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1、周立功单片机Actel FPGA培训 (内部资料)测控事业部 刘银华周立功单片机专注的力量成就梦想http:/主要内容lActel介绍 公司简介 Actel主要的Flash FPGA lFlash FPGA与SRAM FPGA对比 逻辑单元 固件错误 开关结构 安全性 资源利用率 功耗 Actel FPGA与Lattice的较量 lProASCI3介绍 逻辑单元 I/O结构 功耗 RAM/ROM 全局网络 安全性周立功单片机专注的力量成就梦想http:/主要内容lActel介绍 公司简介 Actel主要的Flash FPGA lFlash FPGA与SRAM FPGA对比 逻辑单元 固件错误
2、开关结构 安全性 资源利用率 功耗 Actel FPGA与Lattice的较量 lProASCI3介绍 逻辑单元 I/O结构 功耗 RAM/ROM 全局网络 安全性周立功单片机专注的力量成就梦想http:/ACTEL公司介绍ActelActel成立于成立于19851985年，年，位于位于美国纽约，上市于纳斯达美国纽约，上市于纳斯达克交易所，代号克交易所，代号:ACTL:ACTL。全球约有雇员全球约有雇员500500人，香人，香港、东京和汉城设有办事港、东京和汉城设有办事处，并在亚洲的主要城市处，并在亚洲的主要城市建立了完善的分销商网络建立了完善的分销商网络 纽约纽约周立功单片机专注的力量成就梦
3、想http:/ Actel Flash FPGA系列ACTELACTELProASICProASIC系列系列ProASIC3ProASIC3系列系列FusionFusion系列系列IGLOOIGLOO系列系列最早的Flash FPGA，具有Flash的 特征，一定的加密功能最安全可靠的FPGA业界唯一具有模拟功能的FPGA超低功耗Flash FPGA静态功耗最低5uW周立功单片机专注的力量成就梦想http:/SRAM FPGA与Flash FPGA对比代表公司代表公司LatticeLattice 特点特点 1. 1.粗颗粒架构粗颗粒架构 2. 2.基于基于LUTLUT和和DFFDFF 的最小物
4、理单元的最小物理单元 3.SRAM+Flash3.SRAM+Flash结构结构 优点优点 1. 1.无需配置芯片无需配置芯片 2. 2.速度快速度快 3. 3.一定的安全性一定的安全性代表公司代表公司ActelActel 特点特点 1. 1.精细颗粒架构精细颗粒架构 2. 2.基于独立组合基于独立组合 逻辑和触发器逻辑和触发器 3.Flash3.Flash结构结构 优点优点 1. 1.上电即可运行上电即可运行 2. 2.高可靠性高可靠性 3. 3.高安全性高安全性代表公司代表公司 AlteraAltera 、XilinxXilinx 特点特点 1. 1.粗颗粒粗颗粒架构架构 2. 2.基于基于
5、LUTLUT和和DFFDFF 的最小物理单元的最小物理单元 3.SRAM3.SRAM结构结构 优点优点 1. 1.速度快速度快 缺点缺点 1. 1.需要配置芯片需要配置芯片FlashSRAM Flash和SRAM周立功单片机专注的力量成就梦想http:/ 逻辑单元对比Xilinx SliceAltera LEActel TileLattice PFU周立功单片机专注的力量成就梦想http:/高能中子固件错误对比进来的中子在布线结构 中引起固件错误，导致或信号的错 误连接信号的丢 失N+N+高能中子衬底或进来的中子在逻辑单元 中引起固件错误，导致信号的错 误连接逻辑功能 错误周立功单片机专注的力
6、量成就梦想http:/开关结构对比n Flash开关好处l 面积小，更多的开关用于布线 l 低功耗与SRAM工艺相比具有更小阻抗和容性负载l 可重复编程且非易失性周立功单片机专注的力量成就梦想http:/拷贝启动PROM数据或拦截配置码流进行复制重建原理图或网表，了解设计运作并改进无道德合同制造商自行购芯片额外生产重新编写FPGA程序，使系统不能运行安全性克隆过建反向工程拒绝服务Altera/XilinxLatticeActel周立功单片机专注的力量成就梦想http:/资源利用率LUT-4逻 辑D-FFLE X1 X2 LUT-4逻 辑D-FFLEYLUT-3TileX1X2D-FFTileY
7、100%50%周立功单片机专注的力量成就梦想http:/ 功耗系统电压配置SRAM FPGAS静态上电启动电流SRAM FPGAsSRAM FPGAsActel FPGAs时间/ms电流/mA1001000500100系统时钟稳定周立功单片机专注的力量成就梦想http:/Control LogicControl LogicFLSH 结构逻辑单元FlashFlashControl LogicSRAM 逻辑单元Actel与Lattice较量周立功单片机专注的力量成就梦想http:/可以防止前 述的四种攻 击，还是业 界唯一具有 加密功能的 FPGA大约需要 1ms左右的 配置时间， 需要一定的 启
8、动电流由于还是 SRAM结构 的FPGA， 不可避免的 存在前述的 固件错误除了可以防 止数据流被 截取,其他 的三种威胁 依然存在每一个逻辑 单元都是基 于Flash结 构，真正的 非易失性无需配置过 程，上电即 可运行，很 小的启动电 流基于Flash 单元结构的 FPGA有很 好的固件错 误免疫功能本质还是 SRAM结构 的FPGA,只 不过把配置 芯片嵌入到 芯片内部Actel与Lattice较量SRAM结构Flash结构上电即可运行固件错误免疫安全性高上电需要配置易固件错误安全性低周立功单片机专注的力量成就梦想http:/主要内容lActel介绍 公司简介 Actel主要的Flash
9、 FPGA lFlash FPGA与SRAM FPGA对比 逻辑单元 固件错误 开关结构 安全性 资源利用率 功耗 Actel FPGA与Lattice的较量 lProASCI3介绍 逻辑单元 I/O结构 全局网络 RAM/ROM 功耗 安全性周立功单片机全局网络功耗I/O结构逻辑单元结构安全性RAM/ROM周立功单片机专注的力量成就梦想http:/OverView1130nm,7金属层Flash工艺CMOS技术的FPGA单电源基于AES技术和FlashLock技术ISP解决方案快速、单芯片、上电即行、固件错误免疫片内1Kbit的FLASH ROM，最多504KbitRAM系统门从3万门到30
10、0万门最多616个IO、6个PLL、17种IO电平标准等业界最好的ISP解决方案3唯一具有ASIC特征的FPGA2相对丰富的资源4周立功单片机专注的力量成就梦想http:/CCCCCCCCCCCCCCCCCCRAMRAMISP AES 解密Flash ROM电荷汞RAMRAMRAMRAMRAMRAMI/O Bank0I/O Bank2I/O Bank3I/O Bank3I/O Bank1I/O Bank1芯片内部结构周立功单片机专注的力量成就梦想http:/1、最小逻辑单元接近 ASIC的精细颗粒的逻 辑结构VersaTile2、每个Tile可以是输入 的组合逻辑、锁存器和 带使能端的D触发器
11、3、设计中无论是组合 逻辑还是时序逻辑都 可以充分利用 VersaTiles，资源利用 率在不影响性能的前 提下可以接近100%CCCCCCCCCCCCCCCCCCRAMRAMISP AES 解密Flash ROM电荷汞RAMRAMRAMRAMRAMRAMI/O Bank0I/O Bank2I/O Bank3I/O Bank3I/O Bank1I/O Bank1DFFYLUT-3DFFY逻辑单元结构或周立功单片机专注的力量成就梦想http:/CCCCCCCCCCCCCCCCCCRAMRAMISP AES 解密Flash ROM电荷汞RAMRAMRAMRAMRAMRAMI/O Bank0I/O
12、Bank2I/O Bank3I/O Bank3I/O Bank1I/O Bank1最多有616个单端或300个差分端口I/O 单端I/O最快频率可达350MHz，差分可达700MHz最多有8个I/OBanks 每个Banks可以独立设置I/O电压I/O Blocks支持多种输入 单端输入输出、双向、DDR寄存器输入输出大部分I/O支持热插拔 具有可调信号输出斜率和驱动能力最多支持19种I/O标准 其中有两种差分LVDS、LVPECLI/O特点周立功单片机专注的力量成就梦想http:/CCCCCCCCCCCCCCCCCC6条全局时钟网络12条象限时钟网络( 每个象限3个)每个Tile可以访问9个
13、 全局时钟网络(6个全 局网络时钟和3个象 限网络时钟)除了全局的时钟网络 以外，内部还具有分 段式的布线结构，使 得FPGA内部可以高 达252个时钟9时钟资源周立功单片机专注的力量成就梦想http:/RAMRAMFlash ROMRAMRAMRAMRAMRAMRAMROM和RAM18Kbits到504Kbits 真正双端 口RAM1Kbits FlashROM 供用户使用 ，可以存放 一些 序列 号、版本号 等周立功单片机专注的力量成就梦想http:/电荷汞单电压解决周立功单片机专注的力量成就梦想http:/3.静态功耗 4.动态功耗1.启动功耗 2.配置功耗 3.静态功耗 4.动态功耗1
14、. 无 2 .无时间/ms系统电压系统时钟稳定配置SRAM FPGAS 静态电流/mA上电启动电流SRAM FPGAsSRAM FPGAslash FPGAs1001000500100PKSRAM FPGAFlash FPGA功耗周立功单片机专注的力量成就梦想http:/01002003004005006007008009001000PA3 Cyclone2 Max2 Spartan3 XP Eclipse2l设计l设计l设计 3l设计/mW动态功耗测试结果n选用容量匹配的FPGA，100MHz时钟，典型工作条件n从所有的测试平均结果来看，ProASIC3的动态功耗是竞争对手的1/3周立功单片
15、机专注的力量成就梦想http:/ 安全性ISP AES 解密周立功单片机专注的力量成就梦想http:/过建答案在后文中。 Actel FPGA采用的 AES加密技术对配 置文件进行加密， 经过加密的配置文 件，即使交给制造 商或通过任何途径 进行升级都不会有 威胁。拒绝服务答案在后文中。 Actel FPGA采用的 FlashLock技术对芯 片进行了物理级的 加密，如果没有正 确的密钥是无法对 芯片 操作的。反向工程已经有了答案。 由于独特的Flash结 构以及130nm 7层金 属层的工艺，即使 去掉金属层也无法 获得内部结构，因 为破坏金属层的同 时也破坏了晶体管 的结构克隆已经有了答案。 Flash架构的FPGA不 需要配置芯片，掉 电数据不会丢失， 所以不存在外部数
