閒話Zynq UltraScale+  MPSoC

                                                                                                                                                                                                                                                                    作者： Hello，Panda

        時隔三年，Xilinx推出了其全新的異構SoC，大名叫ZynqUltraScale+。相比它的前輩Zynq-7000，這款SoC功能顯得更加強勁：最顯著的變化是新加入了GPU和視訊編解碼器，PS端的高速介面更加豐富。按照Xilinx官方的說法，Zynq UltraScale+主要針對控制、影象和網路這三大塊，比如說汽車輔助駕駛、8K影象、100G網、物聯網等等領域（兵馬未動，糧草先行啦，Xilinx早早的就針對這些差異化應用推出了SDx整合開發環境）。別的熊貓君不知道，但影象這一塊也算是熟悉，使用Zynq-7000別的都好說，美中不足的是隻能做處理，還得另外掛一個DSP專門做壓縮和儲存，熊貓君曾經為此愁得黑眼圈重了許多。看到Xilinx邁出的這一大步，熊貓君高興得晚上多啃了幾根竹筍才睡著，總算是遂了三年來的一個大願望，終於可以單片搞定我所有的活兒啦。為此，熊貓君代表熊貓君給個高度的評價，在通用的異構SoC圈子裡，Xilinx算是奠基了。好了好了，熊貓趁著啃竹子的間隙，仔細認真的掰一掰這神祕的新生事物。當然了，熊貓的水平實在有限，有操心下雪竹子不好採，這說出來的話肯定有很多不那麼靠譜的地方，還請大家多多指正，不要噴熊貓啦。熊貓是做影象的，這閒話的重點必然還是三句話不離本行啦，見諒見諒。

前言：

        其實說這個就是為了講講歷史，順便吐下槽，就醬紫。記得Xilinx剛剛推出Zynq的時候，那是一個秋天，氣溫還不太低，這個新生事物的暖風就吹醒了熊貓君。熊貓當時興奮得不睡覺不啃竹子（此時的竹子特別香），就呆在電腦旁，兩眼放著精光不停的刷呀刷網頁，心裡想啊：哈哈，勞資再也不用在弄影象的時候採用DSP+FPGA的這種東西了。

       <1>開發環境選擇。剛剛接觸Zynq，什麼也不太懂，領導是要求用ISE做開發，所示大家都熟悉，有了什麼問題也可以一起討論下。但我總是對ISE裡邊PlanAhead+XPS 的這種開發方式不是很感冒，總覺得不要那麼的操作介面不友好，熊貓喜歡簡單粗暴最好不用腦的，然後就堅持用了Vivado。領導讓說出為什麼要用Vivado，有什麼優勢？！那時候咱不懂，就直接說，好處說不來，總覺得新事物萌生必然有它戰勝舊事物的優勢，然後就毅然決然的在Vivado下開發了。同學們，Vivado用順溜以後不知道比ISE爽多少倍，切記切記一定要學會寫TCL指令碼，有了它，你就可以啪啪啪的一句呼叫指令碼的命令搞定所有的事情，這是裝逼必備技能，必備技能，必備技能，重要的說三遍。

       Zynq的軟體開發其實也有過考量，經過慎重考慮後還是覺得使用Linux傳統開發方式比較好，畢竟Xilinx不是專業的，也不可能包羅永珍，SDK下的那個東東還是有太多太多的限制了。

       <2> 頂層例化方式。因為Xilinx鋪天蓋地的宣傳其IP InteGrator的開發目標，曾經一度選擇採用圖形化介面的IP整合方式開發。過了一陣子發現實際上現在還沒有條件這麼做，有兩個理由：（1）Xilinx的IP佔用資源特別多，比如說VDMA，一個就用了近20K邏輯，想想一個片子能有幾個20K；（2）因為自己寫的程式碼需要經常修改，修改一次就要更新封裝IP，很麻煩，也不好做版本管理。幾番糾結以後，還是決定迴歸傳統，就是IP InteGrator開發方式只是建立一個Block Design用來配置PS及一些必要的匯流排介面，時鐘和AXI仲裁器等。然後再通過頂層模組例化這個Block Design，也就是說讓它和使用者程式碼處於同一個層級。

       <3>自立更生。當初選擇Zynq，目的就是要單片搞定影象處理、儲存、顯示的所有工作。但理想很豐滿，現實很骨感，這個漸漸走近大家的新生命並不能一下子長大成人。我們的方案是這樣的，打字說不明白，用下面的圖1來描述（請原諒熊貓君毫無美感的圖風）。

從圖1可以看到，這是一個帶SDI介面的IP相機。大致分為兩大塊：

    a）PL負責原始資料採集、Bayer域處理、ISP和影象編碼；

    b）PS負責對PL的管理、控制和協處理、RTSP伺服器、千兆網和SD卡資料儲存。

    這個方案看起來很好很強大，實際實現起來確有相當的難度，除去影象處理已經有相當的積累，我們一群探路者實現了以下的所有工作：

    a) 資料互動：Xilinx的VDMA實在是太強大了，以至於它佔用的資源也是不一般的多，我們必須重寫底層所有基於AXI介面的DMA邏輯。

    b) 影象編碼：很遺憾，Zynq-7000沒有壓縮模組，要實現這個功能，要麼買第三方IP，要麼另外接入一個DSP專門幹這個事兒，最壞的選擇是自己實現。受成本、邏輯資源（資源也是成本之一）的限制，最終沒有辦法，我們自己編寫了一個不完整的H264編碼器，現在看來這個多餘也無必要了。

    c) SDI輸出：有人說，Zynq-7000不是有帶GTP的嗎？可是現實永遠有那麼一點尷尬，用Z7015不夠（就差那麼一丟丟），用Z7035太貴，所以只能用Z7020，所以掛了一個很大的SDI PHY在上邊。

    d) RTSP:Zynq不是專業的，RTSP是吭哧吭哧從TI的方案裡面移植過來的，呵呵噠。

   總算是順利，奮戰半年也啃下了以上所有的骨頭，追憶當年，還是很不容易的，熊貓君的黑眼圈到現在還有。

   說這麼多，其實就是想說上一代的Zynq其實並不能完美滿足熊貓君的要求，首先是有那麼多的功能項沒有，再者就是DDR的頻寬實在是不夠，影象處理能夠滿足1080P60已經很不錯了，再在PL上掛DDR也不太好。這個不能怪Xilinx，畢竟人家也是大姑娘上花轎嘛，她也有自己的考慮不。

    好了，吐槽就到這兒了，明天繼續，熊貓君加一鏟子煤了就睡覺，不然這黑眼圈真的沒得治了。BS：北京剛下了第二場雪，真個就一冰天雪地天寒地凍啊，熊貓在山裡，得自己燒鍋爐取暖氣。有沒有軟妹子啊，求安慰！！！