XCZU19EG硬件设计指导之 概述和PS要点

XCZU19EG是Xilinx公司生产的一种FPGA芯片，属于ZYNQ UltraScale+ MPSOC系列中的EG系列。ZYNQ UltraScale+ MPSOC系列芯片分为两大类：FPGA系列和SOC系列。FPGA系列包括Spartan、Artix、Kintex和Vertex等产品，主要为纯逻辑芯片；SOC系列则是将FPGA与处理器单元以及常见的处理器外设封装在一起，形成单芯片解决方案。ZYNQ-7000系列是SOC系列中常见的产品，以其性价比高、灵活性大而广泛应用于工业场合。而高端系列中的UltraScale+ MPSOC系列则包括EV和EG两个系列，其中EV系列相比EG系列多出一个Video Codec功能，适用于视频处理。XCZU19EG作为EG系列中的成员，集成了四核Arm Cortex-A53处理器和双核Cortex-R5处理器。 XCZU19EG芯片内部主要由PS(Processing System)和PL(Programmable Logic)两个部分构成，分别负责处理器部分和逻辑部分。PS部分除包含各种Arm核心外，还整合了GPU、DDR控制器以及各种常见的外设如DMA、Watch Dog和高速接口。PL部分则主要负责处理计算、高速连接和IO。此外，PS和PL部分都集成了一个10bit的ADC用于系统监测。 在IO方面，XCZU19EG拥有复杂结构，例如XCZU19EG-2FFVC1760E就拥有1760个管脚。官方文档中的分类图虽然复杂，但能够帮助设计人员理解芯片的IO分布。XCZU19EG的PS部分由三个Multi-function IO组构成，每组包含26个IO。这些IO能够支持常见的外设如串口、I2C、SPI，同时也可以支持SD卡、NAND和eMMC接口。在具体使用中，如串口、QSPI、EMMC等外设的IO接口使用都需要注意正确的配置和布局，以保证芯片正常工作。 对于高速接口，如PCIE、DP、USB、SATA等，XCZU19EG提供了PS-GTR高速收发器bank，包含四对高速收发器和四对时钟。设计人员需要确保参考时钟的差分电平摆幅满足要求，并且时钟信号和数据信号长度要尽量一致，偏差控制在允许范围内。此外，RGMII接口的配置同样需要精准的时序控制，以保证数据的准确传输。 在连接MDIO接口时，需要特别注意管脚对应顺序，以及可能需要通过EMIO来扩展PHY地址的问题。设计人员在实践中应当根据所选用的PHY的具体地址进行灵活配置。 整体上，XCZU19EG作为一种高度集成的FPGA芯片，要求设计人员在进行硬件设计时不仅要熟悉其硬件结构，还要精确掌握各个功能模块的使用方法和性能限制，以及在实际布板时对各种信号的精确处理。