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FPGA的工藝結構 |
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本文關鍵字：fpga生產工藝，fpga工藝結構，fpga典型產品，fpga應用場合， fpga培訓，FPGA應用開發入門與典型實例 隨著FPGA的(de)生產工(gong)藝不斷提高，各(ge)種新技術被廣泛應用(yong)到FPGA芯片的(de)設計生產的(de)各(ge)個環(huan)境。其中，生產工(gong)藝結構決定了FPGA芯片的(de)特(te)性(xing)和應用(yong)場(chang)合(he)。 如圖1所示(shi)是FPGA的主要(yao)幾種生產工(gong)藝及(ji)典型(xing)產品。
1 基于SRAM結構的FPGA 目前大的兩個(ge)FPGA廠家(jia)Xilinx和Altera的所(suo)(suo)有(you)FPGA產品都是基(ji)于SRAM工(gong)藝來實(shi)現的。這種工(gong)藝的優點(dian)是可(ke)以用(yong)較低的成本來實(shi)現較高的密(mi)度和較高的性(xing)能；缺點(dian)是掉電(dian)后SRAM會失去所(suo)(suo)有(you)配(pei)置，導致每(mei)次上電(dian)都需要重新加載(zai)。 重(zhong)新(xin)加(jia)載(zai)需要外(wai)部的器件來實(shi)現，不(bu)僅增加(jia)了整個系統的成(cheng)本，而(er)(er)且引入了不(bu)穩定(ding)的因(yin)素。加(jia)載(zai)的過程容易受到(dao)外(wai)界(jie)干擾而(er)(er)導致加(jia)載(zai)失敗，也(ye)容易受到(dao)“監聽”而(er)(er)破解加(jia)載(zai)文(wen)件的比特流。 雖然基于(yu)SRAM結構的FPGA存在這些缺點，但(dan)是由于(yu)其實(shi)現成本低，還(huan)是得到了廣泛的應用，特別(bie)是民用產品(pin)方面。 2 基于反融絲結構的FPGA Actel公司(si)擅長出(chu)品(pin)反融(rong)絲結(jie)構的(de)FPGA。這種(zhong)結(jie)構的(de)FPGA只能編(bian)程一次(ci)，編(bian)程后和ASIC一樣成(cheng)為了固定邏輯器件(jian)(jian)。Quick Logic公司(si)也有類似(si)的(de)FPGA器件(jian)(jian)，主要面向軍品(pin)級應(ying)用市場。 這樣的(de)(de)FPGA失去(qu)了反復可編(bian)程的(de)(de)靈活性(xing)，但是(shi)大大提高(gao)了系(xi)統的(de)(de)穩定(ding)性(xing)。這種結構的(de)(de)FPGA比較適合應用在(zai)環(huan)境苛刻的(de)(de)場合，比如高(gao)振動，強(qiang)電磁(ci)輻射等(deng)航空(kong)航天領域。同時，系(xi)統的(de)(de)保密性(xing)也得(de)到(dao)了提高(gao)。 這類FPGA因為上(shang)(shang)(shang)電后不需要(yao)從外部加載配置，所(suo)以上(shang)(shang)(shang)電后可(ke)以很快進(jin)入(ru)工作狀態，即 “瞬間上(shang)(shang)(shang)電”技術。這個特性(xing)可(ke)以滿(man)足一(yi)些對上(shang)(shang)(shang)電時間要(yao)求苛刻(ke)的系統。由于是固定(ding)邏輯(ji)，這種器件的功耗和體積也要(yao)低(di)于SRAM結(jie)構的FPGA。 3 基于Flash結構的FPGA Flash具備(bei)了(le)反(fan)復(fu)擦寫和掉電后內(nei)容非易失特(te)性(xing)(xing)，因而基于Flash結(jie)構(gou)的(de)(de)FPGA同時具備(bei)了(le)SRAM結(jie)構(gou)的(de)(de)靈(ling)活(huo)性(xing)(xing)和反(fan)融絲(si)結(jie)構(gou)的(de)(de)可靠性(xing)(xing)。這種技術是近幾年發展(zhan)起來的(de)(de)新型FPGA實(shi)現工藝，目前實(shi)現的(de)(de)成本(ben)還偏高(gao)，沒有得到大規(gui)模的(de)(de)應用(yong)。 系(xi)統(tong)安(an)全的(de)角度來看(kan)，基于Flash的(de)FPGA具有(you)更高的(de)安(an)全性，硬件出錯(cuo)的(de)幾(ji)率更小(xiao)，并(bing)能夠通過公共網(wang)絡實(shi)現(xian)安(an)全性遠(yuan)程(cheng)升級，經過現(xian)場處理即(ji)可實(shi)現(xian)產品的(de)升級換代(dai)。這種性能減少(shao)了現(xian)場解決問題所(suo)需的(de)昂貴(gui)開銷。 在Flash器件中集成(cheng)小(xiao)型的(de)(de)NVM（Non Volatile Memory，非易失性存儲器）模塊可以在某些消費(fei)電(dian)子和汽車電(dian)子應用中實(shi)現授權技術。這(zhe)種NVM可以存儲安全通信(xin)所需的(de)(de)密鑰，或者(zhe)針對基于廣播(bo)的(de)(de)系統實(shi)現機頂(ding)盒設備的(de)(de)串行化(hua)。 可(ke)重(zhong)編(bian)程(cheng)的(de)(de)NVM在(zai)編(bian)程(cheng)時需(xu)要一定的(de)(de)電壓(ya)，因此SRAM用(yong)戶必(bi)須從外部提供這種(zhong)電壓(ya)。基于(yu)(yu)Flash的(de)(de)FPGA采用(yong)內部電荷泵進行編(bian)程(cheng)，不需(xu)要集成NVM模塊，而基于(yu)(yu)SRAM的(de)(de)FPGA通(tong)常缺乏(fa)這種(zhong)功能。 Flash器件的工作頻(pin)率可達350MHz，利用率超過95%，而SRAM FPGA一(yi)般能夠達到的利用率僅為(wei)70～75%。Flash FPGA在(zai)加(jia)電(dian)時沒有(you)像SRAM FPGA那樣大的瞬間高峰電(dian)流，并(bing)且(qie)SRAM FPGA通常(chang)具有(you)較高的靜(jing)態功耗(hao)和動態功耗(hao)。 例如，一塊40萬門(men)的(de)基(ji)于Flash的(de)FPGA需要20mA的(de)靜態電(dian)(dian)(dian)流(liu)，然(ran)而同等規模的(de)基(ji)于SRAM的(de)FPGA所需的(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)達100mA。SRAM FPGA的(de)功耗問題往往迫使(shi)系(xi)統設計(ji)者不得(de)不增大系(xi)統供電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流(liu)，并使(shi)得(de)整個設計(ji)變得(de)更加復雜。 本文選自華清遠見FPGA培訓教材《FPGA應用開發入門與典型實例》 熱點鏈接(jie)：
1、FPGA的典型應用領域 |
