智能時(shí)代

不知不覺(jué)中，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，已經(jīng)簇?fù)碇覀儊?lái)到了智能時(shí)代的門前。在智能時(shí)代，根據(jù)用戶的需要設(shè)計(jì)更為個(gè)性化的產(chǎn)品成為一個(gè)趨勢(shì)，但由此也給電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)者帶來(lái)了一個(gè)挑戰(zhàn)——個(gè)性化硬幣的另一面是“碎片化”，而傳統(tǒng)上電子產(chǎn)品是一個(gè)規(guī)模效應(yīng)非常顯著的市場(chǎng)，有“量”才有得賺。應(yīng)對(duì)這個(gè)挑戰(zhàn)，就需要電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，既要有足夠高的性能去追隨技術(shù)進(jìn)步，又要有足夠大的靈活性去適應(yīng)市場(chǎng)和用戶需求的變化。

以往電子產(chǎn)品常用的開(kāi)發(fā)平臺(tái)是專用集成電路ASIC和通用處理器。前者因?yàn)槭轻槍?duì)某一特定應(yīng)用專門設(shè)計(jì)優(yōu)化的，性能高，如果有足夠的量成本優(yōu)勢(shì)也會(huì)很明顯。但是由于ASIC的開(kāi)發(fā)成本原來(lái)越高，在“碎片化”的市場(chǎng)中用它做產(chǎn)品越來(lái)越不劃算。通用處理器其通用性自然決定了它靈活度高、適應(yīng)性強(qiáng)，但在針對(duì)特定應(yīng)用場(chǎng)景的性能優(yōu)化上難免會(huì)遇到瓶頸。所以人們將目光轉(zhuǎn)向了可編程邏輯器件FPGA，F(xiàn)GPA可以通過(guò)軟件編程去定義硬件功能，開(kāi)發(fā)者可以“隨心所欲”地用其搭建出各種功能電路，靈活性自不必說(shuō)，而且隨著設(shè)計(jì)和制造工藝的進(jìn)步，功耗、成本這些以前FPGA的短板也在不斷“加長(zhǎng)”。所以近年來(lái)采用FPGA的Design-in項(xiàng)目一直在增加。

但FPGA廠商并沒(méi)有就此止步，他們希望通過(guò)創(chuàng)新的產(chǎn)品攫取更大的市場(chǎng)份額。于是在2012年，全球最大的FPGA廠商Xilinx推出了Zynq-7000全可編程（All Programmable） SoC平臺(tái)。之所以被稱為SoC，是因?yàn)閆ynq-7000在器件架構(gòu)中除了可編程邏輯電路，還集成了ARM Cortex-A9處理器，以往要用ARM處理器+FPGA兩顆器件完成的設(shè)計(jì)，如今在一顆芯片中就可以實(shí)現(xiàn)，而且由于采用了28nm先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝，Zynq-7000的功耗和性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于分立的ARM處理器+FPGA系統(tǒng)。Xilinx希望通過(guò)Zynq-7000重新定義嵌入式系統(tǒng)的可能性，為開(kāi)發(fā)者提供一個(gè)靈活的平臺(tái)，并借此進(jìn)一步在嵌入式市場(chǎng)擴(kuò)大版圖。

目前Zynq-7000已經(jīng)發(fā)展出包括單核、雙核，涵蓋成本優(yōu)化、中端應(yīng)用的豐富產(chǎn)品，并且得到日益完善的開(kāi)發(fā)工具和IP庫(kù)資源的支持（如Vivado Design Suite 和 Vivado HLS工具支持，SDSoC開(kāi)發(fā)環(huán)境和業(yè)界首款 C/C++全系統(tǒng)優(yōu)化的編譯器）。不過(guò)如果希望在智能時(shí)代“占據(jù)”更多開(kāi)發(fā)者的案頭，Zynq-7000還需要更健全的生態(tài)系統(tǒng)的支撐，比如配套的開(kāi)發(fā)板，因?yàn)橐粔K優(yōu)秀的開(kāi)發(fā)板，能夠讓Zynq-7000的優(yōu)勢(shì)性能充分釋放出來(lái)，幫助開(kāi)發(fā)者快速掌握這一獨(dú)具特色的器件，并用它叩開(kāi)智能時(shí)代的大門。

圖1，Zynq-7000全可編程SoC 系列產(chǎn)品（來(lái)源：Xilinx）

這次“接棒”，幫助Zynq-7000繼續(xù)開(kāi)疆?dāng)U土的是安富利。圍繞著Zynq-7000，安富利提供了一系列設(shè)計(jì)資源，其新近推出的MiniZed開(kāi)發(fā)板更是可圈可點(diǎn)。

MiniZed開(kāi)發(fā)板基于Zynq 7Z007S，這是Xilinx最新發(fā)布的一顆單核、成本優(yōu)化型器件。該器件包含一個(gè)主頻達(dá)766MHz的ARM Cortex-A9處理器核，Artix-7 FPGA架構(gòu)確保了低功耗和低成本特性。從圖1中可以看出，盡管定位在入門級(jí)應(yīng)用，但Zynq 7Z007S中配置的硬件資源同樣十分豐富，在滿足開(kāi)發(fā)者設(shè)計(jì)所需的同時(shí)，還可以令其充分體驗(yàn)Zynq-7000全可編程的特色。

評(píng)估一個(gè)開(kāi)發(fā)板的水準(zhǔn)高下，主控芯片之外的外設(shè)資源配置也十分關(guān)鍵。MiniZed開(kāi)發(fā)板的外設(shè)配置充分體現(xiàn)了安富利強(qiáng)大的生態(tài)鏈整合能力，從下面系統(tǒng)框圖的BOM可以看出，代表每個(gè)領(lǐng)域“出鏡”的都是一線的廠商。

圖2，MiniZed開(kāi)發(fā)板系統(tǒng)框圖

• 內(nèi)存：Micron貢獻(xiàn)了包括512 MB DDR3L、128 Mb QSPI flash、8GB板載eMMC（替代外置的SD卡）在內(nèi)的整體存儲(chǔ)解決方案。

• 無(wú)線連接：Murata的“Type 1DX”無(wú)線模塊，同時(shí)提供了Wi-Fi （802.11b/g/n）和藍(lán)牙（藍(lán)牙4.1，包括經(jīng)典藍(lán)牙和BLE）連接。

• 傳感器：采用了ST Micro的LIS2DS12加速度計(jì)和溫度傳感器，以及MP34DT05數(shù)字 MEMS麥克風(fēng)，可以讓開(kāi)發(fā)者完成相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。麥克風(fēng)還可以進(jìn)行音頻拾取，幫助開(kāi)發(fā)者進(jìn)行音頻處理的開(kāi)發(fā)。

• 電源管理：Dialog Semiconductor的DA9062 PMIC為整個(gè)開(kāi)發(fā)板提供高效電源管理支持。

• 連接器：開(kāi)發(fā)板上集成了Samtec公司的2個(gè)Pmod兼容鏈接器和一個(gè)Arduino接口，方便開(kāi)發(fā)板接入更多外設(shè)。板載USB 2.0 主接口使用的是Microchip的USB3320 PHY。

• JTAG電路： 使用一根電纜通過(guò)USB連接筆記本電腦，就可以讓MiniZed跑起來(lái)了。

• 其他資源：還包括Microchip精密低功耗CMOS振蕩器，以及LED顯示燈、 Reset按鍵、用戶按鍵、用戶開(kāi)關(guān)等部件。

總之，對(duì)于一個(gè)站在智能時(shí)代門前，希望能夠嘗試用一種“全可編程”的創(chuàng)新平臺(tái)，去實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線互連、音頻處理等應(yīng)用開(kāi)發(fā)的開(kāi)發(fā)者，MiniZed開(kāi)發(fā)板是一個(gè)不容錯(cuò)過(guò)的選擇。有這個(gè)“敲門磚”在手，你在智能時(shí)代的開(kāi)局不會(huì)錯(cuò)。

圖3，MiniZed開(kāi)發(fā)板