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三種常見的FPGA結(jié)構(gòu) |
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隨著FPGA的生產(chǎn)工藝不斷提高，各種新技術(shù)被廣泛應用到FPGA芯片的設(shè)計生產(chǎn)的各個環(huán)境。其中，生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)決定了FPGA芯片的特性和應用場合。 如圖1.1所示是FPGA的主要幾種生產(chǎn)工藝及典型產(chǎn)品。
1.基于SRAM結(jié)構(gòu)的FPGA 目前大的兩個FPGA廠家Xilinx和Altera的所有FPGA產(chǎn)品都是基于SRAM工藝來實現(xiàn)的。這種工藝的優(yōu)點是可以用較低的成本來實現(xiàn)較高的密度和較高的性能；缺點是掉電后SRAM會失去所有配置，導致每次上電都需要重新加載。 重新加載需要外部的器件來實現(xiàn)，不僅增加了整個系統(tǒng)的成本，而且引入了不穩(wěn)定的因素。加載的過程容易受到外界干擾而導致加載失敗，也容易受到"監(jiān)聽"而破解加載文件的比特流。 雖然基于SRAM結(jié)構(gòu)的FPGA存在這些缺點，但是由于其實現(xiàn)成本低，還是得到了廣泛的應用，特別是民用產(chǎn)品方面。 2. 基于反融絲結(jié)構(gòu)的FPGA Actel公司擅長出品反融絲結(jié)構(gòu)的FPGA。這種結(jié)構(gòu)的FPGA只能編程一次，編程后和ASIC一樣成為了固定邏輯器件。Quick Logic公司也有類似的FPGA器件，主要面向軍品級應用市場。 這樣的FPGA失去了反復可編程的靈活性，但是大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這種結(jié)構(gòu)的FPGA比較適合應用在環(huán)境苛刻的場合，比如高振動，強電磁輻射等航空航天領(lǐng)域。同時，系統(tǒng)的保密性也得到了提高。 這類FPGA因為上電后不需要從外部加載配置，所以上電后可以很快進入工作狀態(tài)，即 "瞬間上電"技術(shù)。這個特性可以滿足一些對上電時間要求苛刻的系統(tǒng)。由于是固定邏輯，這種器件的功耗和體積也要低于SRAM結(jié)構(gòu)的FPGA。 3.基于Flash結(jié)構(gòu)的FPGA Flash具備了反復擦寫和掉電后內(nèi)容非易失特性，因而基于Flash結(jié)構(gòu)的FPGA同時具備了SRAM結(jié)構(gòu)的靈活性和反融絲結(jié)構(gòu)的可靠性。這種技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的新型FPGA實現(xiàn)工藝，目前實現(xiàn)的成本還偏高，沒有得到大規(guī)模的應用。 系統(tǒng)安全的角度來看，基于Flash的FPGA具有更高的安全性，硬件出錯的幾率更小，并能夠通過公共網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)安全性遠程升級，經(jīng)過現(xiàn)場處理即可實現(xiàn)產(chǎn)品的升級換代。這種性能減少了現(xiàn)場解決問題所需的昂貴開銷。 在Flash器件中集成小型的NVM（Non Volatile Memory，非易失性存儲器）模塊可以在某些消費電子和汽車電子應用中實現(xiàn)授權(quán)技術(shù)。這種NVM可以存儲安全通信所需的密鑰，或者針對基于廣播的系統(tǒng)實現(xiàn)機頂盒設(shè)備的串行化。 可重編程的NVM在編程時需要一定的電壓，因此SRAM用戶必須從外部提供這種電壓。基于Flash的FPGA采用內(nèi)部電荷泵進行編程，不需要集成NVM模塊，而基于SRAM的FPGA通常缺乏這種功能。 Flash器件的工作頻率可達350MHz，利用率超過95%，而SRAM FPGA一般能夠達到的利用率僅為70～75%。Flash FPGA在加電時沒有像SRAM FPGA那樣大的瞬間高峰電流，并且SRAM FPGA通常具有較高的靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗。 例如，一塊40萬門的基于Flash的FPGA需要20mA的靜態(tài)電流，然而同等規(guī)模的基于SRAM的FPGA所需的電流達100mA。SRAM FPGA的功耗問題往往迫使系統(tǒng)設(shè)計者不得不增大系統(tǒng)供電電流，并使得整個設(shè)計變得更加復雜。 來源：華清遠見fpga培訓內(nèi)部資料 熱點鏈接：
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