1. Zynq异构架构与软硬件协同全景
Zynq-7000 系列的本质，是把一颗双核 ARM Cortex-A9 应用处理单元（APU）与一片 Xilinx 7 系列可编程逻辑（PL）集成在同一硅片上，再用一组高带宽、低延迟的片上接口把两者缝合起来。理解这套架构的关键，不是分别记住 PS 和 PL 各自有什么，而是看清"谁在什么时候控制谁、数据从哪里流到哪里、软件与逻辑的边界画在哪里"。本章先建立这张全景图，后续所有 BSP 配置、设备树编写、驱动开发和 PL 加速工作，都落在这张图的某个具体位置上。
一、PS 侧：APU 与它的固定外设
PS（Processing System）是 Zynq 的"硬"部分，出厂即固化，不可重配。核心是双核 Cortex-A9，每核带 32KB 指令/数据 L1 缓存、共享 512KB L2 缓存，主频典型 667MHz（Zynq-7020 常见配置）。两核之外还有 NEON 与浮点单元、256KB 片上 OCM、DDR 控制器、以及一组固定外设：UART、SPI、I2C、SD/SDIO、USB、Gigabit Ethernet、GPIO、定时器等。这些外设的寄存器地址在芯片手册中是固定的，Linux BSP 中的 UART 控制台、以太网 MAC、SD 卡控制器，用的就是它们。
需要特别区分的是 MIO 与 EMIO。MIO（Multiplexed I/O）是 PS 直接引出的 54 个引脚，外设信号通过 MIO 复用矩阵映射到物理引脚，不经过 PL；EMIO（Extended MIO）则是把 PS 外设信号"借道"PL 再引出，共 64 个。当某个外设的引脚需求超过 MIO 可用数量，或需要把信号引到 PL 侧做进一步处理时，就使用 EMIO。这个区别直接影响引脚约束文件和设备树中 pinctrl 的写法。
二、PL 侧：可编程逻辑与它的资源
PL 是"软"的部分，由查找表（LUT）、触发器（FF）、块 RAM（BRAM）、DSP48 切片和可编程互连构成。以 Zynq-7020 为例，约 85K 逻辑单元、140 个 BRAM（36Kb 每块）、220 个 DSP48E1。PL 可以承载纯组合逻辑、状态机、DSP 流水线、甚至软核 MicroBlaze。对 Linux 而言，PL 中的自定义 IP 通常以 AXI 从设备的形式暴露寄存器，被驱动读写；也可以做成 AXI 主设备，主动访问 DDR。
三、PS-PL 接口：协同的物理通道
PS 与 PL 之间不是一根总线，而是多条用途不同的通道，选错通道会直接导致带宽或延迟不达标：
- AXI GP（General Purpose）：4 个端口（2 主 2 从），32 位数据宽度，适合寄存器配置、低速控制，典型吞吐几十 MB/s 量级。
- AXI HP（High Performance）：4 个从端口，PL 作为主设备访问 DDR/OCM，64 位或 128 位宽度，是 PL 读写大块数据的首选，可接近 DDR 带宽上限。
- AXI ACP（Accelerator Coherency Port）：1 个端口，PL 访问可绕过或参与 L2 缓存一致性，适合与 CPU 共享小数据结构。
- 中断与事件：PL 可通过 16 个共享外设中断（SPI）向 PS 发中断，也可用 PL-PS 中断端口；反向 PS 可向 PL 发 4 个中断。
- 时钟与复位：PS 向 PL 提供 4 路 FCLK 和复位信号，PL 逻辑的时序基准通常来自这里。
下面这张图把上述对象、接口方向和典型数据流放在同一张全景中，便于对照理解。
四、启动流程：从 BootROM 到 Linux
Zynq 上电后，PS 的 BootROM 先执行，按 MIO[5:2] 引脚决定的启动模式（QSPI、SD、NAND、JTAG）加载 BootROM Header，再加载 FSBL（First Stage Boot Loader）。FSBL 完成 DDR 初始化、把 bitstream 写入 PL（若需要）、加载第二阶段镜像。典型 Linux 启动链是：BootROM → FSBL → U-Boot（SSBL）→ Linux 内核 → 根文件系统。若使用 PetaLinux 或 Yocto，BOOT.BIN 通常打包 FSBL、bitstream 和 U-Boot，放在 SD 卡 FAT 分区；内核镜像 zImage 与设备树 system.dtb 单独放置，由 U-Boot 加载。
这里有一个协同工程的关键点：bitstream 在启动链中的位置决定了 PL 何时可用。若 bitstream 打包进 BOOT.BIN，PL 在 U-Boot 之前就已配置完成，Linux 启动时 PL 已就绪；若在 Linux 启动后用 FPGA Manager 动态加载，则 PL 配置发生在用户空间，驱动需要处理加载时序与重配置。两种方式对设备树、驱动探测顺序的要求不同。
五、Linux BSP 与 PL 协同工程的边界与交付物
把"软件"和"逻辑"分开看，各自的交付物是清晰的：
| 层面 | 主要交付物 | 关键内容 |
|---|---|---|
| 硬件平台 | XSA / HDF | Vivado 导出的硬件描述，含 PS 配置、PL 逻辑、地址映射 |
| 启动镜像 | BOOT.BIN | FSBL + bitstream + U-Boot，由 bootgen 打包 |
| Linux BSP | zImage、system.dtb、rootfs | 内核配置、设备树、驱动、根文件系统 |
| PL 逻辑 | bitstream、IP 寄存器手册 | 自定义 IP 的寄存器偏移、位定义、中断号 |
| 协同接口 | 设备树节点、驱动、用户态库 | AXI 地址、中断、时钟、DMA 通道的软件映射 |
边界画在哪里，取决于功能放在 PS 还是 PL。一个实用的判断原则：控制密集、分支复杂、需要操作系统服务的任务放 PS；数据密集、时序严格、可流水化的任务放 PL。例如图像预处理中的 Sobel 边缘检测，像素级卷积适合 PL 流水线；而检测结果的坐标解析、与上层应用通信，适合 PS 上的 Linux 进程。两者之间通过 AXI HP 搬像素、通过 AXI GP 传参数、通过中断通知完成。