eng
Выпуск #4/2020
Д.Садеков, В.Ежов
Zynq UltraScale+ – АДАПТИРУЕМАЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ
Zynq UltraScale+ – АДАПТИРУЕМАЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ
Просмотры: 939
DOI: 10.22184/1992-4178.2020.195.4.64.67
Zynq UltraScale+ – адаптируемая интеллектуальная платформа для промышленного Интернета вещей
Д. Садеков , В. Ежов
Промышленный Интернет вещей (Industrial Internet of Things – IIoT) сегодня оказывает влияние на все ключевые секторы экономики: производство, энергетику, транспорт, городское хозяйство, медицину, другие отрасли. IIoT позволяет компаниям собирать, агрегировать и анализировать данные с датчиков и периферийных устройств, чтобы повысить эффективность работы машин, оборудования, производительность предприятия в целом. Компания Xilinx предлагает гибкое решение, сочетающее в себе программируемость, оптимизированное аппаратное обеспечение, обработку данных в режиме реального времени, широкие коммуникационные возможности и безопасность – комплекс требований, предъявляемых к IIoT‑системе. Полностью программируемая СнК Zynq UltraScale+ позволяет создать эффективную платформу для построения IIoT‑системы, которая обеспечивает максимальную окупаемость инвестиций и минимальные затраты в течение всего срока эксплуатации промышленной системы.
Промышленный Интернет вещей (IIoT) представляет собой многомерную сеть взаимодействующих между собой периферийных устройств, облачных приложений, датчиков, алгоритмов, коммуникационных протоколов, человеко-машинных интерфейсов (HMI) и других элементов. Все эти элементы должны выполнять критичные задачи надежно и точно по графику. Еще одно ключевое требование – продолжительный срок службы – рассматривается как условие обеспечения рентабельности для поставщика систем и клиента.
Соблюдение этих требований возможно при наличии в IIoT‑системе встраиваемого решения, которое обеспечит детерминированные коммуникации и управление в режиме реального времени подсистем на границе сети, в непосредственной близости от инфраструктуры промышленной среды, например контроллеров движения, реле защиты, программируемых логических контроллеров и подобных систем. Когда речь идет о критичных промышленных подсистемах, которые работают в масштабе в сотни микросекунд и менее, расположены в удаленных местах и функционируют десятки лет, полагаться исключительно на многоядерный встраиваемый процессор невозможно. Более того, столь недальновидный подход может привести к проблемам, связанным с синхронизацией, недостаточной производительностью и трудностями масштабирования системы. На периферии IIoT‑сети требуется значительно более высокая степень свободы и гибкости, что можно обеспечить путем применения программируемого аппаратного решения и прикладного ПО, исполняемого на встроенных процессорных ядрах. Такой подход гарантирует оптимальное управление детерминизмом, задержками, производительностью и загрузкой различных подсистем.
Кроме того, нужна процессорная система, оснащенная такими функциями, как аппаратная виртуализация, которая позволяет системным архитекторам инкорпорировать гостевые операционные системы и обеспечивает высокие уровни автономности и изоляции, где это требуется. Необходима также функция защиты памяти (проверка четности или, что предпочтительнее, коды исправления ошибок). Дополнительное полезное свойство таких систем – разгрузка процессоров от рутинных операций, например, передача инкрементных вычислений на специализированные аппаратные блоки, что сокращает цикл процессорной подсистемы.
Крайне важно, чтобы IIoT‑система была чрезвычайно гибкой, масштабируемой, способной эффективно обслуживать все аппаратные и программные компоненты. Идеальное решение для IIoT‑платформы – полностью программируемая система на кристалле, которая поддерживает аппаратное конфигурирование и программирование с помощью ПО. При выборе IIoT‑платформы, способной адаптироваться к изменениям в течение длительного времени, следует рассматривать три ключевые прикладные области – коммуникационные возможности, кибербезопасность и граничные вычисления.
Что касается коммуникационных возможностей, то большое значение для построения IIoT‑системы имеет использование сетевых протоколов, которые обеспечивают управления критичными ко времени потоками. В частности, речь идет о протоколе чувствительных ко времени сетей (Time-sensitive networking – TSN). TSN обеспечивает унифицированный сетевой протокол как на границе сети, так и по всей цепочке IIoT‑устройств, поскольку поддерживаются различные уровни запланированного трафика (scheduled traffic). Однако поскольку TSN относится к развивающимся стандартам, попытка добавить поддержку TSN к существующему IIoT‑контроллеру, который управляет данными в режиме реальном времени на основе только программного подхода, может привести к непредсказуемым проблемам синхронизации в сети. Вероятно также снижение скорости отклика на прерывания, времени доступа к памяти и т. д. TSN требует формы учета времени, не предусмотренной современными контроллерами. Поэтому оптимальное решение – интегрирование программируемого TSN‑контроллера в конечную точку IIoT‑сети, чтобы обеспечить трафик с жесткой синхронизацией по времени.
На основе разработанных компанией Xilinx полностью совместимых со стандартами TSN‑блоков можно предложить оптимальное сетевое решение для конечных точек IIoT‑сети. По сравнению с реализацией на заказных чипах и ИС специального назначения программируемые решения от Xilinx позволяют разработчику вносить изменения в IIoT‑проект, при этом минимизируется влияние на критичную синхронизацию по мере развития стандарта TSN.
Следует учитывать также, что в IIoT‑сфере существует необходимость поддержки устаревших протоколов, использовавшихся ранее при развертывании IIoT‑сети.
Большинство современных СнК не предлагает поддержки значительной части этих протоколов. Кроме того, количество сетевых интерфейсов может превышать ограниченные возможности СнК по числу портов ввода-вывода. В отличие от этого, полностью программируемые СнК от Xilinx обеспечивают создание системы, способной адаптироваться к требованиям заказчика, в частности, поддерживать устаревшие протоколы и доступность необходимого количества портов ввода-вывода. Таким образом, используя как устаревшие протоколы, так и новые технологии, например TSN, решения Xilinx обеспечивают необходимые коммуникационные возможности, причем изначально детерминированные на этапе создания проекта.
Еще один аспект создания надежной IIoT‑системы – обеспечение кибербезопасности. При расширении сети до границ аналогового и цифрового мира возникает необходимость в защите данных, как только они попадают в цифровой домен. Это требует обеспечения безопасных операций загрузки, защищенного исполнения программ с помощью аппаратной изоляции, защиты операционных систем, ПО и коммуникаций. Поставщики и пользователи IIoT‑систем должны располагать программными и аппаратными средствами, которые снижают риски нарушения безопасности данных. Такие известные программные способы защиты, как криптографические алгоритмы, защищенные протоколы передачи данных (например, TLS), сертификаты безопасности и гипервизоры, рекомендуется сочетать с другим криптографическим функционалом, реализуемым в программируемых устройствах.
Наряду с коммуникационными возможностями и безопасностью ключевую роль в построении эффективной, масштабируемой IIoT‑системы играют граничные вычисления.
В настоящее время в IIoT‑сфере наблюдается тренд преимущественного перехода от облачных к граничным вычислениям, который определяется рядом факторов, в частности, высокой стоимостью передачи громадных массивов данных в облако, а также проблемами обеспечения безопасности и надежности. Поэтому для интеллектуального встраиваемого контроллера важно найти баланс между локальной обработкой критичных ко времени данных на границе сети и передачей менее чувствительных данных в сжатом формате в облако. Программируемые устройства в IIoT‑системе позволяют применить функционал оптимизации к данным во время их потоковой передачи, что обеспечивает наиболее эффективную их обработку по сравнению с использованием сложных транзакций памяти, которые увеличивают время отклика системы. Огромные преимущества очевидны, если принимать во внимание, что в промышленных системах необходимо передавать одновременно сотни и даже тысячи потоков данных с множества датчиков.
Полностью программируемые СнК обеспечивают самый широкий охват IIoT‑приложений в одном устройстве. Например, возможным сценарием использования программируемых СнК в IIoT может быть сочетание таких приложений, как управление двигателем, машинное зрение, сетевые коммуникации, функциональная и кибербезопасность, аналитика на границах сети и машинное обучение. Пользователи могут реализовать практически любые необходимые в IIoT‑системе алгоритмы в программируемых СнК, оснащенных даже сравнительно небольшими логическими ресурсами.
Разработчикам IIoT‑систем нужно решение, сочетающее большую вычислительную мощность и способность к программной и аппаратной программируемости, что позволит быстро изменять конфигурацию системы при масштабировании или адаптации к новым требованиям и стандартам. Кроме того, система должна обеспечивать необходимый уровень защиты данных и интеллектуальной собственности.
Перечисленным требованиям полностью отвечает программируемая платформа Zynq UltraScale+ от Xilinx. Эта многопроцессорная система-на-кристалле (СнК) сочетает в себе возможность обработки данных на мощном процессоре и программируемость ПЛИС. Выпускаемая по 16-нм технологии FinFET компании TSMC превосходит предыдущее поколение Zynq по производительности на ватт мощности в пять раз.
СнК Zynq UltraScale+ построена на основе гетерогенной многопроцессорной системы, то есть содержит процессоры с различными архитектурами, оптимизированными для выполнения соответствующих задач, что позволяет добиться большей эффективности в использовании вычислительных ресурсов. В состав процессорной системы входит модуль общего применения (Application Processing Unit – APU) на основе 2- или 4-ядерного 64-разрядного процессора ARM Cortex-A53 с архитектурой ARMv8-A с тактовой частотой до 1,5 ГГц и модуль реального времени (Real-Time Processing Unit – RPU) на базе 2-ядерного 32-разрядного процессора реального времени ARM Cortex-R5 с архитектурой ARMv7-R с тактовой частотой до 600 МГц.
В семействе Zynq UltraScale+ представлены три отдельные платформы, которые различаются набором вычислительных и программируемых ресурсов:
Остановимся подробнее на серии CG, оптимизированной для IIoT‑приложений (рис. 1).
В состав семейства СнК Zynq UltraScale+ CG наряду с процессорной системой входит программируемая логика, содержащая до 600 тыс. системных логических элементов, до 548 тыс. триггеров, до 274 тыс. LUT. Процессорная система оснащена встроенной RAM объемом 256 Кбайт, защищенной кодами с исправлением ошибок (ECC). Программируемые ресурсы предусматривают до 8,8 Мбит распределенной RAM, до 912 2-портовых блоков BRAM (Block RAM) суммарным объемом до 32 Мбит, 2-портовые 72-разрядные блоки UltraRAM объемом 288 Кбит каждый с коррекцией ошибок (ECC).
Подсистема цифровой обработки сигнала содержит до 2 520 DSP‑блоков с умножителями размерности 27 × 18, 48-разрядные сумматоры / аккумуляторы и 27-разрядные предварительные сумматоры.
Программируемые блоки ввода-вывода поддерживают LVCMOS-, LVDS- и SSTL‑сигналы. Максимальное количество высокопроизводительных портов ввода-вывода с поддержкой напряжения питания от 1 до 1,8 В достигает 208, а портов ввода-вывода высокой плотности с поддержкой напряжения питания 1,2–3,3 В – 120.
Микросхемы содержат 6-портовые 32 / 64-разрядные контроллеры внешней динамической памяти DDR4, LPDDR4, DDR3, DDR3L, LPDDR3 с ECC, а также интерфейсы статической памяти Quad-SPI, NAND и eMMC. В состав высокоскоростной периферии входят интерфейсы PCIe Gen 1 / 2, USB3.0, SATA 3.1, Display Port 1.2a. СнК предусматривает широкий набор интерфейсов общего назначения: USB2.0, SD / SDIO, UART, CAN2.0-A / B, I2C, SPI, GPIO, 1-Гбит / с Ethernet.
За безопасность и защиту данных отвечают блоки шифрования RSA, AES, SHA, а также доверенная зона ARM TrustZone. Модуль конфигурирования и защиты поддерживает режим безопасной загрузки процессорной системы. В состав СнК входит 8-канальный DMA‑контроллер. Для высокоскоростной последовательной передачи данных предназначены 16,3-Гбит / с трансиверы (до 24 шт.).
В СнК Zynq UltraScale+ серии CG включены также блок управления системной памятью (SMMU), блок защиты памяти от Xilinx (XMPU), системный монитор для контроля напряжения питания и температуры кристалла, содержащий 10-разрядный АЦП с частотой выборки 200 Квыб / с, оснащенный до 17 внешними входами. Микросхема поддерживает технологию тестирования JTAG в соответствии с IEEE Std 1149.1.
* * *
Благодаря полной (программной и аппаратной) программируемости и масштабируемости платформа Zynq UltraScale+ обеспечивает возможность оперативного внесения изменений и модернизации IIoT‑системы в соответствии со стандартами и требованиями заказчика. Поставщики и их клиенты могут снизить общие затраты при долгосрочной эксплуатации системы. Интеграция многочисленных функций IIoT‑системы в одном высокопроизводительном устройстве с низким энергопотреблением обеспечивает разработчикам гибкость проектного решения, а также оптимальный выбор аппаратных и программных средств ее реализации.
ЛИТЕРАТУРА
Zynq UltraScale+ MPSoC Overview // www.xilinx.com
Mehta N. Pushing Performance and Integration with the UltraScale+ Portfolio. White Paper // www.xilinx.com
Khona Ch. Key Attributes of an Intelligent IIoT Edge Platform. White Paper // www.xilinx.com
Hansen L. Unleash the Unparalleled Power and Flexibility of Zynq UltraScale+ MPSoCs. White Paper //
www.xilinx.com
Д. Садеков , В. Ежов
Промышленный Интернет вещей (Industrial Internet of Things – IIoT) сегодня оказывает влияние на все ключевые секторы экономики: производство, энергетику, транспорт, городское хозяйство, медицину, другие отрасли. IIoT позволяет компаниям собирать, агрегировать и анализировать данные с датчиков и периферийных устройств, чтобы повысить эффективность работы машин, оборудования, производительность предприятия в целом. Компания Xilinx предлагает гибкое решение, сочетающее в себе программируемость, оптимизированное аппаратное обеспечение, обработку данных в режиме реального времени, широкие коммуникационные возможности и безопасность – комплекс требований, предъявляемых к IIoT‑системе. Полностью программируемая СнК Zynq UltraScale+ позволяет создать эффективную платформу для построения IIoT‑системы, которая обеспечивает максимальную окупаемость инвестиций и минимальные затраты в течение всего срока эксплуатации промышленной системы.
Промышленный Интернет вещей (IIoT) представляет собой многомерную сеть взаимодействующих между собой периферийных устройств, облачных приложений, датчиков, алгоритмов, коммуникационных протоколов, человеко-машинных интерфейсов (HMI) и других элементов. Все эти элементы должны выполнять критичные задачи надежно и точно по графику. Еще одно ключевое требование – продолжительный срок службы – рассматривается как условие обеспечения рентабельности для поставщика систем и клиента.
Соблюдение этих требований возможно при наличии в IIoT‑системе встраиваемого решения, которое обеспечит детерминированные коммуникации и управление в режиме реального времени подсистем на границе сети, в непосредственной близости от инфраструктуры промышленной среды, например контроллеров движения, реле защиты, программируемых логических контроллеров и подобных систем. Когда речь идет о критичных промышленных подсистемах, которые работают в масштабе в сотни микросекунд и менее, расположены в удаленных местах и функционируют десятки лет, полагаться исключительно на многоядерный встраиваемый процессор невозможно. Более того, столь недальновидный подход может привести к проблемам, связанным с синхронизацией, недостаточной производительностью и трудностями масштабирования системы. На периферии IIoT‑сети требуется значительно более высокая степень свободы и гибкости, что можно обеспечить путем применения программируемого аппаратного решения и прикладного ПО, исполняемого на встроенных процессорных ядрах. Такой подход гарантирует оптимальное управление детерминизмом, задержками, производительностью и загрузкой различных подсистем.
Кроме того, нужна процессорная система, оснащенная такими функциями, как аппаратная виртуализация, которая позволяет системным архитекторам инкорпорировать гостевые операционные системы и обеспечивает высокие уровни автономности и изоляции, где это требуется. Необходима также функция защиты памяти (проверка четности или, что предпочтительнее, коды исправления ошибок). Дополнительное полезное свойство таких систем – разгрузка процессоров от рутинных операций, например, передача инкрементных вычислений на специализированные аппаратные блоки, что сокращает цикл процессорной подсистемы.
Крайне важно, чтобы IIoT‑система была чрезвычайно гибкой, масштабируемой, способной эффективно обслуживать все аппаратные и программные компоненты. Идеальное решение для IIoT‑платформы – полностью программируемая система на кристалле, которая поддерживает аппаратное конфигурирование и программирование с помощью ПО. При выборе IIoT‑платформы, способной адаптироваться к изменениям в течение длительного времени, следует рассматривать три ключевые прикладные области – коммуникационные возможности, кибербезопасность и граничные вычисления.
Что касается коммуникационных возможностей, то большое значение для построения IIoT‑системы имеет использование сетевых протоколов, которые обеспечивают управления критичными ко времени потоками. В частности, речь идет о протоколе чувствительных ко времени сетей (Time-sensitive networking – TSN). TSN обеспечивает унифицированный сетевой протокол как на границе сети, так и по всей цепочке IIoT‑устройств, поскольку поддерживаются различные уровни запланированного трафика (scheduled traffic). Однако поскольку TSN относится к развивающимся стандартам, попытка добавить поддержку TSN к существующему IIoT‑контроллеру, который управляет данными в режиме реальном времени на основе только программного подхода, может привести к непредсказуемым проблемам синхронизации в сети. Вероятно также снижение скорости отклика на прерывания, времени доступа к памяти и т. д. TSN требует формы учета времени, не предусмотренной современными контроллерами. Поэтому оптимальное решение – интегрирование программируемого TSN‑контроллера в конечную точку IIoT‑сети, чтобы обеспечить трафик с жесткой синхронизацией по времени.
На основе разработанных компанией Xilinx полностью совместимых со стандартами TSN‑блоков можно предложить оптимальное сетевое решение для конечных точек IIoT‑сети. По сравнению с реализацией на заказных чипах и ИС специального назначения программируемые решения от Xilinx позволяют разработчику вносить изменения в IIoT‑проект, при этом минимизируется влияние на критичную синхронизацию по мере развития стандарта TSN.
Следует учитывать также, что в IIoT‑сфере существует необходимость поддержки устаревших протоколов, использовавшихся ранее при развертывании IIoT‑сети.
Большинство современных СнК не предлагает поддержки значительной части этих протоколов. Кроме того, количество сетевых интерфейсов может превышать ограниченные возможности СнК по числу портов ввода-вывода. В отличие от этого, полностью программируемые СнК от Xilinx обеспечивают создание системы, способной адаптироваться к требованиям заказчика, в частности, поддерживать устаревшие протоколы и доступность необходимого количества портов ввода-вывода. Таким образом, используя как устаревшие протоколы, так и новые технологии, например TSN, решения Xilinx обеспечивают необходимые коммуникационные возможности, причем изначально детерминированные на этапе создания проекта.
Еще один аспект создания надежной IIoT‑системы – обеспечение кибербезопасности. При расширении сети до границ аналогового и цифрового мира возникает необходимость в защите данных, как только они попадают в цифровой домен. Это требует обеспечения безопасных операций загрузки, защищенного исполнения программ с помощью аппаратной изоляции, защиты операционных систем, ПО и коммуникаций. Поставщики и пользователи IIoT‑систем должны располагать программными и аппаратными средствами, которые снижают риски нарушения безопасности данных. Такие известные программные способы защиты, как криптографические алгоритмы, защищенные протоколы передачи данных (например, TLS), сертификаты безопасности и гипервизоры, рекомендуется сочетать с другим криптографическим функционалом, реализуемым в программируемых устройствах.
Наряду с коммуникационными возможностями и безопасностью ключевую роль в построении эффективной, масштабируемой IIoT‑системы играют граничные вычисления.
В настоящее время в IIoT‑сфере наблюдается тренд преимущественного перехода от облачных к граничным вычислениям, который определяется рядом факторов, в частности, высокой стоимостью передачи громадных массивов данных в облако, а также проблемами обеспечения безопасности и надежности. Поэтому для интеллектуального встраиваемого контроллера важно найти баланс между локальной обработкой критичных ко времени данных на границе сети и передачей менее чувствительных данных в сжатом формате в облако. Программируемые устройства в IIoT‑системе позволяют применить функционал оптимизации к данным во время их потоковой передачи, что обеспечивает наиболее эффективную их обработку по сравнению с использованием сложных транзакций памяти, которые увеличивают время отклика системы. Огромные преимущества очевидны, если принимать во внимание, что в промышленных системах необходимо передавать одновременно сотни и даже тысячи потоков данных с множества датчиков.
Полностью программируемые СнК обеспечивают самый широкий охват IIoT‑приложений в одном устройстве. Например, возможным сценарием использования программируемых СнК в IIoT может быть сочетание таких приложений, как управление двигателем, машинное зрение, сетевые коммуникации, функциональная и кибербезопасность, аналитика на границах сети и машинное обучение. Пользователи могут реализовать практически любые необходимые в IIoT‑системе алгоритмы в программируемых СнК, оснащенных даже сравнительно небольшими логическими ресурсами.
Разработчикам IIoT‑систем нужно решение, сочетающее большую вычислительную мощность и способность к программной и аппаратной программируемости, что позволит быстро изменять конфигурацию системы при масштабировании или адаптации к новым требованиям и стандартам. Кроме того, система должна обеспечивать необходимый уровень защиты данных и интеллектуальной собственности.
Перечисленным требованиям полностью отвечает программируемая платформа Zynq UltraScale+ от Xilinx. Эта многопроцессорная система-на-кристалле (СнК) сочетает в себе возможность обработки данных на мощном процессоре и программируемость ПЛИС. Выпускаемая по 16-нм технологии FinFET компании TSMC превосходит предыдущее поколение Zynq по производительности на ватт мощности в пять раз.
СнК Zynq UltraScale+ построена на основе гетерогенной многопроцессорной системы, то есть содержит процессоры с различными архитектурами, оптимизированными для выполнения соответствующих задач, что позволяет добиться большей эффективности в использовании вычислительных ресурсов. В состав процессорной системы входит модуль общего применения (Application Processing Unit – APU) на основе 2- или 4-ядерного 64-разрядного процессора ARM Cortex-A53 с архитектурой ARMv8-A с тактовой частотой до 1,5 ГГц и модуль реального времени (Real-Time Processing Unit – RPU) на базе 2-ядерного 32-разрядного процессора реального времени ARM Cortex-R5 с архитектурой ARMv7-R с тактовой частотой до 600 МГц.
В семействе Zynq UltraScale+ представлены три отдельные платформы, которые различаются набором вычислительных и программируемых ресурсов:
- Zynq UltraScale+ серии CG содержит 2-ядерный процессор Cortex-A53 и 2-ядерный Cortex-R5. Семейство оптимизировано для задач управления электроприводами, промышленного Интернета вещей, работы с датчиками;
- Zynq UltraScale+ серии EG содержит 4-ядерный Cortex-A53, 2-ядерный Cortex-R5, графический процессор ARM Mali‑400MP2. Эти устройства оптимизированы для построения беспроводных и проводных коммуникаций, облачных вычислений, аэрокосмических и оборонных приложений;
- Zynq UltraScale+ серии EV содержит 4-ядерный Cortex-A53, 2-ядерный Cortex-R5, графический процессор ARM Mali‑400MP2, а также видеокодек H.265. Серия предназначена для обработки видео высокого разрешения, мультимедиа, ADAS‑систем.
Остановимся подробнее на серии CG, оптимизированной для IIoT‑приложений (рис. 1).
В состав семейства СнК Zynq UltraScale+ CG наряду с процессорной системой входит программируемая логика, содержащая до 600 тыс. системных логических элементов, до 548 тыс. триггеров, до 274 тыс. LUT. Процессорная система оснащена встроенной RAM объемом 256 Кбайт, защищенной кодами с исправлением ошибок (ECC). Программируемые ресурсы предусматривают до 8,8 Мбит распределенной RAM, до 912 2-портовых блоков BRAM (Block RAM) суммарным объемом до 32 Мбит, 2-портовые 72-разрядные блоки UltraRAM объемом 288 Кбит каждый с коррекцией ошибок (ECC).
Подсистема цифровой обработки сигнала содержит до 2 520 DSP‑блоков с умножителями размерности 27 × 18, 48-разрядные сумматоры / аккумуляторы и 27-разрядные предварительные сумматоры.
Программируемые блоки ввода-вывода поддерживают LVCMOS-, LVDS- и SSTL‑сигналы. Максимальное количество высокопроизводительных портов ввода-вывода с поддержкой напряжения питания от 1 до 1,8 В достигает 208, а портов ввода-вывода высокой плотности с поддержкой напряжения питания 1,2–3,3 В – 120.
Микросхемы содержат 6-портовые 32 / 64-разрядные контроллеры внешней динамической памяти DDR4, LPDDR4, DDR3, DDR3L, LPDDR3 с ECC, а также интерфейсы статической памяти Quad-SPI, NAND и eMMC. В состав высокоскоростной периферии входят интерфейсы PCIe Gen 1 / 2, USB3.0, SATA 3.1, Display Port 1.2a. СнК предусматривает широкий набор интерфейсов общего назначения: USB2.0, SD / SDIO, UART, CAN2.0-A / B, I2C, SPI, GPIO, 1-Гбит / с Ethernet.
За безопасность и защиту данных отвечают блоки шифрования RSA, AES, SHA, а также доверенная зона ARM TrustZone. Модуль конфигурирования и защиты поддерживает режим безопасной загрузки процессорной системы. В состав СнК входит 8-канальный DMA‑контроллер. Для высокоскоростной последовательной передачи данных предназначены 16,3-Гбит / с трансиверы (до 24 шт.).
В СнК Zynq UltraScale+ серии CG включены также блок управления системной памятью (SMMU), блок защиты памяти от Xilinx (XMPU), системный монитор для контроля напряжения питания и температуры кристалла, содержащий 10-разрядный АЦП с частотой выборки 200 Квыб / с, оснащенный до 17 внешними входами. Микросхема поддерживает технологию тестирования JTAG в соответствии с IEEE Std 1149.1.
* * *
Благодаря полной (программной и аппаратной) программируемости и масштабируемости платформа Zynq UltraScale+ обеспечивает возможность оперативного внесения изменений и модернизации IIoT‑системы в соответствии со стандартами и требованиями заказчика. Поставщики и их клиенты могут снизить общие затраты при долгосрочной эксплуатации системы. Интеграция многочисленных функций IIoT‑системы в одном высокопроизводительном устройстве с низким энергопотреблением обеспечивает разработчикам гибкость проектного решения, а также оптимальный выбор аппаратных и программных средств ее реализации.
ЛИТЕРАТУРА
Zynq UltraScale+ MPSoC Overview // www.xilinx.com
Mehta N. Pushing Performance and Integration with the UltraScale+ Portfolio. White Paper // www.xilinx.com
Khona Ch. Key Attributes of an Intelligent IIoT Edge Platform. White Paper // www.xilinx.com
Hansen L. Unleash the Unparalleled Power and Flexibility of Zynq UltraScale+ MPSoCs. White Paper //
www.xilinx.com
Отзывы читателей
