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三種常見的FPGA結構 |
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隨著FPGA的生產工藝不斷提高，各種新技術被廣泛應用到FPGA芯片的設計生產的各個環境。其中，生產工藝結構決定了FPGA芯片的特性和應用場合。 如圖1.1所示是FPGA的主要幾種生產工藝及典型產品。
1.基于SRAM結構的FPGA 目前大的兩個FPGA廠家Xilinx和Altera的所有FPGA產品都是基于SRAM工藝來實現的。這種工藝的優點是可以用較低的成本來實現較高的密度和較高的性能；缺點是掉電后SRAM會失去所有配置，導致每次上電都需要重新加載。 重新加載需要外部的器件來實現，不僅增加了整個系統的成本，而且引入了不穩定的因素。加載的過程容易受到外界干擾而導致加載失敗，也容易受到"監聽"而破解加載文件的比特流。 雖然基于SRAM結構的FPGA存在這些缺點，但是由于其實現成本低，還是得到了廣泛的應用，特別是民用產品方面。 2. 基于反融絲結構的FPGA Actel公司擅長出品反融絲結構的FPGA。這種結構的FPGA只能編程一次，編程后和ASIC一樣成為了固定邏輯器件。Quick Logic公司也有類似的FPGA器件，主要面向軍品級應用市場。 這樣的FPGA失去了反復可編程的靈活性，但是大大提高了系統的穩定性。這種結構的FPGA比較適合應用在環境苛刻的場合，比如高振動，強電磁輻射等航空航天領域。同時，系統的保密性也得到了提高。 這類FPGA因為上電后不需要從外部加載配置，所以上電后可以很快進入工作狀態，即 "瞬間上電"技術。這個特性可以滿足一些對上電時間要求苛刻的系統。由于是固定邏輯，這種器件的功耗和體積也要低于SRAM結構的FPGA。 3.基于Flash結構的FPGA Flash具備了反復擦寫和掉電后內容非易失特性，因而基于Flash結構的FPGA同時具備了SRAM結構的靈活性和反融絲結構的可靠性。這種技術是近幾年發展起來的新型FPGA實現工藝，目前實現的成本還偏高，沒有得到大規模的應用。 系統安全的角度來看，基于Flash的FPGA具有更高的安全性，硬件出錯的幾率更小，并能夠通過公共網絡實現安全性遠程升級，經過現場處理即可實現產品的升級換代。這種性能減少了現場解決問題所需的昂貴開銷。 在Flash器件中集成小型的NVM（Non Volatile Memory，非易失性存儲器）模塊可以在某些消費電子和汽車電子應用中實現授權技術。這種NVM可以存儲安全通信所需的密鑰，或者針對基于廣播的系統實現機頂盒設備的串行化。 可重編程的NVM在編程時需要一定的電壓，因此SRAM用戶必須從外部提供這種電壓。基于Flash的FPGA采用內部電荷泵進行編程，不需要集成NVM模塊，而基于SRAM的FPGA通常缺乏這種功能。 Flash器件的工作頻率可達350MHz，利用率超過95%，而SRAM FPGA一般能夠達到的利用率僅為70～75%。Flash FPGA在加電時沒有像SRAM FPGA那樣大的瞬間高峰電流，并且SRAM FPGA通常具有較高的靜態功耗和動態功耗。 例如，一塊40萬門的基于Flash的FPGA需要20mA的靜態電流，然而同等規模的基于SRAM的FPGA所需的電流達100mA。SRAM FPGA的功耗問題往往迫使系統設計者不得不增大系統供電電流，并使得整個設計變得更加復雜。 來源：華清遠見fpga培訓內部資料 熱點鏈接：
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