當你想到它時，這是一個有趣的舊世界。您可能知道也可能不知道，我的學位是控制工程（現在稱為系統工程）。該課程包括數學專業和電子、機械、液壓和流體學的輔修課程（不要問我們在業余時間做了什么）。

盡管我涉足編寫軟件，但我專注于以奇怪而奇妙的方式創建代碼失敗。我是一名硬件設計工程師。我的第一個職位是為大型計算機設計中央處理器 (CPU) 的團隊成員。

當 MPU 和 MCU 在 1970 年代首次出現時，絕大多數編寫軟件的人都是那些在“大鐵”大型機和小型機上工作的人。因此，主要是硬件工程師為基于 MPU/MCU 的嵌入式系統編寫原始程序。

當然，這些天來，整個行業對軟件編碼的興趣不斷增加。事實上，2019 年賽靈思開發者論壇 (XDF) 的一位主題演講者指出，“工程蛋糕”現在由 80% 的軟件開發人員組成，而硬件設計人員僅占 20%。這可能表明我是一個垂死品種的成員，但我更愿意相信隨著歲月的流逝，我變得越來越特別。（小時候媽媽常說我很特別，我傻傻地把這當成夸獎了也是一種贊美。）

如果您在無人看的情況下快速使用 Google，您會看到估計全世界大約有 2200 萬軟件開發人員。其中，大多數專注于應用程序級和基礎設施級編碼，僅剩下大約 120 萬個專注于嵌入式系統。

反過來，絕大多數嵌入式軟件開發人員專注于 MPU 和 MCU 的編碼；很少有人有使用現場可編程門陣列 (FPGA) 的經驗。這是不幸的，因為盡管常規處理器非常適合執行決策和控制雜務，但在執行許多數據處理任務時它們的效率非常低。相比之下，FPGA 能夠以大規模并行方式執行復雜的數據處理任務，從而使它們能夠提供顯著的算法加速。

在許多情況下，理想的解決方案是將常規處理器的決策和控制能力與在 FPGA 可編程結構中實現的硬件加速器提供的算法處理能力相結合。為了促進這一點，賽靈思創建了 Zynq 系列 SoC FPGA，它將硬化處理器內核與可編程結構相結合。例如，Zynq 7020 提供雙核 667 MHz 32 位 Arm Cortex-A9 處理器（帶有緩存和浮點單元）以及 13,333 個可編程邏輯片。

唯一的問題是如何將 FPGA 的優勢提供給沒有時間了解 FPGA 并且對此沒有興趣的軟件開發人員。解決方案是具有 SYZYGY 兼容擴展的 Digilent 的Eclypse Z7 開發板。

除了前面提到的 Zynq 7020，Eclypse Z7 還擁有 1 GB DDR3L 內存、一個 MicroSD 卡插槽和一個千兆以太網接口。高速儀器、醫療設備、軟件定義無線電 (SDR) 和許多其他應用的嵌入式系統開發人員特別感興趣的是，除了兩個 Pmod 接口之外，Eclypse Z7 還提供兩個 Zmod 接口.

直到最近，任何想要對基于 FPGA 的新系統進行原型設計或開發的人都受到兩種最常用擴展方案的能力的限制：Pmod和FMC。Pmod（外圍模塊）接口是由 Digilent 定義的開放標準，并已在整個行業中廣泛采用。Pmod 非常適合 1 至 50 MHz 范圍內的低速外設；6 針、8 針和 12 針連接器的實施成本低廉；并且有許多現成可用的低成本外圍模塊。

另一端是 ANSI/VITA FMC（FPGA 夾層卡）標準，它更適合數據速率高達 10 Gbps 的高性能外設。在這種情況下，72 針和 200 針連接器要貴得多，外圍設備本身的成本可能高達數千美元。

為了彌補這一差距，Opal Kelly的人們創建了 SYZYGY（發音為“Sizz-Uh-Gee”）開放標準，用于將高性能外設連接到 FPGA 硬件。（另請參閱SYZYGY 起源故事。）SYZYGY 滿足了 FPGA 和硬件外圍設備之間對高速數據采集、數字圖像捕獲、軟件等應用所需的緊湊、低成本、低引腳數、高性能連接解決方案的需求- 定義無線電和數字通信。

目前，有兩個 Digilent SYZYGY 模塊可供使用：一個雙通道、14 位、每秒 100 兆采樣 (Msps) 模數轉換器 (ADC)，以及一個相應的雙通道 14 位數字轉模擬轉換器（DAC）。這些模塊可以單獨購買，也可以與 Eclypse Z7 捆綁購買。

但等等，還有更多，因為強大的 Eclypse Z7 硬件由創新的軟件架構支持，允許軟件開發人員涉足 FPGA 領域。

在 Zynq-7020 SoC FPGA 中，器件的編程系統 (PS) 部分——即雙核 32 位 Arm Cortex-A9 處理器——連接到系統的可編程邏輯 (PL) 部分使用高速 AXI 總線。這意味著在 PL 中實現的外圍功能和硬件加速器可以輕松地與在 PS 上運行的軟件進行通信。

Eclypse Z7 軟件架構

Eclypse Z7 的軟件架構包括預構建的 Linux 映像以及軟件開發人員可以使用熟悉的編程語言訪問的高級 API。這使開發人員能夠利用 FPGA 硬件加速的優勢，而不必直接與 FPGA 本身進行交互。

我只能說，對于想要享受 FPGA 提供的優勢而無需真正了解 FPGA 的嵌入式軟件開發人員來說，這是一個激動人心的時刻。更令人興奮的是，Digilent 正在向我們征求我們認為下一步應該將哪些外圍功能實現為 Zmod 模塊的建議。