SmartFusion2：不一樣的FPGA SoC
發布時間：2012-10-11 15:46
發布者：eechina
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我們最熟悉的FPGA廠商是賽靈思（Xilinx）和FPGA。美高森美（Microsemi）是一家生產不一樣FPGA的公司。2010年Microsemi收購Actel被認為是當年最明智的收購案，從此Microsemi擁有了SmartFusion系列產品(FPGA+MCU+模擬功能)。 近日，Microsemi推出了下一代SmartFusion2 SoC FPGA。該公司SoC產品部門副總裁兼總經理Esam Elashmawi、中國區銷售經理夏明威和地區技術經理兼SoC專家戴夢麟專程來到北京向媒體介紹了新產品的情況。 SmartFusion2的特性 首先，與其他廠商的FPGA不同，Microsemi采用Flash技術而不是SRAM，這是Microsemi產品的根本特性。SmartFusion2在單一芯片上集成了固有可靠性的快閃FPGA架構、一個166(MHz)ARM Cortex-M3處理器、先進的安全處理加速器、DSP模塊、SRAM、eNVM和業界所需的高性能通訊接口。SmartFusion2的主要特點、較上一代SmartFusion的改進如下圖所示。 
圖1：SmartFusion2的主要特性 與業內其他產品相比，SmartFusion2有三個突出優點：安全性、可靠性和低功耗。 設計和數據安全性 近期針對工業、國防、航空、通訊和醫療系統的攻擊事件，突顯了對電子系統內的安全性和防篡改防護措施的需求。SmartFusion2包含突破性的安全能力，采用了基于非易失性快閃技術的最先進設計保護功能，易于保護機密和高價值的設計，防止篡改、克隆、過度建造、反向工程和偽造。 SmartFusion2提供了最先進的設計和數據安全能力，它使用SoC FPGA業界唯一具備物理上不可克隆功能(physically unclonable function，PUF)的密匙登記和重建能力，打造具有安全密匙存儲能力的根源可靠性(root-of-trust)設備。SmartFusion2也是唯一使用Cryptographic Research Incorporated (CRI)產品組合技術來防御差分功率分析(differential power analysis，DPA)攻擊的SoC FPGA器件。用戶還可以利用多個內置的加密處理加速器，包括：先進加密標準(advanced encryption standard，AES) AES-256、安全散列算法(secure hash algorithm，SHA) SHA-256、384位橢圓曲線密碼(elliptical curve cryptographic，ECC)引擎，以及不確定性隨機位發生器(non-deterministic random bit generator，NRBG)。 借助這些特性組合，以及基于快閃的架構，SmartFusion2成為市場上最安全的FPGA器件。 高可靠性 美高森美的可編程邏輯解決方案廣泛用于國防和航空應用，因為它們具備高可靠性和單事件翻轉(single event upset，SEU)免疫能力。SEU可以引起二進位代碼狀態改變并損壞數據，導致硬件故障。SEU防御需求也開始擴展到工業和醫療應用領域。 SmartFusion2器件設計用于滿足眾多行業標準的要求，包括IEC 61508、DO254和DO178B，并且具有達到零故障率(failures in time, FIT)的SEU免疫能力。作為一項附加優勢，SmartFusion2快閃FPGA架構無需外部配置來提供額外的安全防護水平，因為在電源關閉時，這款SoC FPGA能夠保留其配置，并實現“瞬間啟動”(instant-on)性能。 SmartFusion2是唯一能夠保護其所有的SoC嵌入式SRAM存儲器避免SEU錯誤的SoC FPGA器件。這是通過在Cortex-M3嵌入式暫時存儲器(scratch pad memory) 等嵌入式存儲器、以太網、控制器局域網(CAN)和USB緩沖器上，使用單錯校正、雙錯檢測(single error correction, double error detection，SECDED)保護功能來完成的，并且提供用于DDR內存控制器的選項。 這些產品特性，以及基于快閃的器件架構，使得SmartFusion2成為用于需要防止破壞性SEU事件發生的航空環境等嚴苛應用的理想解決方案。 據Elashmawi先生介紹，歐洲空中客車公司采用了大量的Microsemi器件，每架A380大型客機上就有超過1000個Microsemi的FPGA。SmartFusion2雖廣泛用于軍工，但該器件本身并不在美國政府禁止出口之列，中國的民用飛機制造商也可以購買。
圖2：每架空客A380上有一千多個Microsemi的FPGA 低功耗 SmartFusion2 SoC FPGA為設計人員提供了比同等的SRAM FPGA器件低100倍的待機功耗，且不影響性能。設計人員可以通過簡單的命令來啟用Flash*Freeze待機功耗模式。在此模式中，可以保持所有寄存器和SRAM的狀態、設置I/O狀態、以低頻率時鐘運行微處理器子系統(microprocessor sub-system，MSS) 與MSS外設相關的I/O。SmartFusion2 SoC FPGA器件能夠在大約100μs內進入和退出Flash*Freeze模式，適用于需要短暫間歇活動的低占空比應用，比如尺寸、重量和功率都至關重要的防御無線電應用。 在Flash*Freeze超低功耗模式下，SmartFusion2的功率可低至1mW。 下圖顯示了SmartFusion2與其他廠商FPGA產品的功耗對比。
圖3：SmartFusion2與競爭產品的功耗對比 客戶現在可以開始使用SmartFusion2 M2S050T工程樣品進行設計，美高森美將于2013年初推出首批生產硅器件。SmartFusion2系列的型號和參數特性如下圖所示。
圖4：SmartFusion2系列的型號和參數特性 |
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