闲话Zynq UltraScale+ MPSoC（连载1）

闲话Zynq UltraScale+ MPSoC
作者： Hello，Panda
时隔三年，Xilinx推出了其全新的异构SoC，大名叫Zynq UltraScale+。相比它的前辈Zynq-7000，这款SoC功能显得更加强劲：最显著的变化是新加入了GPU和视频编解码器，PS端的高速接口更加丰富。按照Xilinx官方的说法，Zynq UltraScale+主要针对控制、图像和网络这三大块，比如说汽车辅助驾驶、8K图像、100G网、物联网等等领域（兵马未动，粮草先行啦，Xilinx早早的就针对这些差异化应用推出了SDx集成开发环境）。别的熊猫君不知道，但图像这一块也算是熟悉，使用Zynq-7000别的都好说，美中不足的是只能做处理，还得另外挂一个DSP专门做压缩和存储，熊猫君曾经为此愁得黑眼圈重了许多。看到Xilinx迈出的这一大步，熊猫君高兴得晚上多啃了几根竹笋才睡着，总算是遂了三年来的一个大愿望，终于可以单片搞定我所有的活儿啦。为此，熊猫君代表熊猫君给个高度的评价，在通用的异构SoC圈子里，Xilinx算是奠基了。好了好了，熊猫趁着啃竹子的间隙，仔细认真的掰一掰这神秘的新生事物。当然了，熊猫的水平实在有限，有操心下雪竹子不好采，这说出来的话肯定有很多不那么靠谱的地方，还请大家多多指正，不要喷熊猫啦。熊猫是做图像的，这闲话的重点必然还是三句话不离本行啦，见谅见谅。

前言：
其实说这个就是为了讲讲历史，顺便吐下槽，就酱紫。记得Xilinx刚刚推出Zynq的时候，那是一个秋天，气温还不太低，这个新生事物的暖风就吹醒了熊猫君。熊猫当时兴奋得不睡觉不啃竹子，就呆在电脑旁，两眼放着精光不停的刷呀刷网页，心里想啊：哈哈，劳资再也不用在弄图像的时候采用DSP+FPGA的这种东西了。

<1>开发环境选择。刚刚接触Zynq，什么也不太懂，领导是要求用ISE做开发，所示大家都熟悉，有了什么问题也可以一起讨论下。但我总是对ISE里边PlanAhead+XPS 的这种开发方式不是很感冒，总觉得不要那么的操作界面不友好，熊猫喜欢简单粗暴最好不用脑的，然后就坚持用了Vivado。领导让说出为什么要用Vivado，有什么优势？！那时候咱不懂，就直接说，好处说不来，总觉得新事物萌生必然有它战胜旧事物的优势，然后就毅然决然的在Vivado下开发了。同学们，Vivado用顺溜以后不知道比ISE爽多少倍，切记切记一定要学会写TCL脚本，有了它，你就可以啪啪啪的一句调用脚本的命令搞定所有的事情，这是装逼必备技能，必备技能，必备技能，重要的说三遍。

Zynq的软件开发其实也有过考量，经过慎重考虑后还是觉得使用Linux传统开发方式比较好，毕竟Xilinx不是专业的，也不可能包罗万象，SDK下的那个东东还是有太多太多的限制了。

<2> 顶层例化方式。因为Xilinx铺天盖地的宣传其IP InteGrator的开发目标，曾经一度选择采用图形化界面的IP集成方式开发。过了一阵子发现实际上现在还没有条件这么做，有两个理由：（1）Xilinx的IP占用资源特别多，比如说VDMA，一个就用了近20K逻辑，想想一个片子能有几个20K；（2）因为自己写的代码需要经常修改，修改一次就要更新封装IP，很麻烦，也不好做版本管理。几番纠结以后，还是决定回归传统，就是IP InteGrator开发方式只是创建一个Block Design用来配置PS及一些必要的总线接口，时钟和AXI仲裁器等。然后再通过顶层模块例化这个Block Design，也就是说让它和用户代码处于同一个层级。

<3>自立更生。当初选择Zynq，目的就是要单片搞定图像处理、存储、显示的所有工作。但理想很丰满，现实很骨感，这个渐渐走近大家的新生命并不能一下子长大成人。我们的方案是这样的，打字说不明白，用下面的图1来描述（请原谅熊猫君毫无美感的图风）。

图1 系统简图

从图1可以看到，这是一个带SDI接口的IP相机。大致分为两大块：
a）PL负责原始数据采集、Bayer域处理、ISP和图像编码；
b）PS负责对PL的管理、控制和协处理、RTSP服务器、千兆网和SD卡数据存储。
这个方案看起来很好很强大，实际实现起来确有相当的难度，除去图像处理已经有相当的积累，我们一群探路者实现了以下的所有工作：
a) 数据交互：Xilinx的VDMA实在是太强大了，以至于它占用的资源也是不一般的多，我们必须重写底层所有基于AXI接口的DMA逻辑。
b) 图像编码：很遗憾，Zynq-7000没有压缩模块，要实现这个功能，要么买第三方IP，要么另外接入一个DSP专门干这个事儿，最坏的选择是自己实现。受成本、逻辑资源（资源也是成本之一）的限制，最终没有办法，我们自己编写了一个不完整的H264编码器，现在看来这个多余也无必要了。
c) SDI输出：有人说，Zynq-7000不是有带GTP的吗？可是现实永远有那么一点尴尬，用Z7015不够（就差那么一丢丢），用Z7035太贵，所以只能用Z7020，所以挂了一个很大的SDI PHY在上边。
d) RTSP:Zynq不是专业的，RTSP是吭哧吭哧从TI的方案里面移植过来的，呵呵哒。

总算是顺利，奋战半年也啃下了以上所有的骨头，追忆当年，还是很不容易的，熊猫君的黑眼圈到现在还有。