ZYNQ中PL和PS协同工作的几种机制

1、PL与PS协同工作的几种机制

　　在Xilinx Zynq SoC中，FPGA（PL，可编程逻辑）和ARM处理器（PS，处理系统）的协同工作主要通过以下几种机制实现，其中DDR内存确实扮演了重要角色：
　　（1）、共享DDR内存（主要数据交互方式）
　　机制：
　　　　PS和PL通过AXI总线（如AXI HP/AXI ACP接口）共享DDR内存。
　　　　FPGA通过AXI HP（高性能）或AXI ACP（加速器一致性端口）直接访问DDR，无需CPU干预。
　　　　CPU（ARM）将数据写入DDR，FPGA通过DMA读取处理后再写回DDR，CPU读取结果。
　　优势：
　　　　适合大数据量传输（如图像、视频处理）。
　　　　利用DMA减少CPU负载。
　　典型应用：
　　　　视频帧处理：CPU准备数据→存入DDR→FPGA加速处理→结果写回DDR→CPU读取。
　　（2）、片上共享资源（低延迟交互）
　　OCM（On-Chip Memory）：

　　　　PS的片上RAM（256KB），PL可通过AXI GP接口访问PS的片上内存（OCM）。
　　　　特点：延迟极低（~10ns），适合小数据量实时交互（如控制参数、状态字）。
　　　　实现：在Vivado中配置AXI总线连接OCM，PS/PL通过地址直接读写。

　　BRAM（FPGA内部存储器）：

　　　　FPGA内部的存储器，可通过AXI BRAM控制器映射到PS地址空间，CPU直接访问FPGA内部的BRAM。
　　　　特点：灵活性高，PL可快速读写，PS通过内存映射访问（类似外设寄存器）。
　　　　典型应用：共享查找表（LUT）、小型缓冲区。

　　（3）、寄存器级交互（控制/状态通信）
　　AXI Lite总线：
　　　　PS通过AXI Lite配置FPGA内部的寄存器（如启动/停止加速器、读取状态）。
　　　　适合低频控制信号（如设置参数、中断触发）。
　　中断机制：
　　　　FPGA通过IRQ通知PS任务完成或异常（如DMA传输完成）。

　　自定义IP核寄存器：
　　　　在PL中设计寄存器映射的IP核，PS通过AXI Lite直接读写。

　　（4）、流式数据传输（无DDR参与）
　　AXI Stream：
　　　　PS和PL通过AXI Stream直接传输数据流（如视频流、ADC采样数据）。
　　　　无需DDR中转，实时性高，但需FPGA设计流处理逻辑。

　　　　实现：
　　　　　　使用AXI DMA IP核将流数据与PS内存（如OCM）交换。
　　　　　　或PS通过AXI Stream FIFO直接与PL交互。

　　（5）高速接口（专用链路）

　　HP（High Performance）或ACP（Accelerator Coherency Port）接口：即使不通过DDR，HP/ACP接口也可用于PL与PS Cache的直接通信（ACP支持缓存一致性）。
　　优势：降低访问延迟，避免DDR带宽竞争。
　　（6）中断与事件通知
　　PL-to-PS中断：PL通过IRQ通知PS（如任务完成、错误触发）。
　　实现：
　　　　在Vivado中连接PL中断信号到PS的IRQ控制器。
　　　　PS端注册中断服务程序（ISR）。

　　（7）处理器本地总线（PLB）或专用接口
　　GPIO/EMIO：将PL信号通过EMIO导出到PS的GPIO，适合极简控制（如复位信号、状态灯）。
　　自定义协议：在PL中实现SPI/I2C等串行协议，与PS通信（需PS端驱动支持）。

2、协作模式总结

3、设计示例

　　（1）视频处理流水线：CPU初始化帧数据→存入DDR→FPGA通过DMA读取→硬件加速（如滤波）→结果写回DDR→CPU显示。

　　（2）实时控制：FPGA通过AXI Lite接收CPU参数→处理传感器数据→通过中断通知CPU。
4、关键配置步骤
　　在Vivado中启用AXI HP/ACP接口。
　　为PL分配DDR内存区域（通过xparameters.h定义地址）。
　　使用DMA控制器（如AXI DMA IP）管理数据传输。
　　在Linux中可映射DDR内存为mmap，或使用裸机程序直接访问。
　　通过合理选择交互方式，可以平衡带宽、延迟和资源开销，实现高效的PS-PL协同计算。