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作者：Sleibso Xilinx的六位專家在IEEE Micro雜志3/4月刊上聯(lián)名發(fā)表了一篇15頁的長文深度描述了Xilinx 16nm Zynq UltraScale+ MPSoC相關(guān)技術(shù)信息。您可以通過在線瀏覽 http://online.qmags.com/MIC0316 獲取該文章的電子版全文或繼續(xù)閱讀本文了解技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)容。 
Zynq UltraScale+ MPSoC是Xilinx推出的第二代多處理SoC系統(tǒng)，在第一代Zynq-7000的基礎(chǔ)上做了全面升級。包括先進(jìn)的multi-domain，multi-island電源管理系統(tǒng)；高密度片上UltraRAM靜態(tài)存儲(chǔ)器；單通道速率高達(dá)32Gbps的高速收發(fā)器；集成100GbE、PCIe Gen4、150Gbps Interlaken等I/O控制器；高性能UltraScale可編程邏輯。和Zynq-7000系列器件相比，加密、安全和電源管理都得到了顯著增強(qiáng)。Zynq UltraScale+ MPSoC系統(tǒng)框圖如下圖1所示。 
圖1 Zynq UltraScale+ MPSoC系統(tǒng)框圖 和第一代Zynq-7000 SoC一樣，Zynq UltraScale+ MPSoC第一級初始化boot也是先從PS啟動(dòng)，支持RSA簽名和AES認(rèn)證。在初始化Boot確認(rèn)整個(gè)器件的安全性之后再加載PL（可編程邏輯）配置。用戶可以把Zynq UltraScale+ MPSoC的片上PL看成處理器的外設(shè)，可用于應(yīng)用加速或其它差異化的處理。Zynq UltraScale+ MPSoC的各子系統(tǒng)和PL可以完全關(guān)電或進(jìn)行動(dòng)態(tài)電源管理按需開關(guān)。大多數(shù)的Zynq UltraScale+ MPSoC PS里面的處理器核均可獨(dú)立供電。 Zynq UltraScale+ MPSoC的PS有以下主要特點(diǎn)： • 一個(gè)四核64位ARM Cortex-A53處理器，帶L1和L2級緩存和ECC功能，可單獨(dú)上電和關(guān)電； • Cache一致性互聯(lián)單元為PS和PL提供雙向Cache一致性保證； • SMMU（系統(tǒng)內(nèi)存管理）單元用于PS和PL虛擬內(nèi)存管理； • 雙核ARM Cortex-R5F處理器（帶浮點(diǎn)擴(kuò)展），可運(yùn)行在鎖步模式或獨(dú)立工作模式，包含Cache和帶ECC的存儲(chǔ)，可成對關(guān)電； • ARM Mali-400 MP2 GPU用于2D/3D圖形顯示，帶支持一路或兩路4Kp30視頻流的DP接口； • H.265/264視頻編解碼器，10位像素深度下支持4Kp60編解碼； • 基于三冗余處理器的配置和電源管理單元； • DDR控制器支持ECC功能的DDR3/4和LPDDR3/4 SDRAM，Zynq UltraScale+ MPSoC的PS和PL共享SDRAM空間； • 硬核外設(shè)包括：GigE、USB3.0、SATA3.0、SPI、IIC、CAN、UART和Flash控制器（QSPI-NOR、SD、eMMC、ONFI NAND）。 Zynq UltraScale+ MPSoC的PS由兩個(gè)處理子系統(tǒng)構(gòu)成：雙核Cortex-R5F實(shí)時(shí)處理子系統(tǒng)，包括低功耗域的鎖步RPU（實(shí)時(shí)處理單元）；應(yīng)用子系統(tǒng)含一個(gè)基于四核、64位 ARM Cortex-A53 處理器的RPU（應(yīng)用處理單元），工作在全功耗域。Zynq UltraScale+ MPSoC使用一個(gè)獨(dú)立的功耗域用于PL和電池供電域（安全秘鑰和實(shí)時(shí)時(shí)鐘）。 基于雙核ARM Cortex-R5F處理器的RPU可工作在鎖步和獨(dú)立運(yùn)行模式。鎖步模式用于安全性要求嚴(yán)苛的場合，在鎖步模式下，從處理器輸入延時(shí)兩拍提供時(shí)間分集。兩個(gè)AMR Cortex-R5F處理器版圖在物理上不同以提供物理分集，鎖步檢查邏輯也是冗余的。RPU有一個(gè)獨(dú)立的低延時(shí)接口到PL，在全功耗域（包括APU）關(guān)電的情況下也可以訪問。RPU可以低延時(shí)確定性訪問片上內(nèi)存來用于安全性要求嚴(yán)苛的實(shí)時(shí)服務(wù)。低功耗子系統(tǒng)（LPS）包括RPU支持ASIL-C和SIL3標(biāo)準(zhǔn)。全功耗子系統(tǒng)（FPS）包括APU支持 ASIL-B和SIL2標(biāo)準(zhǔn)。 APU、RPU和PL子系統(tǒng)共享內(nèi)存，Zynq UltraScale+ MPSoC的SMMU提供內(nèi)存保護(hù)并在Boot時(shí)為APU、RPU和PL子系統(tǒng)提供內(nèi)存分割。片上的DDR控制器提供六個(gè)訪問端口供片上多個(gè)Master設(shè)備共享訪問。DDR控制器提供三種模式的交易：低延時(shí)（LL），高吞吐（BE）和實(shí)時(shí)（RT）。低延時(shí)（LL）交易具有最高優(yōu)先級的仲裁，實(shí)時(shí)（RT）交易不能超過其延時(shí)要求，RT請求帶時(shí)間戳和跟蹤功能確保給定延時(shí)保證。如果RT交易延時(shí)保持在給定要求之下，它被當(dāng)做高吞吐（BE）交易，當(dāng)RT時(shí)間戳超出延時(shí)保證，內(nèi)存控制器提高RT的優(yōu)先級到最高級。 多端口的PS-PL互聯(lián)支持高達(dá)1TB的帶寬，每個(gè)Port可支持85Gbps，Port符合AMBA AXI4接口標(biāo)準(zhǔn)，支持128、64或32bit數(shù)據(jù)位寬訪問。一致性端口符合AMBA ACE Cache一致性協(xié)議，提供單向或雙向的Cache一致性保證。 Zynq UltraScale+ MPSoC可以從QSPI、ONFI NAND、SD卡或者eMMC啟動(dòng)，啟動(dòng)鏡像和bit文件可以使用4096bit RSA秘鑰簽名（帶384bit SHA-3）。同時(shí)還提供片上存儲(chǔ)器用于多重RSA公共秘鑰來支持秘鑰撤回。安全boot支持256bit AES加密，AES秘鑰可以存儲(chǔ)在e-fuse或電池供電備份的RAM中。為了緩和DPAs，解密只在簽名認(rèn)證成功后進(jìn)行。啟動(dòng)鏡像（或bit文件）加密支持key rolling進(jìn)一步緩和DPAs。篡解檢測機(jī)制檢測供電、片上溫度、時(shí)鐘頻率和關(guān)鍵的內(nèi)部和外部接口。如果檢測到篡解事件，安全子系統(tǒng)清除并鎖定系統(tǒng)，只能是再次冷啟動(dòng)才能恢復(fù)。 Zynq UltraScale+ MPSoC有多個(gè)電源域，然后更進(jìn)一步分成多個(gè)power islands——on-die power-gated域。每一個(gè)APU處理器核都是獨(dú)立的power-gated，RPU處理器是成對的power-gated。在FPD電源域上電的時(shí)候，每一個(gè)APU核都能夠通過power-gate獨(dú)立關(guān)電，APU L2和RPU緊密耦合內(nèi)存也是可以獨(dú)立關(guān)電的。每一個(gè)大型外設(shè)同樣可以獨(dú)立關(guān)電。標(biāo)準(zhǔn)的電源管理API允許PMU（電源管理單元）為APU和RPU提供電源管理服務(wù)。 Zynq UltraScale+ MPSoC支持四種電源模式： ① Full-power模式； ② Low-power模式，此時(shí)FPD是關(guān)閉的； ③ Sleep模式同時(shí)DRAM暫停； ④ Power-off模式同時(shí)DRAM暫停。 |
