Системный модуль AC7021B

Системный модуль AC7021B (производитель — Alinx) построен на SoC Xilinx Zynq‑7000: в едином кристалле объединены процессорная подсистема (два ядра ARM Cortex‑A9) и FPGA‑архитектура Artix‑7. Это даёт возможность разделять задачи: на ARM запускать Linux/RTOS, стек протоколов, интерфейс пользователя, а на FPGA реализовывать детерминированные интерфейсы, конвейеры обработки, буферы и аппаратные ускорители.


По сравнению с простыми микроконтроллерными модулями (FL1010V, FL2010) AC7021B предоставляет полноценную гибридную платформу с памятью, высокоскоростными интерфейсами и возможностью полноценной ОС. По сравнению с более современными решениями на Zynq UltraScale+ (AXU2CGA) модуль базируется на Zynq‑7000 — это более доступная и хорошо освоенная платформа с широкой экосистемой инструментов и примеров.


В отличие от отладочных плат с развитой периферией «из коробки» (AXVM2152, AXU2CGA), AC7021B часто поставляется как компактный модуль (в форм‑факторе SOM/Mezzanine), который устанавливают на базовую плату (Carrier Board) — это удобно для встраивания в готовые изделия и для обучения проектированию систем на модулях. Для образовательных целей AC7021B хорош тем, что позволяет последовательно осваивать работу с PS (ARM), PL (FPGA), AXI‑интерконнектом, драйверами и загрузкой ОС.


Основное преимущество AC7021B — баланс между функциональностью и компактностью: модуль содержит всё критичное (SoC, память, тактирование, питание, базовые цепи), а остальное (разъёмы, специфическая периферия) выносится на несущую плату. Это удобно и для прототипирования, и для перехода к серийному изделию.


Основные преимущества
Гибридная архитектура ARM + FPGA в одном кристалле. Позволяет совмещать ОС и детерминированную обработку без внешних мостов.
Готовая базовая электроника. SoC, DDR3, цепи тактирования, питания и сброса уже размещены на модуле — нужно только подключить интерфейсы на несущей плате.
Богатая периферия. Gigabit Ethernet, USB, HDMI, GPIO, JTAG — можно сразу тестировать сетевые, мультимедийные и дискретные сценарии.
Гибкое взаимодействие PS–PL. AXI‑интерфейсы с высокой пропускной способностью и низкой задержкой позволяют эффективно передавать данные и синхронизировать задачи.
Поддержка современных инструментов. Vivado для FPGA, Vitis/SDK для ARM, PetaLinux, готовые BSP и референсные проекты.
Компактность и масштабируемость. Форм‑фактор SOM удобен для встраивания в конечные устройства и для учебных стендов.
Доступность и зрелость платформы. Zynq‑7000 — хорошо изученная линейка с большим количеством примеров, документации и готовых решений.

Технические характеристики

Параметр	Значение
Производитель	Alinx
Модель	AC7021B
SoC FPGA	Xilinx Zynq‑7000, чип XC7Z020 (2×ARM Cortex‑A9, FPGA Artix‑7)
Процессорная подсистема	Двухъядерный ARM Cortex‑A9 (до ~866 МГц), NEON, кэш, MMU
FPGA‑часть	Архитектура Artix‑7, достаточный объём LUT/триггеров/BRAM/DSP для типовых аппаратных задач (интерфейсы, фильтры, конвейеры, простые ускорители)
Память	DDR3 (объём зависит от исполнения; типично 512 МБ–1 ГБ)
Интерфейсы	Gigabit Ethernet, USB 2.0, HDMI, JTAG, MIO/PS‑IO (GPIO, I2C, SPI, UART), PL‑IO для FPGA
Видео/мультимедиа	HDMI‑выход (иногда вход), поддержка базовых видеорежимов, возможна аппаратная предобработка в FPGA
Защита интерфейсов	Стандартная ESD‑защита
Мониторинг	Датчики температуры, напряжения, сторожевой таймер (опционально)
Питание	Через несущую плату (напряжения и схема зависят от Carrier Board)
Форм‑фактор	Компактный SOM/Mezzanine (точные габариты зависят от исполнения)
Температурный диапазон	0…+70 °C (коммерческое исполнение)
Совместимые инструменты	Vivado, Vitis, SDK, PetaLinux, BSP, IP‑ядра, референсные дизайны
Особенности	AXI‑мост между PS и PL, загрузка с QSPI/SD/eMMC, поддержка Bare‑Metal и Linux, JTAG‑отладка

Области применения
Встраиваемые системы. Компактные устройства, где важны и вычислительная мощность, и аппаратная обработка: шлюзы, контроллеры, измерительные приборы.
Прототипирование гибридных решений. Часть логики на ARM (ОС, стек протоколов), часть — в FPGA (детерминированные интерфейсы, буферы, ускорители).
Учебные стенды и лабораторные работы. Изучение PS/PL, AXI, драйверов, загрузки ОС, проектирования интерфейсов и конвейеров.
Мультимедийные узлы. Вывод видео на HDMI, простая предобработка кадров в FPGA, интерфейс и управление на ARM.
Сетевые устройства. Аппаратное ускорение обработки пакетов, временные метки, буферизация в FPGA; сетевой стек и приложения на ARM.
Системы машинного зрения и обработки изображений. Предобработка и конвейеры в FPGA, анализ и трекинг на ARM.
Тестовые стенды. Генерация и анализ сигналов, эмуляция протоколов, проверка совместимости устройств.

Поддержка и интеграция
Модуль рассчитан на установку на несущую плату (Carrier Board):
Vivado. Для проектирования логики FPGA (PL), настройки IP‑ядер, трассировки, временных диаграмм и AXI‑интерфейсов.
Vitis/SDK. Для разработки ПО для ARM (PS), драйверов, встраиваемой ОС, приложений.
PetaLinux. Для сборки и загрузки Linux на ARM, настройки устройств и драйверов.
AXI‑интерфейсы и мосты. Для обмена данными между PS и PL с минимальной задержкой и высокой пропускной способностью.
IP‑ядра и референсные дизайны. Готовые блоки для Ethernet, USB, HDMI, тактирования и других подсистем.
Средства отладки. JTAG (для PS и PL), встроенные логические анализаторы, трассировка сигналов, профилирование задержек и производительности.
Документация и BSP. Схемы, распиновки, рекомендации по подключению, примеры загрузки ОС, инициализации периферии и базовых проектов.
Для старта достаточно установить модуль на несущую плату, подключить питание, монитор (HDMI), клавиатуру/мышь (USB), сеть (Ethernet), установить Vivado и Vitis, загрузить референсный образ PetaLinux или Bare‑Metal проект и проверить базовые сценарии: инициализацию интерфейсов, обмен данными по Ethernet/USB, простую обработку в FPGA и передачу результатов на ARM, вывод тестового изображения на HDMI.

Комплект поставки (стандартный)
В стандартный комплект входят:
модуль AC7021B;
крепёжные элементы (при наличии);
документация (руководство пользователя, схема, распиновка, рекомендации по подключению и отладке);
гарантийные и сопроводительные документы;
демо‑проекты и примеры кода (Vivado‑проекты, Vitis‑приложения, скрипты инициализации, примеры обмена по Ethernet/USB/HDMI, взаимодействия PS–PL).
Несущая плата (Carrier Board), кабели (HDMI, Ethernet, USB), накопители (SD, eMMC), осциллограф, логический анализатор, хост‑ПК с ПО в комплект не входят.

Дополнительные аксессуары для полноценной работы
Несущая плата (Carrier Board). Для установки модуля и разводки интерфейсов.
Хост‑ПК с Vivado и Vitis. Для разработки, моделирования и отладки проектов.
HDMI‑кабель. Для проверки мультимедийных сценариев и вывода изображения.
Ethernet‑кабель. Для сетевых тестов и удалённой отладки.
Накопитель (SD‑карта, eMMC). Для загрузки ОС, хранения образов и данных.
Осциллограф и логический анализатор. Для контроля сигналов, проверки временных диаграмм, диагностики ошибок и измерения задержек.
Кабели и адаптеры. USB‑адаптеры, переходники для GPIO при необходимости.
Источник питания. Если не используется штатный на несущей плате.

Почему стоит использовать AC7021B для прототипирования и обучения
AC7021B даёт готовую гибридную платформу в компактном форм‑факторе: не нужно проектировать базовую электронику, чтобы сразу начать отладку взаимодействия ARM и FPGA. По сравнению с «большими» отладочными платами модуль удобен для встраивания и перехода к реальному изделию; по сравнению с простыми МК‑модулями — даёт полноценную ОС и аппаратную обработку. Для инженеров это быстрый старт и проверка концепции без лишних затрат; для преподавателей и студентов — понятный инструмент для освоения современной архитектуры Zynq, AXI‑интерконнекта, драйверов и гибридных систем.