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三種常見的FPGA結構 |
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;隨著(zhu)FPGA的生(sheng)產(chan)工藝不斷提高，各種新技術被廣泛應用到FPGA芯片的設計生(sheng)產(chan)的各個環境(jing)。其中，生(sheng)產(chan)工藝結構(gou)決(jue)定(ding)了FPGA芯片的特性(xing)和(he)應用場合。 如圖1.1所示是FPGA的主要幾種生產(chan)工藝及典型產(chan)品。
1.基于SRAM結構的FPGA 目前大的(de)(de)兩個FPGA廠家Xilinx和(he)Altera的(de)(de)所(suo)有FPGA產品(pin)都是基(ji)于SRAM工藝(yi)來實現的(de)(de)。這(zhe)種工藝(yi)的(de)(de)優(you)點是可(ke)以用較(jiao)低的(de)(de)成本來實現較(jiao)高的(de)(de)密度和(he)較(jiao)高的(de)(de)性能；缺點是掉電(dian)后SRAM會失(shi)去所(suo)有配置，導致每次上(shang)電(dian)都需要重新加(jia)載。 重新加載(zai)需要外部的(de)器件來實現(xian)，不(bu)僅增加了整個系統的(de)成本，而(er)(er)且引入了不(bu)穩(wen)定的(de)因素(su)。加載(zai)的(de)過程(cheng)容易受到(dao)外界干擾而(er)(er)導致加載(zai)失敗，也容易受到(dao)"監(jian)聽"而(er)(er)破解加載(zai)文(wen)件的(de)比(bi)特(te)流。 雖然(ran)基于SRAM結構(gou)的(de)FPGA存在這些缺點，但是(shi)由于其實現成本低，還是(shi)得(de)到了廣泛的(de)應(ying)用(yong)，特別(bie)是(shi)民用(yong)產品方面。 2. 基于反融絲結構的FPGA Actel公司擅長出(chu)品(pin)反融絲結(jie)構的FPGA。這種結(jie)構的FPGA只能(neng)編程(cheng)一次，編程(cheng)后(hou)和ASIC一樣(yang)成為了固定邏輯器(qi)件。Quick Logic公司也有類(lei)似的FPGA器(qi)件，主要(yao)面向軍品(pin)級應用市場。 這樣的(de)FPGA失去了(le)反復可(ke)編(bian)程的(de)靈活性，但是(shi)大大提(ti)高(gao)(gao)了(le)系統的(de)穩定(ding)性。這種結構的(de)FPGA比(bi)較適(shi)合(he)應(ying)用(yong)在環境苛刻的(de)場合(he)，比(bi)如高(gao)(gao)振動，強電磁(ci)輻射等航空航天領域。同時(shi)，系統的(de)保(bao)密(mi)性也得到了(le)提(ti)高(gao)(gao)。 這(zhe)類(lei)FPGA因(yin)為上(shang)電(dian)(dian)后(hou)(hou)不需(xu)要(yao)從(cong)外部(bu)加載配置，所以上(shang)電(dian)(dian)后(hou)(hou)可(ke)以很快進入工作狀態，即 "瞬間(jian)上(shang)電(dian)(dian)"技術。這(zhe)個(ge)特性(xing)可(ke)以滿(man)足一些對(dui)上(shang)電(dian)(dian)時間(jian)要(yao)求苛刻的(de)系統。由于(yu)是固定(ding)邏輯，這(zhe)種器件(jian)的(de)功(gong)耗(hao)和體積(ji)也要(yao)低于(yu)SRAM結構的(de)FPGA。 3.基于Flash結構的FPGA Flash具備(bei)了反復擦寫和(he)掉電后內容非易失特性，因而基于(yu)Flash結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)FPGA同時具備(bei)了SRAM結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)靈(ling)活性和(he)反融絲結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)可靠性。這種技(ji)術是(shi)近幾年發展(zhan)起來的(de)(de)(de)新(xin)型FPGA實現(xian)工藝(yi)，目(mu)前(qian)實現(xian)的(de)(de)(de)成本還偏(pian)高，沒有得(de)到大規模的(de)(de)(de)應用。 系(xi)統安全的(de)(de)角度來(lai)看(kan)，基(ji)于Flash的(de)(de)FPGA具(ju)有更(geng)高的(de)(de)安全性，硬件出錯的(de)(de)幾率更(geng)小(xiao)，并能(neng)夠通過公共網絡(luo)實現安全性遠程升(sheng)級，經過現場處理即可實現產品的(de)(de)升(sheng)級換(huan)代。這種性能(neng)減少了現場解(jie)決問(wen)題(ti)所需(xu)的(de)(de)昂貴(gui)開銷。 在Flash器(qi)件中集成小型的NVM（Non Volatile Memory，非易失性存儲器(qi)）模(mo)塊可以在某些消費電子和汽車電子應用中實現(xian)(xian)授權技術。這種NVM可以存儲安全通(tong)信(xin)所需的密鑰，或者針對(dui)基于廣播(bo)的系統實現(xian)(xian)機頂盒設(she)備的串行化(hua)。 可重編程的(de)NVM在編程時需要(yao)一(yi)定的(de)電壓(ya)，因此SRAM用戶(hu)必(bi)須從外(wai)部(bu)提供這(zhe)種(zhong)電壓(ya)。基(ji)于Flash的(de)FPGA采用內部(bu)電荷泵進行編程，不需要(yao)集成(cheng)NVM模(mo)塊，而基(ji)于SRAM的(de)FPGA通(tong)常(chang)缺(que)乏(fa)這(zhe)種(zhong)功能(neng)。 Flash器件的(de)工作頻率可達(da)350MHz，利用(yong)率超過95%，而SRAM FPGA一般能夠(gou)達(da)到的(de)利用(yong)率僅為(wei)70～75%。Flash FPGA在加電(dian)時沒有像SRAM FPGA那樣大(da)的(de)瞬間(jian)高峰電(dian)流，并且(qie)SRAM FPGA通常具(ju)有較高的(de)靜(jing)態(tai)功耗和動(dong)態(tai)功耗。 例如，一(yi)塊40萬門的(de)(de)(de)基于Flash的(de)(de)(de)FPGA需要20mA的(de)(de)(de)靜態電(dian)流(liu)(liu)，然而同等規模的(de)(de)(de)基于SRAM的(de)(de)(de)FPGA所需的(de)(de)(de)電(dian)流(liu)(liu)達100mA。SRAM FPGA的(de)(de)(de)功耗問題往往迫使(shi)系統設(she)計者不得不增大(da)系統供電(dian)電(dian)流(liu)(liu)，并使(shi)得整個設(she)計變得更加(jia)復雜。 來源：華清遠見fpga培訓內部資料 熱點鏈接：
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