Xilinx Zynq-7000 引领工业自动化智能化的变革

2013 工业计算机及嵌入式系统展（IPCE）在深圳会展中心举行，全球领先的Programmable FPGA供应商赛灵思针对工业及嵌入式应用展示了其基于 Zynq-7000 All Programmable SoC的机器视觉和工业控制等六大系统级解决方案：马达控制方案、应用于机器视觉领域的以太网视频传输协议、可靠的以太网方案、基于Zynq-7000 的 SoftPLC 开发平台、ZedBoard开发板上的POWERLINK主/从方案以及ZingSoM模块。图1为赛灵思公司的展台。



基于 Zynq-7000 All Programmable SoC的六大系统解决方案
马达控制方案

Zynq-7000 All Programmable SoC 智能驱动平台实现了高精度、低噪音、多轴马达控制，以及运行QNX实时操作系统的同时实现以太网通信的处理能力，展示了一个真正的单芯片驱动系统。图2为赛灵思马达控制方案框图。



赛灵思马达控制方案的应用包括电子驱动和伺服系统、能源与电源系统、高性能步进器以及多轴马达控制。在采访中，赛灵思全球ISM (工业、科学和医疗)部市场经理林逸芳指出，“FPGA在马达控制的优势可以总结为降低系统总成本、增加方案的灵活性，通过扩展接口延长方案应用周期以及提升系统性能”。

应用于机器视觉领域的以太网视频传输协议
Zynq-7000 All Programmable SoC 可提供一款用于实现软件算法和图像处理功能的处理器平台，能够通过使用FPGA 门技术实时加速功能。下图为机器视觉摄像头方案框图。



机器视觉的用途主要有：智能视觉系统、线路扫描摄像头、瑕疵检测和对象跟踪、视觉引导机器人。赛灵思平台的方案优势包括了：实时处理能力、高级摄像头接口、低材料成本以及友好的编程环境。
采访时，赛灵思亚太区Zynq业务开发经理罗霖指出，“由于工业视觉中主要完成处理和检测分析，Zynq中的可编程逻辑部分可以逐像素的处理图像而且速度非常快，而ARM A9则可以完成控制处理。”
在展台处，赛灵思展示了针对机器视觉应用Zynq-7000和 Artix-7 解决方案。机器视觉应用中的高带宽GigEVision协议用以通过以太网传输多个视频流，同时支持多个节点和低开销。下图为应用于机器视觉领域的以太网视频传输协议方案的展示图。



可靠的以太网方案
在此次展会上，赛灵思的合作伙伴SoC-E展示了基于Zynq-7000可靠的、高容错的以太网通信方案，该方案具有高精度的时序功能，可以应用于能源市场，比如电力自动化和智能电网。其中赛灵思的Zynq-7000 All Programmable SoC 能提供灵活的I/O和逻辑块，这足以让用户实现自己专有的网络协议。该方案的框图如下：



运用赛灵思器件的主要优势体现在：灵活的互换网络标准、可集成定制、大量I/O和吞吐量以及支持多种传输协议。

基于Zynq-7000 的 SoftPLC 开发平台
在本次展会上，赛灵思（Xilinx），德国科维软件（KW-Software），POWERLINK，安富利（Avnet）联合发布了基于Zynq-7000的预集成开发平台，用以快速、精准地实现工业自动化控制应用。 下图为该方案的展示。




ZedBoard开发板上的POWERLINK主/从方案
ZedBoard开发板展示了基于Zynq-7000 All programmable SoC的高性能POWERLINK Master方案。Zynq-7000平台是主要是用于需要高性能运动控制或工业网络性能的设计。另外，从EPSG上用户也可以下载到免费的IP和参考设计，能够获得全面的工业控制开发平台。

ZingSoM模块
ZingSoM模块是赛灵思针对OEM类型和小批量试生产型客户量身定制的一款Zynq最小系统板，集成了Zynq AP SoC系统所需的常用组件，包括DDR3和Flash，以及千兆网卡和USB接PHY芯片。图为ZingSoM模块。



罗霖表示，ZingSoM模块能支持Linux等操作系统，实际上就是一个开源的嵌入式计算平台，工程师可以利用这个平台快速开发应用，这将有助于本土工程师更快进入工业领域嵌入式开发。

采访中，林逸芳总结说，“Zynq-7000的主要特点有集成度高，灵活性强，性能高效，这对于客户来说，不但可以简化产品设计的周期及复杂度，同时也便于客户产品的个性化，更有利于生产差异化，另外，赛灵思的技术支持力度非常大，对于客户产品设计、生产等都可以比较及时的支持”。
罗霖补充道，“工业领域的产品定制化的特点明显，很多ASIC器件完成不了，而这正是FPGA可以发挥的地方。以前产品设计会在采用FPGA+MCU或DSP的架构，现在采用Zynq，很多方案就可以可以省去MCU或DSP，性能提升了，成本也下降了。”
工业进入自动化的大潮以至，Zynq-7000凭借其硬件、设计工具、IP核和参考设计，必然加速工业嵌入式控制系统的设计与实现进程，引领工业自动化智能化的大变革。