平臺(tái)管理單元負(fù)責(zé)管理關(guān)鍵的系統(tǒng)功能和服務(wù)。這些功能包括系統(tǒng)錯(cuò)誤處理、功耗管理和功能安全任務(wù)等。作為系統(tǒng)的心臟，該單元不容失敗。因此，這里使用了包含表決邏輯的三冗余處理器，這使得即使有一個(gè)處理器核發(fā)生錯(cuò)誤事件，子系統(tǒng)也可以繼續(xù)運(yùn)行。

配置和安全單元負(fù)責(zé)系統(tǒng)配置，包括加載處理器第一級(jí)Bootloader、可編程邏輯的配置bit stream，程序代碼和bit文件均有可選的加密認(rèn)證和解密功能。配置和安全單元還可提供持續(xù)的安全監(jiān)控，比如過(guò)壓或欠壓、低溫或高溫、試圖提取系統(tǒng)信息訪問(wèn)等。

片上可編程邏輯為異構(gòu)處理帶來(lái)了充分的靈活性。可以通過(guò)添加額外的現(xiàn)成的軟核來(lái)處理特殊應(yīng)用的計(jì)算任務(wù)，也可以在不同層級(jí)添加多pipeline和多pipeline stage自定義軟核實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的大規(guī)模并行處理。

4 異構(gòu)多處理系統(tǒng)實(shí)例

機(jī)器人拾取和放置裝配線是一個(gè)很常見(jiàn)的機(jī)器視覺(jué)和控制應(yīng)用實(shí)例，這個(gè)應(yīng)用通常有以下基本功能：
①高分辨率相機(jī)視頻采集系統(tǒng)；
②包括亮度對(duì)比度調(diào)節(jié)、失真校正和消除死點(diǎn)等功能的視頻圖像處理；
③目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別；
④標(biāo)記組件在裝配中正確位置的算法決策；
⑤機(jī)器手臂運(yùn)動(dòng)路徑選擇；
⑥電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制；
⑦安全事件檢測(cè)和關(guān)機(jī)；
⑧用于狀態(tài)顯示和系統(tǒng)控制的圖形用戶界面；
⑨配置和安全管理。

上述的每一個(gè)功能都可能需要特定的處理能力，比如，讓通用處理器來(lái)處理實(shí)時(shí)HD圖像，處理器很容易就會(huì)負(fù)載過(guò)重?zé)o法在特定時(shí)間完成處理。

那么，就讓我們考慮使用這種異構(gòu)多處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可能的解決方案。為了有助于更加形象的理解，Xilinx將會(huì)以Zynq UltraScale+ MPSoC控制機(jī)器人系統(tǒng)在平板電腦上玩紙牌游戲的例子來(lái)詮釋。系統(tǒng)的部分功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)并在“Embedded World 2016”展會(huì)上展示。

4.1 視頻獲取和處理
1080P60視頻流要求3Gbps（373MB/s）的數(shù)據(jù)率，視頻流路徑上需要做的處理可能包括：亮度、對(duì)比度調(diào)節(jié)，白平衡，失真校正，死點(diǎn)剔除等。這些bit級(jí)處理用可編程邏輯完成非常高效，無(wú)需處理器太多參與。

4.2 目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別
初始對(duì)象檢測(cè)通常需要掃描整幅圖像尋找類(lèi)似細(xì)節(jié)目標(biāo)輪廓之類(lèi)的關(guān)鍵特征，這項(xiàng)功能一般由可編程邏輯實(shí)現(xiàn)。一旦目標(biāo)被判定為疑似目標(biāo)，那么就可能需要執(zhí)行更為復(fù)雜的算法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行更進(jìn)一步的決策判定。應(yīng)用處理器通常負(fù)責(zé)目標(biāo)識(shí)別的下一級(jí)數(shù)據(jù)量變小但算法更加復(fù)雜的處理。
在這個(gè)機(jī)器人紙牌游戲案例中，所有的圖像都是通過(guò)可編程邏輯掃描，識(shí)別紙牌邊界和定位游戲紙牌，以及紙牌的排列和花色。隨著數(shù)據(jù)量明顯降低，紙牌排列和邊界圖像被遞交給應(yīng)用處理器通過(guò)圖像識(shí)別算法來(lái)識(shí)別排列和花色。

4.3 算法決策
算法決策一般是很復(fù)雜的處理，通常通用應(yīng)用處理器可以很好的完成。在我們的例子里， 新牌打出的時(shí)候觸發(fā)應(yīng)用處理器計(jì)算新的關(guān)于牌的角色和運(yùn)動(dòng)可能的決策集。

4.4 運(yùn)動(dòng)路徑選擇
兩點(diǎn)之間，直線最短，這樣的路徑會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)在兩個(gè)端點(diǎn)之間發(fā)生沖突。運(yùn)動(dòng)路徑通常被分為多段，并且需要從傳統(tǒng)的笛卡爾坐標(biāo)系中翻譯到機(jī)器人運(yùn)行系統(tǒng)坐標(biāo)系。在我們的多核異構(gòu)系統(tǒng)中，這既可以通過(guò)應(yīng)用處理器完成也可以通過(guò)實(shí)時(shí)處理器完成。

機(jī)器人紙牌游戲相對(duì)而言會(huì)比較簡(jiǎn)單，因?yàn)樵谄桨咫娔X上運(yùn)動(dòng)路徑?jīng)]有潛在的障礙物。我們?cè)趹?yīng)用實(shí)例里選擇了Delt機(jī)器人，Delt機(jī)器人結(jié)構(gòu)通常是三個(gè)并聯(lián)手臂連接到一個(gè)和受動(dòng)器相關(guān)的通用關(guān)節(jié)執(zhí)行器上。因此，受動(dòng)器在3D笛卡爾坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)必須翻譯成三個(gè)獨(dú)立馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)矢量，在這個(gè)應(yīng)用中所需的x,y,z坐標(biāo)參數(shù)傳給實(shí)時(shí)處理器來(lái)計(jì)算三個(gè)機(jī)械手臂各自的運(yùn)動(dòng)路徑。

4.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制
電機(jī)控制算法用于控制加速、正常運(yùn)行和減速，對(duì)機(jī)械約束允許的最小運(yùn)動(dòng)時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，確保在加減速的過(guò)程中不會(huì)對(duì)部件造成損害，減小能量消耗等等。上述計(jì)算和運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)一起，通常都是通過(guò)實(shí)時(shí)處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)處理器在這些方面體現(xiàn)出卓越的性能，在我們的例子里也是如此。實(shí)時(shí)處理器工作在鎖步模式下來(lái)增加可靠性。

4.6 安全事件檢測(cè)和關(guān)機(jī)
安全事件可以是人進(jìn)入機(jī)器人視野，而機(jī)器人可能會(huì)對(duì)人類(lèi)造成傷害，能夠識(shí)別這一事件并且在一定程度上快速響應(yīng)保護(hù)人類(lèi)對(duì)系統(tǒng)而言至關(guān)重要。我們機(jī)器人紙牌運(yùn)動(dòng)員在其周?chē)鷺?gòu)建了一個(gè)紅外線墻，當(dāng)某一光束中斷，機(jī)器人的電源會(huì)馬上關(guān)閉，然后系統(tǒng)會(huì)立馬停止。在這個(gè)例子里，可以使用三冗余平臺(tái)管理單元，這個(gè)高度可靠的處理單元可以接收來(lái)自紅外線墻的輸入，在事件檢測(cè)時(shí)關(guān)閉機(jī)器人。

4.7 圖形用戶接口
圖形用戶接口（GUIs）通常運(yùn)行在Linux操作系統(tǒng)上層，Linux支持從基本的窗口管理器擴(kuò)展到完整桌面環(huán)境。