Microsemi下一代SmartFusion2 SoC FPGA 實(shí)現(xiàn)性能突破

Microsemi推出下一代SmartFusion2 SoC FPGA;提供安全性、可靠性和低功耗的突破能力

業(yè)界唯一瞄準(zhǔn)工業(yè)、國(guó)防、航空、通訊和醫(yī)療應(yīng)用的快閃FPGA器件

致力于提供幫助功率管理、安全、可靠與高性能半導(dǎo)體技術(shù)產(chǎn)品供應(yīng)商美高森美公司(Microsemi Corporation，紐約納斯達(dá)克交易所代號(hào)：MSCC)發(fā)布新的SmartFusion2系統(tǒng)級(jí)芯片(system-on-chip，SoC)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(field programmable gate array，F(xiàn)PGA)系列。Microsemi下一代SmartFusion2 SoC FPGA設(shè)計(jì)用于滿足關(guān)鍵性工業(yè)、國(guó)防、航空、通訊和醫(yī)療應(yīng)用對(duì)先進(jìn)安全性、高可靠性和低功耗的基本需求。SmartFusion2在單一芯片上集成了固有可靠性的快閃FPGA架構(gòu)、一個(gè)166(MHz)ARM Cortex-M3處理器、先進(jìn)的安全處理加速器、DSP模塊、SRAM、eNVM和業(yè)界所需的高性能通訊接口。

美高森美公司總裁兼首席執(zhí)行官James J. Peterson稱：“幾年前，我們通過(guò)增強(qiáng)產(chǎn)品組合、集中研發(fā)力量，以及戰(zhàn)略性增添用于高價(jià)值、高門檻市場(chǎng)的關(guān)鍵產(chǎn)品和技術(shù)，實(shí)施了推動(dòng)高價(jià)值市場(chǎng)增長(zhǎng)的策略。新的SmartFusion2產(chǎn)品系列是美高森美正在開(kāi)發(fā)的業(yè)界領(lǐng)先產(chǎn)品之一，這些產(chǎn)品拓展我們的總體系統(tǒng)解決方案產(chǎn)品陣容，并且進(jìn)一步鞏固公司在安全性至關(guān)重要、可靠性不容妥協(xié)，以及低功耗必不可少的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。”

美高森美公司副總裁兼總經(jīng)理Esam Elashmawi表示：“我們新推出SmartFusion2 SoC FPGA設(shè)計(jì)用于工業(yè)、國(guó)防、航空、通訊和醫(yī)療行業(yè)的具有挑戰(zhàn)性的安全關(guān)鍵性應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，可靠且無(wú)瑕疵的器件運(yùn)行是必需的。我們的SmartFusion2器件具備所需的差異化特性，能夠確保在非常低的功耗下安全、可靠地運(yùn)行。這些下一代器件還具有較高的密度和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使得我們能夠滿足更廣大范圍的主流應(yīng)用需求。”

美高森美已經(jīng)接洽計(jì)劃在廣泛的應(yīng)用中使用SmartFusion2器件的領(lǐng)先客戶，應(yīng)用包括飛行數(shù)據(jù)記錄器、武器系統(tǒng)、除顫器、手持無(wú)線電設(shè)備、通訊系統(tǒng)管理應(yīng)用和工業(yè)馬達(dá)控制。

SmartFusion2：設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)安全性

近期針對(duì)工業(yè)、國(guó)防、航空、通訊和醫(yī)療系統(tǒng)的攻擊事件，突顯了對(duì)電子系統(tǒng)內(nèi)的安全性和防篡改防護(hù)措施的需求。SmartFusion2包含突破性的安全能力，采用了基于非易失性快閃技術(shù)的最先進(jìn)設(shè)計(jì)保護(hù)功能，易于保護(hù)機(jī)密和高價(jià)值的設(shè)計(jì)，防止篡改、克隆、過(guò)度建造、反向工程和偽造。

SmartFusion2提供了最先進(jìn)的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)安全能力，它使用SoC FPGA業(yè)界唯一具備物理上不可克隆功能(physically unclonable function，PUF)的密匙登記和重建能力，打造具有安全密匙存儲(chǔ)能力的根源可靠性(root-of-trust)設(shè)備。SmartFusion2也是唯一使用Cryptographic Research Incorporated (CRI)產(chǎn)品組合技術(shù)來(lái)防御差分功率分析(differential power analysis，DPA)攻擊的SoC FPGA器件。用戶還可以利用多個(gè)內(nèi)置的加密處理加速器，包括：先進(jìn)加密標(biāo)準(zhǔn)(advanced encryption standard，AES) AES-256、安全散列算法(secure hash algorithm，SHA) SHA-256、384位橢圓曲線密碼(elliptical curve cryptographic，ECC)引擎，以及不確定性隨機(jī)位發(fā)生器(non-deterministic random bit generator，NRBG)。

借助這些特性組合，以及基于快閃的架構(gòu)，SmartFusion2成為市場(chǎng)上最安全的FPGA器件。

SmartFusion2:高可靠性

美高森美的可編程邏輯解決方案廣泛用于國(guó)防和航空應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兙邆涓呖煽啃院蛦问录D(zhuǎn)(single event upset，SEU)免疫能力。SEU可以引起二進(jìn)位代碼狀態(tài)改變并損壞數(shù)據(jù)，導(dǎo)致硬件故障。SEU防御需求也開(kāi)始擴(kuò)展到工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域。

SmartFusion2器件設(shè)計(jì)用于滿足眾多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，包括IEC 61508、DO254和DO178B，并且具有達(dá)到零故障率(failures in time, FIT)的SEU免疫能力。作為一項(xiàng)附加優(yōu)勢(shì)，SmartFusion2快閃FPGA架構(gòu)無(wú)需外部配置來(lái)提供額外的安全防護(hù)水平，因?yàn)樵陔娫搓P(guān)閉時(shí)，這款SoC FPGA能夠保留其配置，并實(shí)現(xiàn)“瞬間啟動(dòng)”(instant-on)性能。

SmartFusion2是唯一能夠保護(hù)其所有的SoC嵌入式SRAM存儲(chǔ)器避免SEU錯(cuò)誤的SoC FPGA器件。這是通過(guò)在Cortex-M3嵌入式暫時(shí)存儲(chǔ)器(scratch pad memory) 等嵌入式存儲(chǔ)器、以太網(wǎng)、控制器局域網(wǎng)(CAN)和USB緩沖器上，使用單錯(cuò)校正、雙錯(cuò)檢測(cè)(single error correction, double error detection，SECDED)保護(hù)功能來(lái)完成的，并且提供用于DDR內(nèi)存控制器的選項(xiàng)。

這些產(chǎn)品特性，以及基于快閃的器件架構(gòu)，使得SmartFusion2成為用于需要防止破壞性SEU事件發(fā)生的航空環(huán)境等嚴(yán)苛應(yīng)用的理想解決方案。

SmartFusion2：最低功耗

SmartFusion2 SoC FPGA為設(shè)計(jì)人員提供了比同等的SRAM FPGA器件低100倍的待機(jī)功耗，且不影響性能。設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)簡(jiǎn)單的命令來(lái)啟用Flash*Freeze待機(jī)功耗模式。在此模式中，可以保持所有寄存器和SRAM的狀態(tài)、設(shè)置I/O狀態(tài)、以低頻率時(shí)鐘運(yùn)行微處理器子系統(tǒng)(microprocessor sub-system，MSS) 與MSS外設(shè)相關(guān)的I/O。SmartFusion2 SoC FPGA器件能夠在大約100μs內(nèi)進(jìn)入和退出Flash*Freeze模式，適用于需要短暫間歇活動(dòng)的低占空比應(yīng)用，比如尺寸、重量和功率都至關(guān)重要的防御無(wú)線電應(yīng)用。

SmartFusion2：技術(shù)信息

美高森美基于快閃技術(shù)的SoC FPGA為低功耗重新定義。其50K查找表(look-up table，LUT) 器件能夠?qū)崿F(xiàn)10mW靜態(tài)功耗，包括處理器且不會(huì)犧牲性能。采用Flash*Freeze待機(jī)模式，功耗更下降至1mW。與類似的SoC FPGA或FPGA器件相比，待機(jī)功率降低了大約100倍。

Microsemi SmartFusion2器件具有從5K LUT到120K LUT的密度范圍，加上用于數(shù)字信號(hào)處理(digital signal processing，DSP)的嵌入式存儲(chǔ)器和多個(gè)累積模塊。高帶寬接口包括具有靈活性5G SERDES的PCI Express (PCIe)，以及高速雙數(shù)據(jù)速率DDR2/DDR3內(nèi)存控制器。該器件還包含了采用一個(gè)166 MHz ARM Cortex-M3處理器、片上64KB eSRAM和512KB eNVM的微處理器子系統(tǒng)(microprocessor sub-system，MSS)，以期最大限度地減小總體系統(tǒng)成本。MSS具有增強(qiáng)性嵌入式跟蹤宏單元(embedded trace macrocell，ETM)、8 Kbyte指令高速緩存，以及包括控制器局域網(wǎng)(controller area network，CAN)、千兆位以太網(wǎng)和高速USB 2.0的外設(shè)。另外還有可選的安全加速器可用于數(shù)據(jù)安全應(yīng)用。

采用SmartFusion2進(jìn)行設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以采用新推出且易于使用的Libero? SoC軟件工具套件來(lái)設(shè)計(jì)SmartFusion2器件。Libero SoC集成了來(lái)自Synopsys公司的業(yè)界領(lǐng)先的綜合工具、調(diào)試軟件和DSP支持，來(lái)自Mentor Graphics公司的仿真工具，以及功率分析、時(shí)序分析和按鍵式設(shè)計(jì)流程。固件開(kāi)發(fā)完全集成在Libero SoC內(nèi)，采用來(lái)自GNU、IAR和Keil公司的編譯和調(diào)試軟件。根據(jù)系統(tǒng)創(chuàng)建器(System Builder)選擇，可以自動(dòng)生成所有的器件驅(qū)動(dòng)程序和外設(shè)初始化。ARM Cortex-M3處理器包含對(duì)EmCraft Systems的嵌入式Linux，以及Micrium的FreeRTOS、SAFERTOS和uc/OS-III等操作系統(tǒng)的支持。