Системный модуль AC7021B

Системный модуль AC7021B — это «система на модуле» (SoM) на базе SoC Xilinx Zynq‑7000: в одном кристалле совмещены процессорная подсистема (два ядра ARM Cortex‑A9) и программируемая логика (FPGA). Модуль поставляется как готовое ядро: на плате уже размещены SoC, память (DDR3, QSPI, eMMC), схемы тактирования, базовая обвязка и силовые преобразователи — разработчику остаётся спроектировать несущую плату с нужными разъёмами и периферией.

Ключевое преимущество AC7021B перед более простыми SoM (вроде AC7Z010) — наличие встроенного eMMC на 8 ГБ, увеличенный объём DDR3 (1 ГБ) и большое количество линий ввода‑вывода (198 HR FPGA I/O). По сравнению с AC7Z020 модуль даёт больше возможностей для хранения образов и пользовательских данных без необходимости ставить дополнительные микросхемы на несущей плате. По сравнению с отладочными платами (AX7050 и аналогами) AC7021B ориентирован на серийную интеграцию: компактный форм‑фактор, разъёмы высокой плотности, промышленный температурный диапазон и заранее подобранная обвязка.

Архитектура позволяет разделять задачи: на ARM запускать Linux/RTOS, сетевые сервисы, интерфейс пользователя, хранение данных и высокоуровневую логику, а на FPGA реализовывать критичные по времени и производительности функции: обработку потоков данных, аппаратные фильтры, интерфейсы с жёсткими временными требованиями, ускорители алгоритмов. Это даёт предсказуемые задержки и высокую пропускную способность без компромиссов, свойственных чисто процессорным решениям.

Основные преимущества
Готовое ядро для встраиваемых изделий. Не нужно проектировать базовую схему SoC, питания, памяти и тактирования — модуль уже содержит всё необходимое для запуска системы.
Гибридная архитектура. ARM для ОС и управления, FPGA для детерминированной обработки и аппаратных ускорителей — единая платформа с AXI‑интерфейсом для быстрого обмена данными.
Встроенная энергонезависимая память. Наличие 8 ГБ eMMC позволяет хранить образы ОС, файловые системы и пользовательские данные прямо на модуле, упрощая проектирование и повышая надёжность.
Развитые линии ввода‑вывода. 44 PS MIO и до 198 FPGA HR I/O дают гибкость при подключении разнообразной периферии, высокоскоростных интерфейсов и специализированных шин.
Промышленные характеристики. Широкий температурный диапазон, надёжная элементная база, устойчивость к вибрациям и помехам.
Поддержка профессиональных инструментов. Полная совместимость с Vivado, Vitis, PetaLinux, IP‑ядрами и референсными дизайнами.
Предсказуемость и детерминизм. FPGA‑конвейеры обеспечивают стабильную обработку без влияния планировщика ОС.

Технические характеристики

Параметр	Значение
Производитель	(указать производителя, если известно; иначе — «разработчик/поставщик системного модуля»)
Модель	AC7021B
SoC FPGA	Xilinx Zynq‑7000, чип XC7Z020‑2CLG484I
Процессорная подсистема	Двухъядерный ARM Cortex‑A9, типичная частота до 767 МГц
FPGA‑часть	Архитектура Artix‑7, 28 нм; ~85K LUT, ~53K триггеров, ~220 блоков BRAM, ~220 DSP‑срезов (точные значения зависят от исполнения)
Память (PS)	1 ГБ DDR3 (32‑битная шина)
Энергонезависимая память	32 МБ QSPI Flash (для загрузки и конфигурации), 8 ГБ eMMC (для ОС, данных, файловой системы)
Интерфейсы ввода‑вывода	44 PS MIO, до 198 FPGA HR I/O, поддержка LVDS, конфигурируемые уровни напряжения
Тактовая система	Встроенные генераторы, поддержка внешних опорных сигналов
Питание	Одно напряжение питания (обычно 5 В DC); внутренние преобразователи для ядер и логики
Форм‑фактор	Компактный модуль (ориентировочно 60×60 мм), 4 разъёма высокой плотности (например, Panasonic board‑to‑board) для установки на несущую плату
Температурный диапазон	−40…+85 °C (промышленное исполнение)
Совместимые инструменты	Xilinx Vivado, Xilinx Vitis, PetaLinux, SDK/BSP, IP‑ядра, референсные дизайны
Особенности	AXI‑мост между ARM и FPGA, загрузка с QSPI/eMMC, поддержка Bare‑Metal и Linux, JTAG‑отладка, промышленные I/O

Области применения
Промышленная автоматизация и управление движением. Реализация ПИД‑регуляторов, контуров управления и высокоскоростных дискретных/аналоговых интерфейсов на FPGA; интерфейс, журналы, сетевые протоколы и хранение логов — на ARM.
Системы машинного зрения и обработки изображений. Аппаратная предобработка кадров, фильтрация, буферизация и сжатие в FPGA; анализ, трекинг, хранение результатов и интерфейс пользователя — на ARM (с использованием eMMC для хранения снимков и логов).
Телекоммуникации и сетевые устройства. Аппаратное ускорение обработки пакетов, MAC/PHY‑обвязка, временные метки и синхронизация в FPGA; сетевой стек, маршрутизация, хранение конфигураций и статистика — на ARM.
Измерительные и тестовые системы. Высокоскоростной сбор данных, цифровая фильтрация, БПФ, корреляция в FPGA; логирование, калибровка, хранение калибровочных таблиц и передача по сети — на ARM.
Встраиваемые мультимедийные системы. Аппаратные кодеки, буферы, синхронизация кадров в FPGA; медиа‑приложения, хранение контента и интерфейс — на ARM.
Автомобильные и транспортные системы. Обработка видеокамер, распознавание дорожных знаков, интерфейсы шин в FPGA; телеметрия, навигация, хранение карт и интерфейс водителя — на ARM.
Медицинское оборудование. Аппаратная обработка сигналов (ЭКГ, УЗИ и др.) в FPGA; визуализация, хранение записей, передача данных — на ARM.
Образовательные проекты. Лабораторные по SoC FPGA, AXI, встраиваемым ОС, аппаратным ускорителям и гибридным системам.

Поддержка и интеграция
Модуль рассчитан на интеграцию в собственные несущие платы и промышленные корпуса:
Xilinx Vivado. Для проектирования логики FPGA, настройки IP‑ядер, трассировки и генерации битового потока.
Xilinx Vitis и PetaLinux. Для разработки ПО для ARM, драйверов, встраиваемой ОС и приложений.
AXI‑интерфейсы. Для организации быстрого и детерминированного обмена данными между ARM и FPGA.
IP‑ядра и референсные дизайны. Готовые блоки для интерфейсов, тактирования, синхронизации и типовых подсистем.
Средства отладки. JTAG для ARM и FPGA, встроенные логические анализаторы, трассировка сигналов и профилирование задержек.
Документация и BSP. Схемы, распиновки, рекомендации по разводке несущей платы, примеры загрузки ОС и базовых проектов.
Для старта необходимо спроектировать или использовать готовую несущую плату, подключить питание и интерфейсы, установить Vivado и Vitis, загрузить референсный проект (Bare‑Metal или PetaLinux) и проверить базовые сценарии: инициализацию периферии, обмен по AXI между ARM и FPGA, работу с I/O и FPGA‑логикой, загрузку с QSPI или eMMC.

Комплект поставки (стандартный)
В стандартный комплект входят:
модуль AC7021B;
крепёжные элементы (при наличии);
документация (руководство пользователя, схемы, распиновки, рекомендации по подключению и отладке, примеры проектов);
гарантийные и сопроводительные документы;
демо‑проекты и примеры кода (Vivado‑проекты, Vitis‑приложения, скрипты инициализации, примеры AXI‑обмена и работы с I/O).
Несущая плата, кабели, блок питания, хост‑ПК с ПО, измерительные приборы (осциллограф, логический анализатор) в комплект не входят.

Дополнительные аксессуары для полноценной работы
Несущая плата (carrier board). Для установки модуля, разводки интерфейсов и подключения периферии.
Хост‑ПК с Vivado и Vitis. Для разработки, моделирования и отладки проектов.
Осциллограф и логический анализатор. Для контроля сигналов, проверки временных диаграмм, диагностики ошибок и измерения задержек.
Кабели и адаптеры. Для подключения питания, JTAG, интерфейсов и периферийных устройств.
Источник питания. Если питание не подаётся с несущей платы.
Модули расширения и датчики. Для расширения сценариев тестирования и прототипирования.

Почему стоит использовать AC7021B для прототипирования и промышленного применения
AC7021B позволяет быстро перейти от идеи к работающему прототипу и далее к серийному изделию: базовая электроника (SoC, память, тактирование, питание) уже реализована и протестирована, поэтому разработчик может сосредоточиться на алгоритмах, интерфейсах и логике взаимодействия ARM–FPGA. Наличие eMMC на борту заметно упрощает проектирование: не нужно добавлять отдельные микросхемы памяти на несущую плату и заботиться о надёжности хранения образов и данных. Для инженеров модуль экономит время и снижает риски при проектировании сложных встраиваемых систем. Для вузов и лабораторий он удобен для обучения проектированию гибридных SoC‑систем, AXI‑архитектуре и аппаратному ускорению.