産業用IoTアプリケーション向けのCora Z7Sコスト最適化シングルコアSoCプラットフォーム

DigilentCora Z7Sは、Xilinx(ザイリンクス)の強力なZynq 7000Sを中心に構築されています。Zynq 7000Sは、シングルコアARM Cortex™-A9プロセッサに28nm Artix®-7ベースのプログラム可能ロジックを組み込んだデバイスです(Raspberry PiとFPGAボードを統合したものを考えてみてください)。この統合により、ハードウェア設計者はLinuxやオープンソースツールなどのソフトウェアリソースへのアクセスが可能になり、ソフトウェア設計者はハードウェア構成へのアクセスが可能になります。

Zynqのアーキテクチャ

Zynq APSoCは、処理システム(PS)とプログラム可能ロジック(PL)の2つの異なるサブシステムに分けることができます。

PLは、PSに密接に連結するいくつかの専用ポートとバスを内蔵することを別にすれば、Xilinx 7シリーズのArtix FPGAとほぼ同じです。このPLは、プロセッサから直接設定することも、JTAGポートを介して設定することもできます。このPSは、多数のコンポーネントで構成されており、アプリケーション処理装置(APU)、高度マイクロコントローラバスアーキテクチャ(AMBA)相互接続、DDR3メモリコントローラのほか、入出力が専用54ピンに多重化された(多重I/O、またはMIOピンと呼ばれる)さまざまなペリフェラルコントローラを内蔵しています。

Zynq-7000Sの仕様は以下のとおりです。

  • 667MHzシングルコアCortex-A9プロセッサ
  • 8つのDMAチャンネルと4つの高性能AXI3スレーブポートを備えたDDR3メモリコントローラ
  • 高帯域幅ペリフェラルコントローラ:1G Ethernet、USB 2.0、SDIO
  • 低帯域幅ペリフェラルコントローラ:SPI、UART、CAN、I2C
  • 1MSPSのオンチップADC
  • JTAGおよびmicroSDカードからプログラム可能
  • Artix-7 FPGAと同等のプログラム可能ロジック
    • 14,400ルックアップテーブル(LUT)
    • 28,800フリップフロップ
    • 225KBのブロックRAM
    • 2つのクロック管理タイル

Cora Z7Sに含まれるもの

1Gbps Ethernet PHYからA/Dコンバータや汎用入出力ピンまで、Cora Z7Sの幅広いハードウェアインターフェースは、さまざまな組み込みアプリケーションの開発に理想的なプラットフォームです。スモールフォームファクタと取り付け穴により、Cora Z7は大規模ソリューションのコンポーネントとしての使用に対応できます。オンボードのSDカードスロット、Ethernet、そして電源ソリューションにより、Cora Z7は、ホストコンピュータから独立して動作できます。

Cora Z7Sは、標準のArduinoシールドを接続して拡張機能を追加することができます。Cora Z7Sを設計する際には、大部分の市販Arduinoシールドと互換性を保つことに格段の注意が払われました。シールドコネクタは45ピン仕様で、汎用デジタルI/O用にFPGAに接続されています。FPGAには柔軟性があるので、デジタルの読み書き、SPI接続、UART接続、I2C接続、PWMなど、あらゆる用途にこのピンを使用することができます。このピンのうち6本(AN0~AN5)は、入力範囲0V~3.3Vのシングルエンドアナログ入力としても使用でき、別の6本(AN6~AN11)は、入力範囲0V~1.0Vの差動アナログ入力ペアとして使用できます。

Cora Z7Sの上面(画像提供:Digilent, Inc.)

ソフトウェアサポート

Cora Z7Sは、XilinxのVivado Design Suiteと完全互換です。このツールセットは、FPGAロジック設計と組み込みARMソフトウェア開発を融合し、使いやすく直感的な設計フローを実現しており、複数のサーバアプリケーションを同時に実行する完全なオペレーティングシステムから、いくつかのLEDを制御する単純なベアメタルプログラムまで、ありとあらゆる複雑なシステムの設計に使用できます。設計上プロセッサを使用したくない場合は、Zynq APSoCをスタンドアロンFPGAとして扱うこともできます。

Zynqプラットフォームは、組み込みLinuxが最適ですが、Cora Z7Sも例外ではありません。最初の取りかかりを手助けするものとして、Linuxシステムですぐに実行できるPetaLinuxプロジェクトがあります。詳細については、Cora Z7リソースセンターを参照してください。

著者について

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National Instruments Companyの子会社、Digilent Inc.のセールスマネージャであるAlex Wong氏は、Digilentのハードウェアおよびソフトウェア製品を世界中のお客様に宣伝しています。Digilentは、ラピッドプロトタイピングおよびトレーニング用の組み込み開発ツールや、テストおよび測定機器を製造しています。2000年の創業以来、Digilentは、Xilinx、Microchip、Analog Devices、Texas Instruments、ARMなどの主要な半導体企業と提携して、最新の組み込み技術を搭載した製品を提供してきました。

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