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Xilinx FPGA XCZU5EV‑2FBVB900I Zynq UltraScale+™ MPSoC EV 系列

news 来源：原创 2025/9/19 17:23:13

XCZU5EV‑1FBVB900I XCZU5EV‑2FBVB900E XCZU5EV‑1FBVB900I  是 Xilinx Zynq® UltraScale+™ MPSoC EV 系列中功能最为丰富的器件之一，采用 16 nm FinFET+ 工艺，封装为 31 mm × 31 mm、900‑ball FCBGA（FBVB900）。该系列在传统的 PS（处理系统）+ PL（可编程逻辑）架构基础上，额外集成了高性能视频编解码单元（VCU），专为边缘视频处理、ADAS、AI 推理等应用而生

异构架构

XCZU5EV‑1FBVB900I 将四核 Arm® Cortex‑A53（最高 1.2 GHz）、双核 Cortex‑R5（600 MHz）、Mali‑400 MP2 GPU（500 MHz）与超过 256 K 逻辑单元的 UltraScale+ FPGA 逻辑紧密耦合，并在 PL 中置入一路硬件 H.264/H.265 编解码引擎（VCU），支持 4Kp60 硬件压缩与解压缩，可实现多路 1080p60 并行处理

处理系统（PS）

  • 应用处理器：4× Cortex‑A53，ARMv8‑A 架构，支持 TrustZone 安全扩展，配备 32 KB L1 I‑Cache、32 KB L1 D‑Cache 及 1 MB 共享 L2 Cache。

  • 实时处理器：2× Cortex‑R5F，专用于低延迟控制与实时任务。

  • 图形加速：ARM Mali‑400 MP2，支持 OpenGL ES 1.1/2.0。

可编程逻辑（PL）

  • 逻辑资源：约 256 200 逻辑单元（Logic Cells），117 120 个 LUT，234 240 个 Flip‑Flop；

  • 存储资源：144 块 36 Kb Block RAM（共 5.1 Mb）、64 块 288 Kb UltraRAM（共 18.0 Mb）、3.5 Mb 分布式 RAM；

  • DSP 切片：1 248 个，用于高效数字信号处理与深度学习加速；

  • 时钟管理：12 个 MMCM、4 个 PLL，配合全局 BUFG 与区域 BUFH/BUFR 网络，支持多域时钟与相位调节；

视频编解码单元（VCU）

“EV” 后缀的器件在 PL 中集成了视频编解码引擎，特点包括：

  • 同时硬件编码与解码；

  • 支持 H.264 High Profile Level 5.2（4K×2K@60fps）、H.265 Main/Main10 Profile Level 5.1；

  • 8‑bit/10‑bit、4:2:0 与 4:2:2 采样；

  • 多流并行，最高可达总计 4K×2K@60fps

I/O 与高速收发器

  • PL GTH：16 条通道，速率最高 32.75 Gb/s，适用于 100 GbE、PCIe Gen3/4、Interlaken 等；

  • PS GTR：4 条通道，速率最高 6 Gb/s，支持 PCIe Gen2/3、USB 3.0、SATA、DisplayPort；

  • 可编程 I/O：204 路 PL I/O（156 HP + 48 HD），214 路 PS MIO，支持差分（最多 144 对）与单端标准，电压范围 1.0–3.3 V；

  • EMIO：可将 PS 外设通过 PL I/O 映射扩展

存储子系统

  • 片上内存：256 KB OCM（On‑Chip Memory），支持 ECC；

  • 外部存储：支持 32‑bit DDR4/LPDDR4 单/双通道，最高 2667 MT/s，带宽可达 21.3 GB/s，可选 ECC；

  • 引导接口：QSPI、eMMC、SD/SDIO、NAND、USB、JTAG

安全与启动

Zynq UltraScale+ MPSoC 采用多级启动机制，PS 作为启动主控：

  1. 非安全/安全启动：支持非加密和 AES‑GCM/SHA‑3/384 解密鉴权，4096‑bit RSA 验证签名；

  2. 启动源：通过器件模式引脚选择 QSPI、eMMC、SD、USB 或 JTAG；

  3. CSU Crypto：硬件加速 AES、RSA、SHA 引擎；FSBL 从 OCM 加载第二级引导；

  4. 安全存储：器件 DNA 与 eFUSE，用于唯一标识和密钥存储

电源与功耗

  • 电源域：分为全功耗、低功耗、PL 与电池电源域，可由 PMU 细粒度管理；

  • 功耗估算：可使用 Xilinx Power Estimator (XPE) 工具进行仿真与评估；

  • 封装热特性：FBVB900 封装 ΘJA≈1.2 °C/W，建议高负载场景配合散热片或风扇

开发生态与典型应用

  • 软件与工具：Vivado® Design Suite、Vitis™ 统一平台、PetaLinux®、Vitis™ AI、HLS、Model Composer；

  • 参考平台：ZCU104/ZCU106 开发板、UltraZed‑EV SOM、Kria K26 SoM 等；

  • 典型应用：边缘视频处理与编解码、ADAS、工业视觉、5G 前传/回传、医疗成像、机器人控制

XCZU5EV‑1FBVB900I 以其全面的异构架构、强大的视频编解码能力、丰富的高速接口与完备的安全特性，成为智能视觉、通信、工业与汽车电子等领域的理想选择。

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