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1、版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007Actel Flash FPGAActel Flash FPGAzlgmcu北京立功致远科技有限公司北京立功致远科技有限公司 耿天祥耿天祥版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识目录目录目目录录FPGA相关知识相关知识FPGA与相关技术与相关技术基于基于FPGA的设计的设计FPGA的应用领域的应用领域FPGA厂商介绍厂商介绍Actel版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPG
2、A的基础知识的基础知识FPGA发展历史发展历史194519501955196019651970197519801985199020192000晶体管晶体管通用集成电路通用集成电路SRAM&DRAM微处理器微处理器SPLDCPLDASICFPGAFPGAFPGA即现场可编程门阵列，是一种可以编程的数字集即现场可编程门阵列，是一种可以编程的数字集即现场可编程门阵列，是一种可以编程的数字集即现场可编程门阵列，是一种可以编程的数字集成电路成电路成电路成电路ICIC，它起源于，它起源于，它起源于，它起源于2020世纪世纪世纪世纪8080年代。年代。年代。年代。版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公
3、司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识FPGA发展历史发展历史随着随着随着随着EDAEDA技术的发展，电子技术已从原来简单的晶体管技术的发展，电子技术已从原来简单的晶体管技术的发展，电子技术已从原来简单的晶体管技术的发展，电子技术已从原来简单的晶体管技术发展到现在拥有上百万门的技术发展到现在拥有上百万门的技术发展到现在拥有上百万门的技术发展到现在拥有上百万门的FPGAFPGA技术。技术。技术。技术。版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识可编程逻辑器件可编程逻辑器件第一个可编程的第
4、一个可编程的第一个可编程的第一个可编程的ICIC是在是在是在是在2020世纪世纪世纪世纪7070年代以年代以年代以年代以PROMPROM的形式出的形式出的形式出的形式出现的，通常被称为可编程逻辑器件现的，通常被称为可编程逻辑器件现的，通常被称为可编程逻辑器件现的，通常被称为可编程逻辑器件PLDPLD。FPGAFPGA也是也是也是也是PLDPLD的一的一的一的一种，它通过互连线将内部的各个模块进行连接，完成所需要的种，它通过互连线将内部的各个模块进行连接，完成所需要的种，它通过互连线将内部的各个模块进行连接，完成所需要的种，它通过互连线将内部的各个模块进行连接，完成所需要的功能。功能。功能。功能
5、。PLDPLD熔丝链熔丝链技术技术反熔丝反熔丝技术技术PROMPROM技术技术EPROMEPROM技技术术E E2 2PROMPROM技术技术SRAMSRAM技术技术FlashFlash技术技术按照工艺来分按照工艺来分版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识可编程逻辑器件可编程逻辑器件反熔丝在施加电压之前是断开的，当施加电压后形成导反熔丝在施加电压之前是断开的，当施加电压后形成导体。反熔丝器件的缺点是：不可重复编程，而且需要特定的体。反熔丝器件的缺点是：不可重复编程，而且需要特定的编程器来对其编程；其芯片使用特定的封
6、装，还需要与其配编程器来对其编程；其芯片使用特定的封装，还需要与其配套的插座才能编程并且编程需要很高的电压。套的插座才能编程并且编程需要很高的电压。反熔丝技术反熔丝技术版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识可编程逻辑器件可编程逻辑器件E E2 2PROMPROM技术技术E2PROM即电可擦除可编程即电可擦除可编程ROM，该晶体管类似于，该晶体管类似于MOS管的结构，与之不同的是它增加了一个称为浮栅的多晶硅，并管的结构，与之不同的是它增加了一个称为浮栅的多晶硅，并在浮栅上增加了一个隧道二极管，用于电擦除存储单元。在浮
7、栅上增加了一个隧道二极管，用于电擦除存储单元。二氧化硅二氧化硅硅衬底硅衬底版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识可编程逻辑器件可编程逻辑器件SRAMSRAM技术技术现在的现在的FPGA大多采用大多采用SRAM技术，由技术，由46个个MOS管组管组成一个成一个SRAM结构的开关，它主要缺点是掉电的时候数据会结构的开关，它主要缺点是掉电的时候数据会丢失，外部需要一个价格昂贵的配置芯片，配置一般需要几丢失，外部需要一个价格昂贵的配置芯片，配置一般需要几百毫秒的时间。百毫秒的时间。版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限
8、公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识可编程逻辑器件可编程逻辑器件FlashFlash技术技术Flash技技术术是是E2PROM技技术术的的一一种种特特殊殊形形式式，也也是是由由浮浮栅栅型型场场效效应应管管构构成成的的。它它与与SRAM相相比比主主要要优优点点是是：掉掉电电后后数数据据不不会会丢丢失失，不不需需要要昂昂贵贵的的配配置置芯芯片片，并并且且单单个个开开关关晶晶体体管管数目比数目比SRAM少少4个，这大大减少了布线的面积，降低了功耗。个，这大大减少了布线的面积，降低了功耗。版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司
9、20072007 PROM PROM PLA PLA PAL PAL GAL GAL 其它其它 SPLDSPLD CPLDCPLD FPGAFPGAFPGA的基础知识的基础知识可编程逻辑器件可编程逻辑器件可编程逻辑器件按规模划分为低密度可编程逻辑器件和可编程逻辑器件按规模划分为低密度可编程逻辑器件和高密度可编程逻辑器件。高密度可编程逻辑器件。PLDPLD版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识可编程逻辑器件可编程逻辑器件它的主要组成部分有：输入它的主要组成部分有：输入/输出控制单元、宏单元输出控制单元、宏单元和互连矩
10、阵。宏单元的基本结构与简单的和互连矩阵。宏单元的基本结构与简单的PLD相同，用相同，用来实现基本的逻辑功能。来实现基本的逻辑功能。 CPLDp集成度低，内部最大只有集成度低，内部最大只有512个宏单元；个宏单元；p触发器资源较少，难以实现触发器资源较少，难以实现复杂的时序逻辑设计；复杂的时序逻辑设计；p功耗很大，成本高。功耗很大，成本高。缺点：缺点：版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识可编程逻辑器件可编程逻辑器件 是可编程逻辑阵列，内部资源从几万门到几百万门。是可编程逻辑阵列，内部资源从几万门到几百万门。无论是组
11、合逻辑资源还是时序逻辑资源都相当的丰富，无论是组合逻辑资源还是时序逻辑资源都相当的丰富，所以利用所以利用FPGA我们可以设计更为复杂的系统。我们可以设计更为复杂的系统。 FPGA特点：特点：p集成度高，内部资源庞大；集成度高，内部资源庞大；p设计周期短，灵活性强；设计周期短，灵活性强；p速度快，功耗低。速度快，功耗低。版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识FPGA结构结构FPGAFPGA器件的结构非常类似于门阵器件的结构非常类似于门阵器件的结构非常类似于门阵器件的结构非常类似于门阵ASICASIC（专用集成电路），
12、（专用集成电路），（专用集成电路），（专用集成电路），但是但是但是但是FPGAFPGA芯片没有任何定制的掩膜层，它属于半定制电路。芯片没有任何定制的掩膜层，它属于半定制电路。芯片没有任何定制的掩膜层，它属于半定制电路。芯片没有任何定制的掩膜层，它属于半定制电路。可编程逻辑块可编程逻辑块CLB基基本本的的可可编编程程逻逻辑辑块块有有两两种种，分分别别为为基基于于多多路路选选择择器器的的，另另一一种种是是基基于于查查找找表表 的的 。 不不 过过 对对 于于Actel的的FlashFPGA来来说说，它它的的最最小小编编程单元成为程单元成为Tile。 版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广
13、州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识FPGA结构结构可编程可编程I/O块块可可编编程程的的输输入入/输输出出模模块块IOB为为芯芯片片外外部部封封装装管管脚脚和和内内部部逻逻辑辑提提供供连连接接接接口口。每每个个IOB可可控控制制一一个个封封装装管管脚脚，可可配配置置成成输输入入、输输出出和和双向口。双向口。FPGAFPGA器件的结构非常类似于门阵器件的结构非常类似于门阵器件的结构非常类似于门阵器件的结构非常类似于门阵ASICASIC（专用集成电路），（专用集成电路），（专用集成电路），（专用集成电路），但是但是但是但是FPGAFPGA芯片没有任何定制的掩膜层
14、，它属于半定制电路。芯片没有任何定制的掩膜层，它属于半定制电路。芯片没有任何定制的掩膜层，它属于半定制电路。芯片没有任何定制的掩膜层，它属于半定制电路。版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识FPGA结构结构FPGAFPGA器件的结构非常类似于门阵器件的结构非常类似于门阵器件的结构非常类似于门阵器件的结构非常类似于门阵ASICASIC（专用集成电路），（专用集成电路），（专用集成电路），（专用集成电路），但是但是但是但是FPGAFPGA芯片没有任何定制的掩膜层，它属于半定制电路。芯片没有任何定制的掩膜层，它属于半定制
15、电路。芯片没有任何定制的掩膜层，它属于半定制电路。芯片没有任何定制的掩膜层，它属于半定制电路。可编程互联资源可编程互联资源通通过过可可编编程程互互联联资资源源 可可 以以 将将 CLB与与CLB，CLB和和I/O相相互互连连接接起起来来，通通常常有有三三类类连连线线资资源源，即即局局部部连连线线、长长线线资源和全局网络。资源和全局网络。版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识FPGA结构结构随着随着随着随着FPGAFPGA技术的发展，各个厂商所提供的资源也越来越技术的发展，各个厂商所提供的资源也越来越技术的发展，各个
16、厂商所提供的资源也越来越技术的发展，各个厂商所提供的资源也越来越丰富，比如说信号处理器丰富，比如说信号处理器丰富，比如说信号处理器丰富，比如说信号处理器DSPDSP、锁相环、锁相环、锁相环、锁相环PLLPLL等。除了以上介绍等。除了以上介绍等。除了以上介绍等。除了以上介绍的的的的FPGAFPGA基本结构之外，基本结构之外，基本结构之外，基本结构之外，FPGAFPGA中还提供了各种可用的嵌入式中还提供了各种可用的嵌入式中还提供了各种可用的嵌入式中还提供了各种可用的嵌入式资源。资源。资源。资源。嵌嵌入入式式RAM嵌嵌入入式式乘乘法法器器等等嵌嵌入入式式处处理理器器核核版板所有版板所有 广州周立功单
17、片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识目录目录目目录录FPGA相关知识相关知识FPGA与相关技术与相关技术基于基于FPGA的设计的设计FPGA的应用领域的应用领域FPGA厂商介绍厂商介绍Actel版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识SRAM与与FlashFPGA现在现在现在现在FPGAFPGA技术发展相对迅速，工艺水平不断地进步，目技术发展相对迅速，工艺水平不断地进步，目技术发展相对迅速，工艺水平不断地进步，目技术发展相对迅速，工艺水平不断地进步，目前前前前FPG
18、AFPGA主要有两种制造工艺，分别为主要有两种制造工艺，分别为主要有两种制造工艺，分别为主要有两种制造工艺，分别为SRAMSRAM型和型和型和型和FlashFlash型。型。型。型。性能性能SRAMFPGAFlashFPGA配置芯片需要不需要功耗高低速度快 比较快安全性差高抗辐射差好保密性中等好非易失性差好架构对比版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识FPGA与与CPLDCPLDCPLD和和和和FPGAFPGA都属于可编程的逻辑器件，有很多共同特点，都属于可编程的逻辑器件，有很多共同特点，都属于可编程的逻辑器件，有
19、很多共同特点，都属于可编程的逻辑器件，有很多共同特点，但由于其结构上的差异，它们也有各自的特点。但由于其结构上的差异，它们也有各自的特点。但由于其结构上的差异，它们也有各自的特点。但由于其结构上的差异，它们也有各自的特点。适合完成一些算法和组合逻辑适合完成一些时序逻辑设计通过修改具有固定内连电路通过改变内部连线的布线来编程集成度较低，逻辑资源少。集成度高，复杂的布线和逻辑。使用粗颗粒结构，其功耗大使用细颗粒结构，功耗低。CPLDFPGA版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识FPGA与与ASIC在在在在FPGAFPG
20、A的发展史上，专用集成电路（的发展史上，专用集成电路（的发展史上，专用集成电路（的发展史上，专用集成电路（ASICASIC）的实现方法）的实现方法）的实现方法）的实现方法对对对对FPGA/CPLDFPGA/CPLD的发展有着重要的影响。的发展有着重要的影响。的发展有着重要的影响。的发展有着重要的影响。数字IC全定制IC半定制IC门阵IC标准单元IC结构化ICASIC版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGAFPGA的基础知识的基础知识FPGA与与ASIC在在在在FPGAFPGA的发展史上，专用集成电路（的发展史上，专用集成电路（的发展史上
21、，专用集成电路（的发展史上，专用集成电路（ASICASIC）的实现方法）的实现方法）的实现方法）的实现方法对对对对FPGA/CPLDFPGA/CPLD的发展有着重要的影响。的发展有着重要的影响。的发展有着重要的影响。的发展有着重要的影响。全定制性能，设计周期长设计周期短，更快地面市时间设计成本高，适合于大批量生产无临时花费(NRE)速度快，资源利用率高速度较快，资源利用率有限不可重复编程，实现专用功能可重复编程，可实现SOC版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识目录目录目目录录FPGA相关知识相关知识FPGA与相关
22、技术与相关技术基于基于FPGA的设计的设计FPGA的应用领域的应用领域FPGA厂商介绍厂商介绍Actel版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识基于基于FPGA的设计的设计系统规范模块设计设计输入功能仿真综合布局布线时序验证配置下载系统设计规范HDL描述、IP核HDL描述、IP核时序/面积/功耗约束布局布线约束I/O引脚分配静态时序分析反标注文件(.sdf)下载位流文件设计流程设计流程版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识基于基于FPGA
23、的设计的设计设计方法设计方法l借助于借助于EDA工具实现高层次到底层次的变换；工具实现高层次到底层次的变换；l无论是功能设计还是具体实现都是自顶向上的；无论是功能设计还是具体实现都是自顶向上的；l设计者可在更高层次上完成设计输入，缩短了设计周期；设计者可在更高层次上完成设计输入，缩短了设计周期；l极大地提高了设计的效率和可靠性。极大地提高了设计的效率和可靠性。u自定向下（自定向下（Top_Down）设计方法）设计方法u自低向上（自低向上（Bottom_Up）设计方法）设计方法版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识基
24、于基于FPGA的设计的设计设计方法设计方法l具体实现过程是自底向上的，但功能设计是自顶向下的；具体实现过程是自底向上的，但功能设计是自顶向下的；l这种设计方法效率较低，设计周期长；这种设计方法效率较低，设计周期长；l从从最最底底层层版版图图开开始始，经经逻逻辑辑设设计计最最终终实实现现功功能能，适适合合于于小规模电路设计。小规模电路设计。u自定向下（自定向下（Top_Down）设计方法）设计方法u自低向上（自低向上（Bottom_Up）设计方法）设计方法版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007p以以HDL代码的形式提供；代码的形式提供；p不不依
25、依赖赖于于任任何何实实现现工工艺艺或技术；或技术；p具具有有很很大大灵灵活活性性，可可重重用性很好。用性很好。FPGA的基础知识的基础知识基于基于FPGA的设计的设计基于基于IPIP核的设计核的设计IP核软核硬核固核版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007p以以集集成成电电路路版版图图的的形形式式提供；提供；p经过实际工艺流片验证；经过实际工艺流片验证；p依依赖赖于于某某一一特特定定实实现现工工艺艺，在在形形态态和和性性能能上上具具有不可改变性有不可改变性FPGA的基础知识的基础知识基于基于FPGA的设计的设计基于基于IPIP核的设计核的设计I
26、P核软核硬核固核版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007p处处于于软软核核和和硬硬核核之之间间，以电路网表形式提供；以电路网表形式提供；p采采用用硬硬件件仿仿真真器器进进行行验验证；证；FPGA的基础知识的基础知识基于基于FPGA的设计的设计基于基于IPIP核的设计核的设计IP核软核硬核固核版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识目录目录目目录录FPGA相关知识相关知识FPGA与相关技术与相关技术基于基于FPGA的设计的设计FPGA的应用领域的应用领域FPGA厂商介绍
27、厂商介绍Actel版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识FPGA的应用领域的应用领域在工艺不断进步的推动下，在工艺不断进步的推动下，FPGA产品在逻辑密度、性能和功能上产品在逻辑密度、性能和功能上有了极大的提高，同时器件成本的大幅下降，也使得电子设计工程师逐有了极大的提高，同时器件成本的大幅下降，也使得电子设计工程师逐渐倾向于在越来越多的设计方案中采用可编程逻辑器件。在突破了低功渐倾向于在越来越多的设计方案中采用可编程逻辑器件。在突破了低功耗、低成本以及先进工艺的瓶颈后，耗、低成本以及先进工艺的瓶颈后，FPGA不断
28、以其可编程和灵活性向不断以其可编程和灵活性向更多领域渗透。更多领域渗透。版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识FPGA的应用领域的应用领域应用一：通信领域应用一：通信领域应用一：通信领域应用一：通信领域 u无线通信业，软件无线电（无线通信业，软件无线电（SDR）、蜂窝基础设施、高速）、蜂窝基础设施、高速DSP技术、第三代技术、第三代通信（通信（3G）技术等。）技术等。u有线通信业，主要有以太网有线通信业，主要有以太网MAC、接入流处理、通用前端、架构接口等。、接入流处理、通用前端、架构接口等。版板所有版板所有 广州
29、周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识FPGA的应用领域的应用领域应用二：医疗及消费电子领域应用二：医疗及消费电子领域应用二：医疗及消费电子领域应用二：医疗及消费电子领域 u医疗：如电疗、血液分析仪、医疗检测设备、诊断成像、心率处理等。医疗：如电疗、血液分析仪、医疗检测设备、诊断成像、心率处理等。u消费电子业：显示器消费电子业：显示器/投影仪、数字电视和机顶盒、家庭网络、投影仪、数字电视和机顶盒、家庭网络、DVD播放播放/刻刻录机、录机、PDA等便携式娱乐设备等。等便携式娱乐设备等。版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立
30、功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识FPGA的应用领域的应用领域应用三：汽车电子领域应用三：汽车电子领域应用三：汽车电子领域应用三：汽车电子领域 u现在汽车电子业正在以惊人的速度发展着，它的电子市场潜力很大，现在汽车电子业正在以惊人的速度发展着，它的电子市场潜力很大，FPGA在在该领域的应用数量也不断的增长。该领域的应用数量也不断的增长。u汽车电子应用有车载数据采集、汽车电子应用有车载数据采集、ECU硬件在环仿真、车载硬件在环仿真、车载PC、图形处理、车、图形处理、车载音频处理等。载音频处理等。版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公
31、司20072007FPGA的基础知识的基础知识FPGA的应用领域的应用领域应用四：工业及数据处理领域应用四：工业及数据处理领域应用四：工业及数据处理领域应用四：工业及数据处理领域 u工业：工业自动控制、工业以太网等。工业：工业自动控制、工业以太网等。u数据处理：数据存储、高性能计算、服务器、数据处理：数据存储、高性能计算、服务器、PCI、PCIExpress、PS/2、USB等接口控制器、电平转换等。等接口控制器、电平转换等。版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识FPGA的应用领域的应用领域应用五：军事与航空航天领
32、域应用五：军事与航空航天领域应用五：军事与航空航天领域应用五：军事与航空航天领域 u军事：雷达和声纳、电子站、安全通信等军事：雷达和声纳、电子站、安全通信等u航空航天：导航、高速数据处理、无线控制等航空航天：导航、高速数据处理、无线控制等版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007FPGA的基础知识的基础知识目录目录目目录录FPGA相关知识相关知识FPGA与相关技术与相关技术基于基于FPGA的设计的设计FPGA的应用领域的应用领域FPGA厂商介绍厂商介绍Actel版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司200720
33、07Actel单芯片的单芯片的FPGA领导性厂家领导性厂家业界唯一一家提供业界唯一一家提供Flash架构的架构的FPGA厂家厂家美国军方的合作伙伴，占据了美国军方的合作伙伴，占据了90%以上的航天航空的以上的航天航空的FPGA市场份额市场份额安全性、可靠性、低功耗的安全性、可靠性、低功耗的FPGA设计领域的专家设计领域的专家是是是是是是是是FPGA的基础知识的基础知识FPGA厂商简介厂商简介Actel版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007过去十年来，过去十年来，Actel的的FPGA已经用于超过已经用于超过300个太空计划，其中个太空计划，其
34、中包括包括GPS、Echostar、国际太空站、火星探路者、火星探测登陆车、国际太空站、火星探路者、火星探测登陆车1号和号和2号、火星快车，以及哈勃太空望远镜等，单在火星探测登陆车号、火星快车，以及哈勃太空望远镜等，单在火星探测登陆车的项目中，就使用了总共的项目中，就使用了总共56个个ActelFPGA。火星快车火星快车火星探路者火星探路者FPGA的基础知识的基础知识FPGA厂商简介厂商简介Actel版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007国际太空国际太空站站哈勃太空望远镜哈勃太空望远镜FPGA的基础知识的基础知识过去十年来，过去十年来，Act
35、el的的FPGA已经用于超过已经用于超过300个太空计划，其中个太空计划，其中包括包括GPS、Echostar、国际太空站、火星探路者、火星探测登陆车、国际太空站、火星探路者、火星探测登陆车1号和号和2号、火星快车，以及哈勃太空望远镜等，单在火星探测登陆车号、火星快车，以及哈勃太空望远镜等，单在火星探测登陆车的项目中，就使用了总共的项目中，就使用了总共56个个ActelFPGA。FPGA厂商简介厂商简介Actel版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007超低功耗超低功耗FPGA，具，具有有Flash*Freeze模式，模式，静态功耗低至静态功耗低
36、至5WActel第三代第三代Flash架构架构FPGA，更高安全性、，更高安全性、可靠性、低功耗可靠性、低功耗业界唯一具有模拟功能的业界唯一具有模拟功能的Flash架构架构FPGA源于源于IGLOO，适用于，适用于超低功耗、高性能超低功耗、高性能I/O的场合的场合源于源于ProASIC3，对功，对功耗进行了优化，适用耗进行了优化，适用高性能、低功耗场合高性能、低功耗场合ActelFlashFPGAActelFPGAs50种低于种低于1美金的美金的Nano器件器件版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007ActelFlashFPGAProASIC3
37、系列系列1130nm,7金属层金属层Flash工艺工艺CMOS技术的技术的FPGA单电源编程单电源编程基于基于AES和和FlashLock的的ISP加密技术加密技术快速、单芯片、上电即行、固件错误免疫快速、单芯片、上电即行、固件错误免疫片内片内1Kbit的的FLASH ROM，最多，最多504KbitRAM系统门从系统门从3万门到万门到300万门万门最多最多616个个IO、6个个PLL、17种种IO电平标准等电平标准等业界最好的业界最好的ISP解决方案解决方案3唯一具有唯一具有ASIC特征的特征的FPGA2丰富的资源丰富的资源4版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展
38、有限公司20072007ActelFlashFPGAProASIC3系列系列版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007ActelFlashFPGAProASIC3L系列系列 ProASIC3LProASIC3L在成熟的在成熟的在成熟的在成熟的ProASIC3ProASIC3的基础上衍生出了新一代低功耗的的基础上衍生出了新一代低功耗的的基础上衍生出了新一代低功耗的的基础上衍生出了新一代低功耗的FPGAFPGA，采用采用采用采用1.2V1.2V或或或或1.5V1.5V供电，其性能特点和供电，其性能特点和供电，其性能特点和供电，其性能特点和ProASI
39、C3ProASIC3类似，但独特的类似，但独特的类似，但独特的类似，但独特的Flash*FreezeFlash*Freeze技术使得动态功耗比技术使得动态功耗比技术使得动态功耗比技术使得动态功耗比ProASIC3ProASIC3低低低低40%40%，静态功耗比，静态功耗比，静态功耗比，静态功耗比ProASIC3ProASIC3低低低低90%90%，主要应，主要应，主要应，主要应用于高性能、低功耗的场合。用于高性能、低功耗的场合。用于高性能、低功耗的场合。用于高性能、低功耗的场合。ProASIC3LProASIC3L同时支持同时支持同时支持同时支持3232位的位的位的位的CortexCortex
40、TMTM-M1-M1软核，软核，软核，软核，为系统级的设计提供了完美的解决方案。为系统级的设计提供了完美的解决方案。为系统级的设计提供了完美的解决方案。为系统级的设计提供了完美的解决方案。工作电压为工作电压为1.5V工作电压为工作电压为1.2V动态功耗静态功耗动态功耗节省的动态功耗静态功耗节省的静态功耗power-driven节省的功耗Flash*freeze模式节省的功耗版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007ActelFlashFPGAProASIC3L系列系列版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司200
41、72007ActelFlashFPGAFusion系列系列典型系统典型系统系统存储器DRAMcache存储器SRAM非易失存储器FLASHMPU MCUFPGA/ASIC模拟I/O电源管理时钟管理模拟AD Fusion是世界上首个混合的是世界上首个混合的FPGA，在，在ProASIC3的基础上的基础上加入加入ADC、FlashMemory、RTC、以及、以及RC振荡器振荡器等，使得等，使得SOC成为了可能成为了可能版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007ActelFlashFPGAFusion系列系列版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公
42、司广州周立功单片机发展有限公司20072007ActelFlashFPGAIGLOO系列系列 IGLOO专为手持设备精心设计，在专为手持设备精心设计，在ProASIC3的基础上加入的基础上加入了独特的了独特的Flash*Freeze技术以及技术以及1.2V的内核电压，使得静态功耗的内核电压，使得静态功耗最低可达最低可达5uW，并且提供超小封装，并且提供超小封装ucs81，真正满足当今便携式，真正满足当今便携式电子设备对功耗和占位面积的严苛需求电子设备对功耗和占位面积的严苛需求80%的时间处于闲置模式，20%的时间工作在100MHZ的操作模式版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立
43、功单片机发展有限公司20072007ActelFlashFPGAIGLOO系列系列版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007ActelFlashFPGAIGLOO+系列系列 IGLOO +提供无与伦比的超低功耗和提供无与伦比的超低功耗和I/O特性，与屡获殊荣的特性，与屡获殊荣的IGLOO系列比系列比较多出较多出64% 的的I/O，并支持独立的，并支持独立的施密特触发器输入、热插拔和施密特触发器输入、热插拔和Flash*Freeze总线保持总线保持。IGLOO +系列器件的门密度从系列器件的门密度从30,000到到125,000，支持，支持1.2V
44、/ 1.5V内核电压，并进行最大的优化以提供出色的功能，全面满足内核电压，并进行最大的优化以提供出色的功能，全面满足I/O密集及具有功密集及具有功率意识应用的需求。率意识应用的需求。 版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007ActelFlashFPGAIGLOO+系列系列版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007ActelFlashFPGANANO系列系列 Actel nano 现场可编程逻辑器件（现场可编程逻辑器件（FPGA）包括）包括 IGLOO nano 和和ProASIC3 nano两种版
45、本，两种版本，nano FPGA针对快速增长的便携式和消费电子市针对快速增长的便携式和消费电子市场而推出，场而推出，Actel nano FPGA耗降低至耗降低至2W(微瓦微瓦)，封装尺寸减小到，封装尺寸减小到33mm，并且扩大其商用温度范围至零度以下，从而扩大消费电子的应用范围，使之，并且扩大其商用温度范围至零度以下，从而扩大消费电子的应用范围，使之可以在更寒冷的户外环境下使用，同时提供已封装产品的零交付交货时间。可以在更寒冷的户外环境下使用，同时提供已封装产品的零交付交货时间。 版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007IGLOONANO系列
46、系列IGLOO nano DevicesAGLN 010AGLN 015AGLN 020AGL 030AGLN 060AGLN 125AGLN 250VersaTiles260384520768153630726144Typical Equivalent Macrocells861281722565121,0242,048Ram K Bits-1836364608 bit blocks-488PLLs-111I/OStdStdStdStdStdStdStdI/O Banks (+ JTAG)2332224Die (IGLOO)8396133157Die (nano)3452717168UC36
47、 (3x3)23UC81 (4x4)5266CS81 (5x5)5266646464QN48 (6x6)3434QN68 (8x8)494949QN100 (8x8)717168VQ100 (14x14)77717168版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007ProASIC3NANO系列系列ProASIC3 nanoDevicesA3PN 010A3PN 015A3PN 020A3P 030A3PN 060A3PN 125A3PN 250VersaTiles260384520768153630726144Typical Equivalent M
48、acrocells861281722565121,0242,048Ram K Bits-1836364608 bit blocks-488PLLs-111I/OStdStdStdStdStdStdStdI/O Banks (+ JTAG)2332224Die (ProASIC3)8396133157Die (nano)3452717168QN48 (6x6)3434QN68 (8x8)494949QN100 (8x8)717168VQ100 (14x14)77717168版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007ActelFlashFPGA性能与
49、功耗的平衡性能与功耗的平衡 Actel提供了各种满足不同用户需求的提供了各种满足不同用户需求的FPGA，根据性，根据性能和功耗的不同需求来选择能和功耗的不同需求来选择.功耗功耗性性能能版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007CoreABC Actel32位处理器位处理器8位处理器位处理器 性能性能 (DMIPS) Core8051s ActelCore8051 Actel CoreMP7Actel/ARM Cortex-M1Actel/ARM LEON3 Gaisler占用资源占用资源(Tiles) AMBAActelFlashFPGA嵌入式嵌
50、入式CPU软核软核版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007ActelFlashFPGA封装尺寸封装尺寸CS1968x8 mmCS28110x10 mmQN1328x8 mmCS815x5 mmCS1216x6 mmUC814x4 mmQN688x8 mmCS2018x8 mmCS28914x14 mmTQ14422x22 mmPQ20830.6x30.6 mm版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007ActelFlashFPGAFlash开关开关WordSelect/BiasOutputInput
51、BitSelect1 BitSelect2SWITCHFloatingGateFlashMEMORYEraseProgramSenseVCCABWordlineBitLineSRAMBitLineVCCFlash开关的好处= 面积小面积小 更多的开关用于布线更多的开关用于布线= 低功耗低功耗 和和SRAM SRAM 工艺相比具有更小的阻抗和容性负载工艺相比具有更小的阻抗和容性负载= 可重复编程且非易失性可重复编程且非易失性版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007ActelFlashFPGAActel精细颗粒架构精细颗粒架构带使能端，置位端或带使
52、能端，置位端或者复位端的者复位端的D D触发器触发器DCLKQSet or Reset等效实现一个等效实现一个3 3输入的组合输入的组合逻辑逻辑ABCQSet/Reset/EnableX1pin 2DataX3pin 4ClkX2pin 3011001Ypin 1F2YLClrXCpin 501EnableActel TileAltera LE版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007High Speed Very Long Lines Discrete Long Lines Global Network Ultra-Fast Local Rou
53、ting Clock Aggregation (Splittable Clock Spine) ActelFlashFPGAActelFPGA布线层布线层版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007ActelFlashFPGAActelFPGA时钟网络时钟网络46 6 个可通过左右两个可通过左右两边的边的CCCCCC访问的全访问的全局时钟网络局时钟网络41212个象限时钟个象限时钟 ( (每每个象限个象限3 3个）个）4每个逻辑每个逻辑TileTile可以可以访问到访问到9 9个全局网个全局网络（络（6 6个全局时钟个全局时钟网络，网络，3 3个象
54、限时个象限时钟网络）钟网络）4内部分段式的布线内部分段式的布线结构可以允许整个结构可以允许整个FPGAFPGA内部可以有内部可以有多个时钟。在多个时钟。在A3PE3000A3PE3000中最多可中最多可以有以有252252个。个。Quadrant Global Network3636333333Quadrant Global SpinePLL/CCCGlobal SpineCentral Global Network363636363636PLL/CCC9版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007l 模拟锁相环模拟锁相环l ProASIC3 Pr
55、oASIC3内部内部1 1个，个， ProASIC3EProASIC3E内部内部6 6个个l 6 6个可编程延时模块和个可编程延时模块和1 1个固定的，从个固定的，从7.56 ns 7.56 ns 到到+11.12 ns+11.12 ns可调可调l 5 5个分频模块个分频模块l 具有具有0, 90, 1800, 90, 180和和 270270相位可调相位可调l 内部具有动态移位寄存内部具有动态移位寄存器，支持动态的器，支持动态的PLLPLL，可，可动态修改动态修改PLLPLL的参数的参数ActelFlashFPGAPLL&CCC版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发
56、展有限公司20072007单芯片单芯片单芯片单芯片高安全性高安全性高安全性高安全性高可靠性高可靠性高可靠性高可靠性低成本低成本 NVMFPGA上电即行上电即行上电即行上电即行模数混合模数混合模数混合模数混合低功耗低功耗低功耗低功耗ActelFPGA的优势的优势七大特性ActelFlashFPGA版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007ActelFPGA的优势的优势单芯片单芯片单芯片单芯片加密加密(MCU/CPLD)SRAMFPGA存储器存储器PROM配置芯片配置芯片时钟调整时钟调整电路电路大功率的大功率的电源芯片电源芯片时钟时钟小功率电小功率电
57、源芯片源芯片低速低速AD节电控制节电控制（MCU/CPLD）NVMFPGASRAM型型FPGA所必需的部件所必需的部件ActelFlashFPGA版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007ActelFPGA的优势的优势高安全性高安全性高安全性高安全性Level1物理层的保护物理层的保护lActel芯片受芯片受7层金属的保层金属的保护，使得反向工程不可能；护，使得反向工程不可能；l无需配置芯片，配置码流无需配置芯片，配置码流不会被复制；不会被复制；l加密的密钥分布于芯片的加密的密钥分布于芯片的内核单元处，并无固定区内核单元处，并无固定区域可寻。域可
58、寻。Level2Level3其他厂家FPGABootPROM配置数据配置数据复制配置复制配置数据数据直接读取直接读取PROM数据数据克隆克隆ActelFlashFPGA版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007ActelFPGA的优势的优势Level1Level2Level3FlashLock加密加密l仅有仅有FlashLock加密时，加密时，可以禁止芯片非授权的操可以禁止芯片非授权的操作，包括编程、擦除、校作，包括编程、擦除、校验等。验等。l该设定保护保密设定，该设定保护保密设定，也就是保护也就是保护FlashLock、AES的密钥不被修改的密
59、钥不被修改只有只有FlashLock密钥的文件密钥的文件带有带有FlashLock密钥的编程文件密钥的编程文件高安全性高安全性高安全性高安全性ActelFlashFPGA版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007ActelFPGA的优势的优势Level1Level2Level3AES加密加密l对编程文件进行对编程文件进行AES加加密，经过加密的编程文件密，经过加密的编程文件可以通过任何途径传输。可以通过任何途径传输。lAES密钥总是受密钥总是受FlashLock密钥的保护，密钥的保护，也就是也就是FlashLock密钥保密钥保护护AES的密钥不被
60、修改的密钥不被修改只有只有AES和和FlashLock密钥的编程文件密钥的编程文件即使被人盗取了即使被人盗取了编程文件也无法知编程文件也无法知道其真正内容道其真正内容带有带有AES密钥的编程文件密钥的编程文件高安全性高安全性高安全性高安全性ActelFlashFPGA版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007高能中子高能中子进来的中子在布线结构进来的中子在布线结构中引起固件错误，导致中引起固件错误，导致:或或信号的错信号的错误连接误连接信号的丢信号的丢失失N+N+高能中子衬底衬底或或进来的中子在逻辑单元进来的中子在逻辑单元中引起固件错误，导致中引
61、起固件错误，导致:信号的错信号的错误连接误连接逻辑功能逻辑功能错误错误ActelFPGA的优势的优势高可靠性高可靠性高可靠性高可靠性ActelFlashFPGA版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007ActelFPGA的优势的优势上电即行上电即行上电即行上电即行ActelFlashFPGA版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司200720073.静态功耗静态功耗4.动态功耗动态功耗1.启动功耗启动功耗2.配置功耗配置功耗3.静态功耗静态功耗4.动态功耗动态功耗1.无无2. 无无PKSRAMFPGAFlashF
62、PGAActelFPGA的优势的优势低功耗低功耗低功耗低功耗ActelFlashFPGA版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007典型系统典型系统MPU/MCUFPGA/ASIC电源管理电源管理（LDO）系统存储器系统存储器DRAM非易失存储器非易失存储器FLASH时钟管理时钟管理（RTC）模拟模拟I/OCache存储器存储器SRAM模拟器件模拟器件ADActelFPGA的优势的优势Fusion模数混合模数混合模数混合模数混合ActelFlashFPGA版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007节电
63、控制（MCU/CPLD）处理器 时钟 小功率电 源芯片加密(MCU/CPLD)处理器 SRAM FPGA存储器 PROM 配置芯片时钟调整电路 复位电路NVM FPGA大功率的电源芯片时钟低速AD总体成本减少总体成本减少$5以上以上 $1 $0.25 $0.8 $1 $0.8 $0.2 $1.5 $0.8ActelFPGA的优势的优势低成本低成本ActelFlashFPGA版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007进入进入2019ElectronicProductDesignE-Legacy 决赛荣获便携式产品设计荣获便携式产品设计能源管理前能源
64、管理前5名名获获PortableDesignEditorsChoice大大奖奖获获EDNChinaInnovation 奖奖获获PortableDesignChinaReaderSurvey奖奖获获EETimesACE 奖奖进入进入EETimesACE 决赛决赛获获EEPWEditorsChoice奖奖 获获EDN“Hot100ProductsoftheYear” 奖奖获获ECN2019Technology奖奖获获IECDesignVision奖奖获获IECDesignVision奖奖获获ElectrondOr奖奖 获获EDNChinaLeadingProduct奖奖ActelFlash架构架
65、构FPGAActelFlashFPGA版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007Actel最新资讯最新资讯低成本的低成本的NanoActel公司将会在公司将会在2009年推出低于年推出低于1美金的美金的FPGANano系列，系列，它提供了低成本的它提供了低成本的FPGA设计方案。设计方案。最低功耗最低功耗2w最小封装最小封装3mmx3mm0周的订货周的订货周期周期温度范围温度范围(-2070)50种低于种低于1美金型号美金型号)版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007Actel最新资讯最新资讯高集
66、成度的高集成度的FusionIIFusionII将是将是2009年的另一个亮点，内部不仅具有年的另一个亮点，内部不仅具有FPGA的内核，的内核，还集成了还集成了Cortex-M3的的ARM硬核，另外还带有硬核，另外还带有3路路ADC、3路路DAC、SPI、I2C、16550、Flash等部件，打造完美的等部件，打造完美的SOC解决方案。解决方案。版板所有版板所有 广州周立功单片机发展有限公司广州周立功单片机发展有限公司20072007集成开发环境集成开发环境LiberoLibero演示演示谢谢 谢谢 ！北京立功致远科技有限公司北京立功致远科技有限公司技术支持：技术支持：电话：电话：010-82536178-107/116010-82536178-107/116邮箱：邮箱：guolilongzlgmcu gengtianxiangzlgmcu广州致远电子有限公司广州致远电子有限公司技术支持：技术支持：电话：电话：020-28872345/28267809020-28872345/28267809邮箱：邮箱：zlgactelzlgmcu actel.supportzlgmcu
