Smart fusion—FPGA中的“新贵”

2010-03-31 11:48:04来源: EEWORLD

      正当整个FPGA行业处在积极采用先进生产工艺、努力提高逻辑容量的时候,Actel公司依然坚持自己的路线:推出了它的又一力作“SmartFusion”系列;SmartFusion是业界唯一一款带Cortex-M3硬核、同时处理模拟与数字信号的可编程逻辑器件

     SmartFusion从功能模块划分,主要包括三大部分:

一、微控制器子系统

      微控制器子系统由主频可以到100MHz的CORTEX-M3处理器与外设组成,它们之间通过一个多层AHB总线矩阵连接。矩阵允许Cortex-M3处理器、可编程逻辑部分、以太网控制器,在可用的时候,与外围DMA控制器(实际作为主(masters)到外设)、可编程逻辑部分、嵌入式非易失性存储器、嵌入式同步RAM、外部存储器控制器与模拟电脑引擎模块连接。
 SmartFusion器件提供各种各样的外设。如SPI、I2C、UART、嵌入FlashROM、10/100 Ethernet MAC、定时器、锁相环、振荡器、实时计数器、与外围DMA控制器。

二、可编程模拟部分

1、模拟前端

       SmartFusion器件与Fusion器件相比模拟前端有所增强。增加了SAR  ADC(逐次逼近模数转换)的数量。SmartFusion也首次增加了SDD DAC(∑△数模转换)模块。

       SmartFusion可同时处理多路模拟信号,前置信号调整模块(SCB);SCB由实时双极性预换算器(APBS)、比较器、电流监测与温度监测组合而成。APBS模块允许大的双极性电压(±14.4V)输入到ADC。电流监测是让电压通过一个外部感应电阻转换电压到ADC相应的输入范围。同样地,温度监测也是读电流,它通过一个外部PN结(二极管或三极管)并转换到ADC内部。APBS也包含比较器,监测迅速变化的信号域值,没有使用ADC。比较器的输出输送到模拟计算引擎(ACE)或ADC。

2、模拟计算引擎(ACE)

      在SmartFusion中混合信号模块是连接到系统的其它部分经过一个专用处理器也被称作模拟计算引擎(ACE)控制。ACE的角色是从CORTEX-M3卸载对模拟模块的控制,因而提供更快的吞吐率或者更好的能耗比相对于现行系统,主处理器只负责监测模拟部分。.

三、基于ProASIC3的 FPGA 部分

     Actel SmartFusion系列,基于成熟的、低功耗的、固件错误免疫的 ProASIC3 Flash FPGA体系,具有如下优点:

1、 减少成本

      优势在于单元成本更低、性能提高、容易使用。基于Flash的SmartFusion器件上电就可运行,不需要在每次上电的时候从外部加载配置程序。片上安全机制防止程序信息被读取并能安全的远程升级FPGA的逻辑。设计人员可以进行安全的远程在线系统编程(ISP)以更新将来的设计迭代与关键部分升级,能确保IP不被复制或流失。ISP执行使用业界标准的AES算法与MAC数据验证。

2、 低功耗

      基于Flash的SmartFusion器件显示出的功耗特性ASIC差不多,可以在一些功耗敏感的场合应用。SmartFusion器件没有开机电流与大的电流变化,但是这两点在基于SRAM的FPGA都有发生。
SmartFusion器件还具有低的动态功耗并支持低功耗模式与睡眠模式,更进一步节约功耗。

3、 安全性

      作为非易失性,基于Flash的SmartFusion系列不需要配置芯片PROM,就不存在容易受攻击的外部位流。SmartFusion器件整合的FlashLock,它不需要另外的可重编程与设计安全的独特组合,这样的优势只有非易失性的Flash FPGA才具有。

      SmartFusion器件利用一个128bit基于Flash密钥与一个AES密钥保护可编程IP与配置数据。在Fusion器件中FlashROM在加载之前也能被加密。另外,Flash Memory模块也能使用AES-128加密标准运行。

      SmartFusion器件带AES允许远程更新通过公共网络,如互联网,并能确保IP的安全,不会被复制、流失。另外的安全措施,编程Fusion器件FPGA配置的数据不能回读。在设计时,用户可以控制和定义Flash Memory模块从外部和内部访问。

      安全性,是建立在FPGA体系中,是SmartFusion系列的固有元件。Flash单元位于7层金属层下面,许多的器件设计与布线工艺使行破坏攻击变得相当困难。SmartFusion还带有FlashLock与AES保护,更具有抗破坏攻击能力。

4、 单芯片

      基于Flash FPGA存储它们的配置信息在片上Flash单元。一旦被编程,配置数据是FPGA结构固定的一部分,在系统上电的时候并没有外部配置数据需要加载。因此,基于Flash的SmartFusion不需要系统配置元件,如EEPROM或微控制器加载器件配置数据。减少总的物料成本与PCB面积,提升安全性与系统可靠性。

5、 上电运行

      基于Flash的SmartFusion器件上电就可以运行。上电就可以运行的SmartFusion器件大大简化了整体系统设计,不需要另外的配置芯片,降低了系统成本。此外,在系统故障和电源电压不足时,不会损坏器件配置,不像基于SRAM的FPGA。所以在系统电源恢复时器件将不需要重新配置。这就不需要使用欠压检测与电压监测相关电路,简化整体系统设计,降低成本与设计风险,同时提高系统可靠性。

6、 免疫固件错误

      固件错误产生大多数是因为高能中子引起。固件错误在SRAM的FPGA中是不可能防止的。
在介绍完SmartFusion之后,我们来看看业界对它的评价:

      艾懋电子科技有限公司的中国区经理Yule Liu讲到:“Actel的SmartFusion器件,整合了硬核Cortex-M3在里面,它将开创更多新的应用领域,由于整个开发流程的简化,使得工程师能够更快地开发出适合市场的产品。”

     艾懋电子科技有限公司华南区技术部经理马俊平讲到:“性能超凡的FPGA,且单芯片集成有可编程高压双极性模拟部分的微处理器,基于专有的flash方式,提供定制的片上系统(SoC),且设计灵活。所有这些都将成为SmartFusion摧城拔寨的利器!”

关键字:Smart  fusion  FPGA

编辑:刘志青 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/0331/article_1053.html
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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。

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