Zynq7020概述及应用(zynq7020)

一、Zynq7020简介

Zynq7020是一款异构SoC芯片，结合了Xilinx的全可编程FPGA技术以及ARM的处理器核，可以进行高性能的数字信号处理和控制任务。该芯片采用TSMC 28nm工艺，拥有2个Cortex-A9处理器核，集成了各种数字信号处理模块和外设控制器。Zynq7020芯片的FPGA资源丰富，可编程逻辑单元数量高达85K，同时也提供了大量的高速IO接口，使其在嵌入式系统、视觉处理、无线通信等领域广泛应用。

二、Zynq7020的应用

1. 嵌入式系统

在嵌入式系统中，Zynq7020可以完成复杂的数据处理和控制任务，并且可与各种器件和机器人进行通信。例如，在智能驾驶系统中，Zynq7020可用于图像处理，声音控制和行驶记录，并可以与车内的多个传感器进行通信。

// 以下是Zynq7020嵌入式系统例程
#include 
#include "platform.h"
#include "xil_printf.h"
#include "xscugic.h"
#include "xgpiops.h"
#include "xadcps.h"

#define LED_PIN 7
#define ADC_DEVICE_ID XPAR_XADCPS_0_DEVICE_ID

static XScuGic ScuGic;
static XGpioPs Gpio;
static XAdcPs ADC;

static void Handler_Gpio(void *CallBackRef, int Bank, u32 Status)
{
    int val = XGpioPs_Read(&Gpio, 0);
    XGpioPs_Write(&Gpio, 0, val ^ (1 <BaseAddr);
    XGpioPs_SetDirectionPin(&Gpio, LED_PIN, 1);
    XGpioPs_SetOutputEnablePin(&Gpio, LED_PIN, 1);
    XGpioPs_SetPin(&Gpio, LED_PIN, 0);

    XScuGic_Config *CfgIntc = XScuGic_LookupConfig(XPAR_SCUGIC_SINGLE_DEVICE_ID);
    XScuGic_CfgInitialize(&ScuGic, CfgIntc, CfgIntc->CpuBaseAddress);
    Xil_ExceptionInit();
    Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT, XScuGic_InterruptHandler, (void*)&ScuGic);
    Xil_ExceptionEnable();

    XGpioPs_SetIntrTypePin(&Gpio, LED_PIN, XGPIOPS_IRQ_TYPE_EDGE_RISING);
    XGpioPs_SetCallbackHandler(&Gpio, NULL, Handler_Gpio);
    XGpioPs_IntrEnablePin(&Gpio, LED_PIN);

    XAdcPs_Config *CfgAdc = XAdcPs_LookupConfig(ADC_DEVICE_ID);
    XAdcPs_CfgInitialize(&ADC, CfgAdc, CfgAdc->BaseAddress);
    XAdcPs_SetSequencerMode(&ADC, XADCPS_SEQ_MODE_CONTINPASS);
    XAdcPs_SetSingleChParams(&ADC, XADCPS_CH_TEMP);
    XAdcPs_SetSeqChEnables(&ADC, XADCPS_SEQ_CH_TEMP_MASK);
    XAdcPs_SetInterruptCallback(&ADC, NULL, (void*)&ADC);
    XAdcPs_SetStatusHandler(&ADC, NULL, (void*)&ADC);
    XAdcPs_SetAlarmEnables(&ADC, 0);
    XAdcPs_Start(&ADC);

    while (1)
    {
        usleep(100000);
    }
}

2. 视觉处理

Zynq7020内存储器容量大且功耗低，可以有效地进行视觉处理并且以更快的速度运行。例如，可以使用OpenCV实现实时目标跟踪和人脸检测等功能。

// 以下是Zynq7020视觉处理例程
#include 
#include 
using namespace cv;

int main(int argc, char** argv)
{
    VideoCapture cap(0);
    if (!cap.isOpened())
    {
        printf("Failed to open cameran");
        return -1;
    }

    namedWindow("frame", WINDOW_NORMAL);
    setWindowProperty("frame", WND_PROP_FULLSCREEN, WINDOW_FULLSCREEN);

    Mat edges;
    while (1)
    {
        Mat frame;
        cap >> frame;

        cvtColor(frame, edges, COLOR_BGR2GRAY);
        GaussianBlur(edges, edges, Size(7, 7), 1.5, 1.5);
        Canny(edges, edges, 0, 30, 3);

        imshow("frame", edges);
        if (waitKey(30) == 27)
        {
            break;
        }
    }

    return 0;
}

3. 无线通信

Zynq7020可以实现各种无线通信协议，例如Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等。通过使用Zynq7020基于SDIO或USB的WiFi模块，可以实现高速的无线数据传输。

// 以下是Zynq7020无线通信例程
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define PORT 9999

int main(int argc, char* argv[])
{
    int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (fd < 0)
    {
        perror("socket error");
        return -1;
    }

    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(PORT);
    addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    int ret = bind(fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
    if (ret < 0)
    {
        perror("bind error");
        close(fd);
        return -1;
    }

    ret = listen(fd, 5);
    if (ret < 0)
    {
        perror("listen error");
        close(fd);
        return -1;
    }

    printf("waiting for connection...n");

    struct sockaddr_in clnt_addr;
    socklen_t clnt_len = sizeof(clnt_addr);
    int clnt_fd = accept(fd, (struct sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_len);
    if (clnt_fd < 0)
    {
        perror("accept error");
        close(fd);
        return -1;
    }

    printf("connected with %s:%d...n", inet_ntoa(clnt_addr.sin_addr), ntohs(clnt_addr.sin_port));

    while (1)
    {
        char buf[1024] = {0};
        int len = recv(clnt_fd, buf, sizeof(buf)-1, 0);
        if (len < 0)
        {
            if (errno == EINTR)
            {
                continue;
            }
            else
            {
                perror("recv error");
                break;
            }
        }
        else if (len == 0)
        {
            printf("connection closed by remote hostn");
            break;
        }
        else
        {
            printf("received %d bytes: %s", len, buf);
            ret = send(clnt_fd, buf, len, 0);
            if (ret < 0)
            {
                perror("send error");
                break;
            }
        }
    }

    close(clnt_fd);
    close(fd);

    return 0;
}

三、总结

Zynq7020能够为设计人员提供很多的机遇，特别是在需要高性能和低功耗的应用场景中。同时，Zynq7020的FPGA资源可以使其更好地满足不同领域应用的需求。除了在本文中介绍的应用场景外，Zynq7020也可以在机器学习、音频处理、系统安全等领域中得到广泛应用。