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三種常見(jiàn)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(yīng)用到FPGA芯片的設(shè)計(jì)生產(chǎn)的各個(gè)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(yīng)用場(chǎng)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(gè)FPGA廠家Xilinx和Altera的所有FPGA產(chǎn)品都是基于SRAM工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種工藝的優(yōu)點(diǎn)是可以用較低的成本來(lái)實(shí)現(xiàn)較高的密度和較高的性能；缺點(diǎn)是掉電后SRAM會(huì)失去所有配置，導(dǎo)致每次上電都需要重新加載。 重新加載需要外部的器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，不僅增加了整個(gè)系統(tǒng)的成本，而且引入了不穩(wěn)定的因素。加載的過(guò)程容易受到外界干擾而導(dǎo)致加載失敗，也容易受到"監(jiān)聽(tīng)"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(diǎn)，但是由于其實(shí)現(xiàn)成本低，還是得到了廣泛的應(yīng)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(zhǎng)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(lèi)似的FPGA器件，主要面向軍品級(jí)應(yīng)用市場(chǎng)。 這樣的FPGA失去了反復(fù)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(yīng)用在環(huán)境苛刻的場(chǎng)合，比如高振動(dòng)，強(qiáng)電磁輻射等航空航天領(lǐng)域。同時(shí)，系統(tǒng)的保密性也得到了提高。 這類(lèi)FPGA因?yàn)樯想姾蟛恍枰獜耐獠考虞d配置，所以上電后可以很快進(jìn)入工作狀態(tài)，即 "瞬間上電"技術(shù)。這個(gè)特性可以滿(mǎn)足一些對(duì)上電時(shí)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(fù)擦寫(xiě)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(shí)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(lái)的新型FPGA實(shí)現(xiàn)工藝，目前實(shí)現(xiàn)的成本還偏高，沒(méi)有得到大規(guī)模的應(yīng)用。 系統(tǒng)安全的角度來(lái)看，基于Flash的FPGA具有更高的安全性，硬件出錯(cuò)的幾率更小，并能夠通過(guò)公共網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)安全性遠(yuǎn)程升級(jí)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)處理即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的升級(jí)換代。這種性能減少了現(xiàn)場(chǎng)解決問(wèn)題所需的昂貴開(kāi)銷(xiāo)。 在Flash器件中集成小型的NVM（Non Volatile Memory，非易失性存儲(chǔ)器）模塊可以在某些消費(fèi)電子和汽車(chē)電子應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)授權(quán)技術(shù)。這種NVM可以存儲(chǔ)安全通信所需的密鑰，或者針對(duì)基于廣播的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)頂盒設(shè)備的串行化。 可重編程的NVM在編程時(shí)需要一定的電壓，因此SRAM用戶(hù)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(jìn)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(dá)350MHz，利用率超過(guò)95%，而SRAM FPGA一般能夠達(dá)到的利用率僅為70～75%。Flash FPGA在加電時(shí)沒(méi)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(dòng)態(tài)功耗。 例如，一塊40萬(wàn)門(mén)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(dá)100mA。SRAM FPGA的功耗問(wèn)題往往迫使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者不得不增大系統(tǒng)供電電流，并使得整個(gè)設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜。 來(lái)源：華清遠(yuǎn)見(jiàn)fpga培訓(xùn)內(nèi)部資料 熱點(diǎn)鏈接：
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