Microsemi下一代SmartFusion2 SoC FPGA 實現(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)界唯一瞄準工業(yè)、國防、航空、通訊和醫(yī)療應用的快閃FPGA器件

致力于提供幫助功率管理、安全、可靠與高性能半導體技術(shù)產(chǎn)品供應商美高森美公司(Microsemi Corporation，紐約納斯達克交易所代號：MSCC)發(fā)布新的SmartFusion2系統(tǒng)級芯片(system-on-chip，SoC)現(xiàn)場可編程門陣列(field programmable gate array，F(xiàn)PGA)系列。Microsemi下一代SmartFusion2 SoC FPGA設計用于滿足關(guān)鍵性工業(yè)、國防、航空、通訊和醫(yī)療應用對先進安全性、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166(MHz)ARM Cortex-M3處理器、先進的安全處理加速器、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，我們通過增強產(chǎn)品組合、集中研發(fā)力量，以及戰(zhàn)略性增添用于高價值、高門檻市場的關(guān)鍵產(chǎn)品和技術(shù)，實施了推動高價值市場增長的策略。新的SmartFusion2產(chǎn)品系列是美高森美正在開發(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應用領(lǐng)域的領(lǐng)導地位。”

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設計用于工業(yè)、國防、航空、通訊和醫(yī)療行業(yè)的具有挑戰(zhàn)性的安全關(guān)鍵性應用，在這些應用中，可靠且無瑕疵的器件運行是必需的。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、可靠地運行。這些下一代器件還具有較高的密度和行業(yè)標準接口，使得我們能夠滿足更廣大范圍的主流應用需求。”

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

SmartFusion2：設計和數(shù)據(jù)安全性

近期針對工業(yè)、國防、航空、通訊和醫(yī)療系統(tǒng)的攻擊事件，突顯了對電子系統(tǒng)內(nèi)的安全性和防篡改防護措施的需求。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)的最先進設計保護功能，易于保護機密和高價值的設計，防止篡改、克隆、過度建造、反向工程和偽造。

SmartFusion2提供了最先進的設計和數(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能力的根源可靠性(root-of-trust)設備。SmartFusion2也是唯一使用Cryptographic Research Incorporated (CRI)產(chǎn)品組合技術(shù)來防御差分功率分析(differential power analysis，DPA)攻擊的SoC FPGA器件。用戶還可以利用多個內(nèi)置的加密處理加速器，包括：先進加密標準(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防和航空應用，因為它們具備高可靠性和單事件翻轉(zhuǎn)(single event upset，SEU)免疫能力。SEU可以引起二進位代碼狀態(tài)改變并損壞數(shù)據(jù)，導致硬件故障。SEU防御需求也開始擴展到工業(yè)和醫(yī)療應用領(lǐng)域。

SmartFusion2器件設計用于滿足眾多行業(yè)標準的要求，包括IEC 61508、DO254和DO178B，并且具有達到零故障率(failures in time, FIT)的SEU免疫能力。作為一項附加優(yōu)勢，SmartFusion2快閃FPGA架構(gòu)無需外部配置來提供額外的安全防護水平，因為在電源關(guān)閉時，這款SoC FPGA能夠保留其配置，并實現(xiàn)“瞬間啟動”(instant-on)性能。

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

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)境等嚴苛應用的理想解決方案。

SmartFusion2：最低功耗

SmartFusion2 SoC FPGA為設計人員提供了比同等的SRAM FPGA器件低100倍的待機功耗，且不影響性能。設計人員可以通過簡單的命令來啟用Flash*Freeze待機功耗模式。在此模式中，可以保持所有寄存器和SRAM的狀態(tài)、設置I/O狀態(tài)、以低頻率時鐘運行微處理器子系統(tǒng)(microprocessor sub-system，MSS) 與MSS外設相關(guān)的I/O。SmartFusion2 SoC FPGA器件能夠在大約100μs內(nèi)進入和退出Flash*Freeze模式，適用于需要短暫間歇活動的低占空比應用，比如尺寸、重量和功率都至關(guān)重要的防御無線電應用。

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，包括處理器且不會犧牲性能。采用Flash*Freeze待機模式，功耗更下降至1mW。與類似的SoC FPGA或FPGA器件相比，待機功率降低了大約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)字信號處理(digital signal processing，DSP)的嵌入式存儲器和多個累積模塊。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。另外還有可選的安全加速器可用于數(shù)據(jù)安全應用。

采用SmartFusion2進行設計

系統(tǒng)設計人員可以采用新推出且易于使用的Libero? SoC軟件工具套件來設計SmartFusion2器件。Libero SoC集成了來自Synopsys公司的業(yè)界領(lǐng)先的綜合工具、調(diào)試軟件和DSP支持，來自Mentor Graphics公司的仿真工具，以及功率分析、時序分析和按鍵式設計流程。固件開發(fā)完全集成在Libero SoC內(nèi)，采用來自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，可以自動生成所有的器件驅(qū)動程序和外設初始化。ARM Cortex-M3處理器包含對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。