详解ZYNQ中的 RC 和 EP

详解ZYNQ中的 RC 和 EP

一、ZYNQ FPGA 开发板基础（ ZC706 ）

1. 核心特点

• 双核大脑 + 灵活积木：
  ZC706 集成了 ARM Cortex-A9 双核处理器（相当于电脑 CPU）和 FPGA 可编程逻辑单元（相当于可自定义的硬件积木）。ARM 负责运行操作系统、处理复杂软件任务（如网络通信、数据存储），FPGA 则擅长高速数据处理、实时信号采集等硬件加速任务（如视频解码、传感器数据处理）。两者协同工作，既能像电脑一样运行程序，又能像专用芯片一样高效处理特定任务。

• 低功耗与高集成：
  相比传统 “FPGA + 独立 CPU” 的方案，ZYNQ 将两者集成在一颗芯片上，减少了芯片间通信损耗和电路板面积，功耗更低、成本更划算。

• 丰富接口与扩展性：
  ZC706 配备了 USB、以太网、HDMI、SD 卡、PCIe 等接口，可直接连接鼠标键盘、摄像头、显示器等设备。例如，通过 HDMI 接口输出 4K 视频，或通过 PCIe 接口连接高速固态硬盘（SSD）。

2. 开发流程

• 软硬协同设计：
  需要同时编写 ARM 端的软件代码（如 C 语言、Python）和 FPGA 端的硬件逻辑代码（如 Verilog、VHDL）。例如可用 ARM 控制摄像头采集图像，再用 FPGA 实时分析图像中的物体。

• 工具链：
  使用 Xilinx 官方工具 Vivado 进行硬件设计，Vitis 进行软件开发。开发完成后，将代码打包成 BOOT.bin 文件，通过 SD 卡、QSPI Flash 等介质烧录到开发板中运行。

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二、先搞懂：什么是启动模式（Boot Mode）？

想象开发板是一台 “迷你电脑”，启动模式就像电脑选择从 U 盘、硬盘还是光驱 启动系统。
ZYNQ 启动时需要从外部存储设备（如 SD 卡、Flash 芯片等）读取程序和配置数据，RC 和 EP 就是两种不同的 “读取方式”，对应不同的存储接口和速度。

三、RC 模式：快速稳定的 “固态硬盘” 模式

通俗理解：

• 存储设备：板载的 QSPI Flash 芯片（类似小型固态硬盘，速度快、体积小）。
• 工作原理：
  • 通过 4 根数据线并行传输数据（“四线模式”），比传统 “单线模式” 快 4 倍，就像高速公路上的 4 车道同时通车。
  • ZYNQ 启动时，直接从 QSPI Flash 中读取预先烧录好的程序（如 ARM 的引导程序、FPGA 的配置文件）。
• 特点：
  • 速度快：适合需要快速启动的场景（如工业设备上电后立即工作）。
  • 数据永久保存：断电后程序不会丢失，适合量产产品（不用每次上电都重新加载数据）。
• 应用场景：
  • 最终产品定型后，通常选择 QSPI 模式启动，就像电脑把系统装在固态硬盘里，开机快又稳定。
  • 例如：智能摄像头、工业控制器、嵌入式服务器。

四、EP 模式：灵活通用的 “U 盘” 模式

通俗理解：

• 存储设备：外部的 并行 Flash 芯片（类似老式 U 盘，通过并行接口连接）。
• 工作原理：
  • 通过 多根数据线并行传输数据（如 8 位或 16 位总线），一次能传更多数据，就像多条车道同时运货，但接口复杂一些。
  • ZYNQ 启动时，从并行 Flash 中读取程序，适合需要大容量存储的场景（并行 Flash 通常容量更大）。
• 特点：
  • 容量大：适合存储大型程序或需要频繁更新的数据（如操作系统、高清视频文件）。
  • 灵活性高：可以通过并行接口扩展更多存储设备，但硬件设计较复杂（需要更多引脚连接）。
• 应用场景：
  • 开发阶段或需要大存储的项目，比如：
    • 运行 Linux 系统的 ZYNQ 开发板（系统文件较大，需要大容量存储）。
    • 多媒体设备（如视频监控系统，需要存储大量视频数据）。

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五、如何在开发板上设置 RC/EP 模式？

1. 硬件设置：通过 DIP 开关（拨码开关） 选择启动模式。例如：
   • 具体引脚定义需要参考开发板手册
   • 拨码开关设置为 0010 表示 QSPI 模式（RC），0100 表示并行 Flash 模式（EP）。
2. 软件烧录：用 Xilinx 工具（如 Vivado、SDK）将程序打包成 BOOT.bin 文件，通过 JTAG 或 SD 卡先烧录到目标存储设备（QSPI Flash 或并行 Flash）。
3. 启动验证：上电后，ZYNQ 会按设置的模式从对应设备读取数据，就像电脑按 BIOS 设置从 U 盘或硬盘启动一样。

六、其他常见启动模式

除了 RC 和 EP，ZYNQ 还有：

• JTAG 模式：通过调试器直接下载程序（开发阶段用，断电数据丢失），类似电脑用 U 盘装系统时的 “PE 模式”。
• SD 卡模式：从 SD 卡启动（方便调试和修改程序），类似电脑用 U 盘临时启动系统。
• EMMC 模式：从板载 EMMC 芯片启动（速度和容量介于 QSPI 和并行 Flash 之间），类似电脑的内置小容量固态硬盘。