深入芯片核心：剖析SmartFusion2 SoC FPGA的藝術(shù) - 全文

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)核心提示：美高森美（Microsemi）公司的產(chǎn)品以低功率、安全性、可靠性為主要特色，為高價(jià)值市場(chǎng)提供半導(dǎo)體解決方案。近期又推出了新一代SmartFusion2 SoC FPGA，詳見(jiàn)【Microsemi推出新一代SmartFusion2 SoC FPGA產(chǎn)品? ?】。新一代SmartFusion2 SoC FPGA與其他FPGA廠商注重工藝、門數(shù)和封裝均有所不同，Microsemi公司SoC產(chǎn)品部門副總裁兼總經(jīng)理Esam Elashmawi和美高森美中國(guó)區(qū)銷售經(jīng)理夏明威主要就SmartFusion2是什么、SmartFusion2能做什么以及SmartFusion2為什么安全、可靠、低功耗等 幾方面介紹了此新產(chǎn)品。

　　圖 SmartFusion2 SoC FPGA

　　Microsemi公司SoC產(chǎn)品部門副總裁兼總經(jīng)理Esam Elashmawi

　　SmartFusion2是什么？

　　它首先是一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的FPGA，在這個(gè)芯片上集成了具有可靠性的快閃FPGA架構(gòu)、一個(gè)166MHz ARM Cortex-M3處理器、安全處理加速器、DSP模塊、SRAM、eNVM和高性能通訊接口。

　　圖 SmartFusion2 SoC FPGA架構(gòu)圖

　　SmartFusion2能做什么？

　　Esam Elashmawi表示，SmartFusion2 SoC FPGA設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于工業(yè)、國(guó)防、航空、通訊和醫(yī)療行業(yè)具有挑戰(zhàn)性的安全關(guān)鍵性應(yīng)用。具體包括工業(yè)應(yīng)用中的緊急關(guān)閉系統(tǒng)、燃燒和氣體系統(tǒng)、渦輪控制、鐵路應(yīng)用中的信號(hào)系統(tǒng)、軍用和商用飛機(jī)中的控制系統(tǒng)、醫(yī)療器材軟件管理比如胰島素泵等。據(jù)Esam Elashmawi介紹，一架空客A380上千個(gè)Microsemi的FPGA?？傊彩切枰踩?、高可靠性和低功耗FPGA的應(yīng)用，都可以考慮SmartFusion2。

　　SmartFusion2為什么安全、可靠、低功耗？

　　安全性：分為設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)安全性。SmartFusion2繼續(xù)采用flash結(jié)構(gòu)（與其他幾家FPGA采用SRAM架構(gòu)不同），因其具有非易失性，易于保護(hù)機(jī)密和高價(jià)值的設(shè)計(jì)，能夠防止篡改、克隆、過(guò)度建造、反向工程和偽造。

　　多個(gè)內(nèi)置的加密處理加速器（硬件加速可靠而且快速）包括先進(jìn)加密標(biāo)準(zhǔn)AES-256進(jìn)行位流加密、安全散列算法SHA-256位流認(rèn)證安全編程、384位橢圓曲線密碼引擎、以及不確定性隨機(jī)位發(fā)生器。

　　安全密鑰保護(hù)：采用Cryptographic Research Incorporated（CRI）技術(shù)提供差分功率分析（DPA）防御技術(shù)、以加密形式存儲(chǔ)的非易失性密鑰、不確定性隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器生成的密鑰、“固有識(shí)別碼”的物理不可克隆功能用于密鑰保護(hù)。這樣既可以防止設(shè)計(jì)被盜也可以防止數(shù)據(jù)丟失。

　　可靠性：SmartFusion2具備高可靠性和單事件翻轉(zhuǎn)（single event upset，SEU（SEU可引起二進(jìn)位代碼狀態(tài)改變并損壞數(shù)據(jù)，導(dǎo)致硬件故障））免疫能力，達(dá)到零故障率，這是工業(yè)和軍工類甚至是消費(fèi)類電子都迫切需要的。Flash結(jié)構(gòu)比起SRAM結(jié)構(gòu)還具有一大優(yōu)勢(shì)，在受到輻射的時(shí)候，F(xiàn)lash不會(huì)受到干擾，保證不會(huì)發(fā)生故障。

　　低功耗：SmartFusion2在保證處理器不犧牲性能同時(shí)采用Flash*Freeze待機(jī)模式，這與MCU中常采用的睡眠模式相似，通過(guò)簡(jiǎn)單的命令即可以啟動(dòng)此模式，而且進(jìn)入和退出的時(shí)間均為100μs，只需要1/20的功耗。在進(jìn)入Flash*Freeze模式后，可以保持所有寄存器和SRAM狀態(tài)，可以設(shè)置I/O狀態(tài)，可以使用低頻率時(shí)鐘運(yùn)行MSS以及與MSS外設(shè)相關(guān)的I/O。

　　SmartFusion2匯集了業(yè)內(nèi)眾多領(lǐng)導(dǎo)廠商組成了完整的生態(tài)系統(tǒng)，包括ARM社群、EDA工具提供商（如Synopsys、Libero等）、RTOS供應(yīng)商（Micrium、FreeRTOS等）和編譯/調(diào)試軟件（GNU、IAR和Keil）。完整的生態(tài)系統(tǒng)可以為工程師減輕開(kāi)發(fā)難度，從而更有精力增添產(chǎn)品的附加價(jià)值。

　　采用65nm制程的SmartFusion2 SoC FPGA，要將安全性發(fā)揮到極致，將應(yīng)用拓展至所有需要FPGA的主流應(yīng)用，用Esam Elashmawi的話來(lái)說(shuō)“安全性、可靠性不只軍工行業(yè)需要”。

　　美高森美中國(guó)區(qū)銷售經(jīng)理夏明威

　　說(shuō)起Microsemi注重安全性的原因時(shí)，美高森美中國(guó)區(qū)銷售經(jīng)理夏明威先生表示，每個(gè)公司關(guān)注的焦點(diǎn)不同，其實(shí)都是在尋求一種差異化。安全和可靠，就是美高森美的特色。