3 含可编程逻辑的最新一代异构处理系统

　　2015年，Xilinx发布并且开始供货新一代异构多处理器件Zynq UltraScale+ MPSoC。之前的器件集成了可编程逻辑和一个或多个应用处理器，Zynq UltraScale+ MPSoC器件集成了：

　　①多核应用处理器：四核ARM Cortex-A53应用处理器；

　　②多核图形处理器：双核ARM Mali-400图形处理器；

　　③多核实时处理器：双核ARM Cortex-R5实时处理器，可同步运行安全性要求苛刻的应用；

　　④平台管理单元：一致性三冗余处理器用于power、错误管理和功能安全管理；

　　⑤配置和安全单元：一致性三冗余处理器用于系统配置和安全管理；

　　⑥FPGA可编程逻辑：用户可编程逻辑用于定制处理器、处理单元和外设。

　　多核应用处理器是传统的用于通用计算的重负载处理器。这些处理器一般工作在SMP模式，运行一个Linux或Andriod操作系统，当然也支持虚拟管理运行多操作系统。

　　图形处理单元是继浮点运算单元之后最流行的协处理器。GPU从应用处理器分担图形处理负载，实现复杂的用户界面和复杂的图形渲染。对Andriod或Windows CE之类的操作系统而言，这些都是必须的基本功能。通用目的GPU（GPGPU）除了图形处理，还可以胜任数据阵列通用计算。

　　实时处理器可以低延时响应事件，和应用处理器比较通常也更具确定性。在大多数情况下会运行支持低延时中断处理和确定性应答的实时操作系统。在功能安全性应用中，实时处理器通常会运行在双核锁步模式下，这样可以检测双处理器中一个处理器出现的错误。

　　平台管理单元负责管理关键的系统功能和服务。这些功能包括系统错误处理、功耗管理和功能安全任务等。作为系统的心脏，该单元不容失败。因此，这里使用了包含表决逻辑的三冗余处理器，这使得即使有一个处理器核发生错误事件，子系统也可以继续运行。

　　配置和安全单元负责系统配置，包括加载处理器第一级Bootloader、可编程逻辑的配置bit stream，程序代码和bit文件均有可选的加密认证和解密功能。配置和安全单元还可提供持续的安全监控，比如过压或欠压、低温或高温、试图提取系统信息访问等。

　　片上可编程逻辑为异构处理带来了充分的灵活性。可以通过添加额外的现成的软核来处理特殊应用的计算任务，也可以在不同层级添加多pipeline和多pipeline stage自定义软核实现数据流的大规模并行处理。

　　4 异构多处理系统实例

　　机器人拾取和放置装配线是一个很常见的机器视觉和控制应用实例，这个应用通常有以下基本功能：

　　①高分辨率相机视频采集系统；

　　②包括亮度对比度调节、失真校正和消除死点等功能的视频图像处理；

　　③目标检测和识别；

　　④标记组件在装配中正确位置的算法决策；

　　⑤机器手臂运动路径选择；

　　⑥电机驱动控制；

　　⑦安全事件检测和关机；

　　⑧用于状态显示和系统控制的图形用户界面；

　　⑨配置和安全管理。

　　上述的每一个功能都可能需要特定的处理能力，比如，让通用处理器来处理实时HD图像，处理器很容易就会负载过重无法在特定时间完成处理。

　　那么，就让我们考虑使用这种异构多处理系统实现可能的解决方案。为了有助于更加形象的理解，Xilinx将会以Zynq UltraScale+ MPSoC控制机器人系统在平板电脑上玩纸牌游戏的例子来诠释。系统的部分功能已经实现并在“Embedded World 2016”展会上展示。