閑話Zynq UltraScale+ MPSoC（連載1）

閑話Zynq UltraScale+ MPSoC
作者： Hello，Panda
時隔三年，Xilinx推出了其全新的異構(gòu)SoC，大名叫Zynq UltraScale+。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和視頻編解碼器，PS端的高速接口更加豐富。按照Xilinx官方的說法，Zynq UltraScale+主要針對控制、圖像和網(wǎng)絡(luò)這三大塊，比如說汽車輔助駕駛、8K圖像、100G網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等等領(lǐng)域（兵馬未動，糧草先行啦，Xilinx早早的就針對這些差異化應(yīng)用推出了SDx集成開發(fā)環(huán)境）。別的熊貓君不知道，但圖像這一塊也算是熟悉，使用Zynq-7000別的都好說，美中不足的是只能做處理，還得另外掛一個DSP專門做壓縮和存儲，熊貓君曾經(jīng)為此愁得黑眼圈重了許多?？吹絏ilinx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愿望，終于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(gòu)SoC圈子里，Xilinx算是奠基了。好了好了，熊貓趁著啃竹子的間隙，仔細(xì)認(rèn)真的掰一掰這神秘的新生事物。當(dāng)然了，熊貓的水平實在有限，有操心下雪竹子不好采，這說出來的話肯定有很多不那么靠譜的地方，還請大家多多指正，不要噴熊貓啦。熊貓是做圖像的，這閑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(fēng)就吹醒了熊貓君。熊貓當(dāng)時興奮得不睡覺不啃竹子，就呆在電腦旁，兩眼放著精光不停的刷呀刷網(wǎng)頁，心里想?。汗瑒谫Y再也不用在弄圖像的時候采用DSP+FPGA的這種東西了。

<1>開發(fā)環(huán)境選擇。剛剛接觸Zynq，什么也不太懂，領(lǐng)導(dǎo)是要求用ISE做開發(fā)，所示大家都熟悉，有了什么問題也可以一起討論下。但我總是對ISE里邊PlanAhead+XPS 的這種開發(fā)方式不是很感冒，總覺得不要那么的操作界面不友好，熊貓喜歡簡單粗暴最好不用腦的，然后就堅持用了Vivado。領(lǐng)導(dǎo)讓說出為什么要用Vivado，有什么優(yōu)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(zhàn)勝舊事物的優(yōu)勢，然后就毅然決然的在Vivado下開發(fā)了。同學(xué)們，Vivado用順溜以后不知道比ISE爽多少倍，切記切記一定要學(xué)會寫TCL腳本，有了它，你就可以啪啪啪的一句調(diào)用腳本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的軟件開發(fā)其實也有過考量，經(jīng)過慎重考慮后還是覺得使用Linux傳統(tǒng)開發(fā)方式比較好，畢竟Xilinx不是專業(yè)的，也不可能包羅萬象，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(fā)目標(biāo)，曾經(jīng)一度選擇采用圖形化界面的IP集成方式開發(fā)。過了一陣子發(fā)現(xiàn)實際上現(xiàn)在還沒有條件這么做，有兩個理由：（1）Xilinx的IP占用資源特別多，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）因為自己寫的代碼需要經(jīng)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(jié)以后，還是決定回歸傳統(tǒng)，就是IP InteGrator開發(fā)方式只是創(chuàng)建一個Block Design用來配置PS及一些必要的總線接口，時鐘和AXI仲裁器等。然后再通過頂層模塊例化這個Block Design，也就是說讓它和用戶代碼處于同一個層級。

<3>自立更生。當(dāng)初選擇Zynq，目的就是要單片搞定圖像處理、存儲、顯示的所有工作。但理想很豐滿，現(xiàn)實很骨感，這個漸漸走近大家的新生命并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(fēng)）。

從圖1可以看到，這是一個帶SDI接口的IP相機。大致分為兩大塊：
a）PL負(fù)責(zé)原始數(shù)據(jù)采集、Bayer域處理、ISP和圖像編碼；
b）PS負(fù)責(zé)對PL的管理、控制和協(xié)處理、RTSP服務(wù)器、千兆網(wǎng)和SD卡數(shù)據(jù)存儲。
這個方案看起來很好很強大，實際實現(xiàn)起來確有相當(dāng)?shù)碾y度，除去圖像處理已經(jīng)有相當(dāng)?shù)姆e累，我們一群探路者實現(xiàn)了以下的所有工作：
a) 數(shù)據(jù)交互：Xilinx的VDMA實在是太強大了，以至于它占用的資源也是不一般的多，我們必須重寫底層所有基于AXI接口的DMA邏輯。
b) 圖像編碼：很遺憾，Zynq-7000沒有壓縮模塊，要實現(xiàn)這個功能，要么買第三方IP，要么另外接入一個DSP專門干這個事兒，最壞的選擇是自己實現(xiàn)。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(xiàn)在看來這個多余也無必要了。
c) SDI輸出：有人說，Zynq-7000不是有帶GTP的嗎？可是現(xiàn)實永遠有那么一點尷尬，用Z7015不夠（就差那么一丟丟），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(yè)的，RTSP是吭哧吭哧從TI的方案里面移植過來的，呵呵噠。

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