系统断电时FPGA数据保护方法

2009-01-14 16:15:10来源: 莱迪思半导体

 

从消费电子设备到工业控制设备,越来越多的系统都在使用FPGA。这些应用通常需要设备在断电存储一些数据,比如校准信息、用户设置、辨认标签等。如果设备使用了微处理器,则还需要存储微处理器的代码。

对于那些对成本、器件数量以及电路板尺寸不敏感的系统,可采用标准的闪存来存储这些数据。但在许多情况下,成本、器件数量和电路板尺寸等方面的限制导致系统不得不采用双用器件。无论采用单片非易失存储器,还是采用引导用的SRAM器件,FPGA总是具有与它们相联系的非易失存储器。一个显然的问题是,这些非易失存储器是否能在系统关闭时存储数据。

在选择采用哪种方法之前,应考虑应用的要求。这些问题包括: 是否需要进行读/写操作,或者是否接受只读操作;存储的数据有多大;写周期的数量。最后,必须复查与读和写操作相关的特性、时序等。

1.初始化块RAM

大多数FPGA允许其内置的块RAM在引导器件时被初始化。这是一个很好的方法,它提供了较大容量的ROM,可用于存储查找表或程序代码。ROM支持高速随机读取操作,能很容易地对FPGA配置进行再次编程。如果设计需要小容量的ROM,这个方法也不可忽视。

2. SPI重使用

现在所有的SRAM FPGA都允许用SPI存储器来进行配置。因为SPI存储器的附加位很便宜,不会占用电路板的面积,使用SPI存储器的附加空间来存储数据是合理的。在FPGA用其进行配置之后(尽管是各式各样的,设计者使用这个方法前要进行确认),构建SPI接口只需少量逻辑。使用SPI存储器时,要小心避免写到FPGA配置空间中。通过接口逻辑的设计可将其封锁,或者使用在许多SPI Flash存储器中可找到的扇区锁定方法 。

在许多应用中SPI器件允许随机读。用FPGA的存储器块,通过高速缓冲存储当前区技术可实现较高的性能。由于写操作首先要求擦除这个区域,高速缓冲存储方法具有更大的灵活性。利用SPI存储器,擦除/编程周期在正常情况下超过100K。这个规范包括正常的运作期间要若干个上电和断电周期。然而,如果存储器写的次数超过这个数值,则可再次使用存储器高速缓冲方法,防止系统到达SPI的极限。

3.非易失FPGA TAG存储器

现在许多非易失FPGA集成了小的TAG存储器。例如,LatticeXP2提供 0.6~3.4kb的存储器用于此目的。这通常是存储设备设置和校准数据所要求的存储器容量。如图1(b)所示,可以通过JTAG接口或片内逻辑访问LatticeXP2 TAG存储器。在LatticeXP2 FPGA中,对这个存储器的读和写是定序的,支持的写周期超过1K。为简化存储器接口,并使存储器写周期次数最小,可再次利用高速缓冲存储数据技术的优点。TAG存储器与FPGA配置是分开的,因此在这些操作期间,不会写到FPGA的配置中。对集成小的、串行EEPROM而言,片上TAG存储器非常理想。


图1:(a) 用LatticeECP2 FPGA再次使用SPI配置;(b) LatticeXP2 TAG存储器。

点击查看大图

4.闪存影子块RAM

LatticeXP2还提供使用闪存初始化位的功能。配置时,闪存初始化位初始化器件中的每个块RAM。这些存储器可以读和写,就像SRAM一样。当FPGA内必须存储配置数据时,则切换适当的信号使当前的RAM值转入闪存(图2)。这个方法能够对与非易失闪存组合在一起的RAM进行高速读和写 。在LatticeXP2器件中,这个操作支持数千个擦除和写周期。如同TAG存储器,与块RAM在一起的闪存在逻辑上是分开的,这样就能确保FPGA逻辑配置不会意外地被改写。


图2 :LatticeXP2闪存影子SRAM操作示意图。

以上四种方法,每一种方法有其应用优势。如果设计工程师希望采用中等容量的ROM来存储代码或者用作查找表,那么初始化块RAM的方法也许最佳。如果需要存储少量的数据,例如校准信息、当前设置信息或者系统辨别信息,那么TAG存储器方案更方便一些。对于需要再次写入的较大容量的存储器,重使用SPI存储器,或者闪存影子块RAM方法是有用的。当然,无论采用哪种方法,都可以降低电路板的面积和成本。

图3:四种方法的比较。

关键字:断电  存储  FPGA  RAM  TAG  FLASH

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2009/0114/article_434.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
断电
存储
FPGA
RAM
TAG
FLASH

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 

夏宇闻老师专栏

你问我答FPGA设计

北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved