灵思推出28nm Zynq-7000 All Programmable SoC后，FPGA在工业应用呈现出加速之势，工业级客户增长非常迅猛，数量远超通信客户。
Zynq器件在智能化工业自动化领域大显身手，特别是在马达控制、工业网络、机器视觉和工业安全四大领域。
以马达控制为例，采用FPGA后，控制环路的速度可以提升15倍以上，这意味着可以实现高效精准的控制，符合节能减排的趋势。FPGA擅长并行处理，对于需要控制多个马达的领域，比传统的MCU+DSP方案优势明显。
实测数据显示，Zynq实现马达控制的响应时间仅为2.5微秒，而传统MCU方案需要55微秒。
在工业网络领域，FPGA的优势在于支持缆线和实时网络协议、整合网络和定制功能以降低物料清单成本。SoC-e公司在Zynq-7000 All Programmable SoC上实现了高可靠无缝冗余协议和并行冗余协议，该方案具有高精度时序功能，可应用于电力自动化、变电站等智能电网领域，以及高铁等轨道交通领域。
与传统的RSTP、MSTP或私有环网保护技术相比，它可以实现真正的"零丢包"、"零切换"网络冗余保护技术。
嵌入式视觉是Zynq的另一个重要应用领域。赛灵思通过首款在单个芯片上整合ARM双核Cortex-A9 MPCORE、可编程逻辑及各种重要外设的Zynq-7000 All Programmable SoC，构建了包含Vivado HLS、全新IP Integrator工具、OpenCV库、SmartCORE IP以及专用开发套件的支持性基础架构。
这些工具与IP为视觉创新开发与加速交付提供了强大支持。
7. Zynq的生态系统：构建完整的开发环境
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、ARM的DS-5和ARM RealView Design Suite，或ARM互联社区和赛灵思联盟计划生态系统的领先厂商提供的编译器、调试器和应用。
这些合作伙伴包括Lauterbach、WindRiver、PetaLogix、MathWorks、Mentor Graphics、Micrium和MontaVista等。
在硬件开发方面，赛灵思屡获殊荣的ISE®设计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进一步提升了工具能力，提供C、C++以及System C综合优化Zynq-7000器件架构。未来的工具版本还将促进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。
Zynq的可编程逻辑架构完全基于赛灵思最新7系列FPGA架构设计，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器件则基于包括4至12个10.3Gbps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模块的新型模拟混合信号模块。
8. Zynq的未来展望：在物联网与人工智能时代的发展轨迹
Zynq已经来了一段时间了。但随着物联网、智能工业等领域的发展，让ARM穿上FPGA的马甲，势必会演一出更精彩的好戏。赛灵思已经公布了其在工业物联网和医疗物联网方面的布局，Zynq和Zynq UltraScale+ SoC成为其战略核心。
通过Zynq和Zynq UltraScale+ SoC，将通用处理器、DSP、GPU和模拟、保密处理器、安全处理器等集成在同一产品中，为工业和医疗物联网领域提供了新的选择。
2019年，赛灵思工业、视觉、医疗及科学市场总监Chetan Khona表示："Edge AI既是一种能力，也是Versal的子系列。目前，Zynq SoC和Zynq UltraScale+ SoC均已部署了Edge AI，未来它会是Versal的一个子系列，主要是在每瓦的性能上能够达到行业领先。"
他相信，待在该领域的部署完成之后，Zynq UltraScale+ SoC将会成为赛灵思系列产品中在工业物联网和医疗物联网中最成功的产品。
在人工智能领域，赛灵思通过收购深鉴科技来完善其在边缘计算方面的能力，这让赛灵思实现了支持高吞吐量和低时延的人工智能；能够匹配人工智能创新的快速步伐；能够加速整体的应用。
同时，配合全面的AI软件平台，使得赛灵思能够在AI边缘计算上实现对工业和医疗物联网上的创新。
从更宏观的视角看，Zynq代表的不仅是技术上的突破，更是半导体行业发展趋势的体现。随着28nm制程的成熟，ASIC与ASSP的一次性费用高达5000万美元，若重新设计还需承担原费用的50%。
系统对产品设计性价比的考量也更加严峻，因此独特性 及灵活性成为大多数厂商设计考量的着眼点。这正是Zynq这类可编程器件的优势所在。
回望Zynq的命名故事，那个看似简单的"锌"的比喻，实则精准预言了嵌入式系统设计的发展方向------异构计算 、软硬件协同 和平台化生态。Zynq不仅是一个产品，更是一种设计哲学的体现，它通过将处理系统与可编程逻辑的深度集成，成功打破了传统嵌入式设计的局限，为行业开辟了一条全新的道路。
在物联网和人工智能时代，这种高度集成、灵活可扩展的架构将继续发挥关键作用，推动技术创新和应用突破。