FPGA設(shè)計(jì)的安全性問(wèn)題解析

Q1：FPGA設(shè)計(jì)與DSP設(shè)計(jì)相比，最大的不同之處在哪里？　

A1：這個(gè)問(wèn)題要從多個(gè)角度看。它們都用于某個(gè)功能的硬件電路實(shí)現(xiàn)，但是它們的側(cè)重點(diǎn)有所不同。這里涵蓋的說(shuō)一下。

1)內(nèi)部資源

FPGA側(cè)重于設(shè)計(jì)具有某個(gè)功能的硬件電路，內(nèi)部資源是VersaTiles（ActelFPGA）之類(lèi)的微小單元，F(xiàn)PGA的內(nèi)部單元初始在編程前都是使用的是HDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)硬件電路的設(shè)計(jì)描述。FPGA內(nèi)部的連線(xiàn)資源將這些功能模塊的內(nèi)部和模塊之間的信號(hào)連接起來(lái)，構(gòu)成較大的模塊。FPGA可以?xún)?nèi)部實(shí)現(xiàn)ALU，加法器，乘法器，累加器，F(xiàn)IFO，SRAM，DDRcontroller，F(xiàn)FT，HDLC，DMA，PWM等等數(shù)字電路，也就說(shuō)我們要用其實(shí)現(xiàn)一個(gè)特定的或是通用的硬件功能一個(gè)或是多個(gè)模塊，這些模塊的各個(gè)細(xì)節(jié)都要要用HDL來(lái)描述設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。目前的FPGA都可以直接內(nèi)嵌諸如ARM7，CoretexM1，Core8051等微處理器，用于FPGA的軟核的，也有的FPGA廠(chǎng)商將一些硬件模塊直接做到FPGA中，這些是FPGA內(nèi)部的硬核。傳統(tǒng)的FPGA都是實(shí)現(xiàn)純數(shù)字電路的，業(yè)界只有Actel的FPGA實(shí)現(xiàn)了數(shù)?；旌系腜SC單芯片技術(shù)，真正的提升和擴(kuò)大了FPGA的應(yīng)用功能和領(lǐng)域。另外多數(shù)FPGA都有PLL，DLL之類(lèi)的鎖相環(huán)，Slew可調(diào)，Actel的還內(nèi)建了OSC，RTC，Powermanager之類(lèi)的硬件單元，甚至Actel的Fusion系列還內(nèi)建了600kbps的12bit的ADC以及MOSFETDriver之類(lèi)模擬接口，內(nèi)部有UserFlashMemeory，F(xiàn)lashROM等資源可以實(shí)現(xiàn)真正的PSC，Bootloader之類(lèi)的功能。　

DSP主要是算法處理，內(nèi)部資源主要是乘法器，加法器之類(lèi)的資源，有SPI接口，UART接口，接受一定的指令集，內(nèi)部的資源基本上都是現(xiàn)成的，需要客戶(hù)的需要而重新配置，方便于客戶(hù)的使用，但是相對(duì)來(lái)講其功能是有局限性的，所以主要用于某些特定的領(lǐng)域。DSP也有內(nèi)嵌的鎖相環(huán)，計(jì)數(shù)器，Baudrate發(fā)生器，有的DSP也有ADC模擬接口?！?br />
2)使用的編程語(yǔ)言

FPGA主要使用HDL，包括VHDl，Verilog，還有數(shù)模混合的描述語(yǔ)言Verilog-AMS等。DSP使用C，匯編語(yǔ)言編程。

3)功能角度

FPGA普遍用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路模塊，基本上能實(shí)現(xiàn)所有的數(shù)字電路，傳統(tǒng)的數(shù)字功能模塊，以及客戶(hù)產(chǎn)品特定需求的數(shù)字處理模塊。FPGA的IO橋接種類(lèi)繁多，不同種類(lèi)的級(jí)別的FPGA支持的IO標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議都不盡相同，但是這些IO的驅(qū)動(dòng)能力或是電壓都是可編程配置的。任何數(shù)字功能電路的實(shí)現(xiàn)，高速信號(hào)的處理，控制領(lǐng)域的信號(hào)處理，橋轉(zhuǎn)換協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，Actel的Fusion還能用于電流/電壓檢測(cè)，溫度的檢測(cè)，MOSFETdriver，電源管理，其獨(dú)特的Flash工藝技術(shù)可以依靠電池供電工作，和掉電實(shí)時(shí)保存數(shù)據(jù)，超低功耗，多種工作模式(Static,Sleepmode),尤其IGLOO芯片的功能在Sleepmode下功耗只有5uW。這樣的功耗用于手機(jī)，GPS之類(lèi)的移動(dòng)手持設(shè)備中能發(fā)揮更大的功能應(yīng)用。另外用FPGA實(shí)現(xiàn)ASIC的前期的設(shè)計(jì)驗(yàn)證，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)DSP的功能，實(shí)現(xiàn)CPU的功能，MCU的功能，內(nèi)存控制器，用于工業(yè)的PWM，SVPWM，Clarke，Park的正逆變換的實(shí)現(xiàn)，VGA控制，數(shù)據(jù)的編解碼，解復(fù)用，高達(dá)上Gbps的信號(hào)的處理，協(xié)議的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)等等等等功能，都是DSP難以勝任的?！?br />
DSP內(nèi)部有很多現(xiàn)成的硬件模塊和接口以及控制器，但是需要軟件編程設(shè)定，可以實(shí)現(xiàn)PWM控制，接口控制，UART接口，SPI接口等功能。但是由于受指令集的時(shí)鐘周期的限制，DSP不能處理太高的信號(hào)，至于說(shuō)上Gbps的信號(hào)，LVDS之類(lèi)的信號(hào)就很難以涉及了。所以相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)有所限制。但是不同的領(lǐng)域客戶(hù)的設(shè)計(jì)方案不同，考慮的側(cè)重點(diǎn)不同，有些領(lǐng)域設(shè)計(jì)者也是愛(ài)好使用DSP的，諸如算法實(shí)現(xiàn)，協(xié)議的處理等等如果換作FPGA來(lái)處理那就得不償失?！?br />
FPGA和DSP的區(qū)別還有很多，這里先說(shuō)一點(diǎn)，希望能起到拋磚引玉的作用。具體的環(huán)境和設(shè)計(jì)方案各有其用武之地，設(shè)計(jì)者要根據(jù)自己的需要來(lái)選用。

Q2：在做設(shè)計(jì)之前，如何選擇FPGA呢？　

A2：一般情況下，先針對(duì)設(shè)計(jì)，列出您想要實(shí)現(xiàn)的功能，大致畫(huà)個(gè)功能框圖，然后根據(jù)其功能和系統(tǒng)的要求大致推算出你需要的：

IO需求——可用IO數(shù)量、差分信號(hào)對(duì)、IO的電平格式等；　

電壓源的需求——系統(tǒng)提供哪些電壓?核電壓需要多少？IO電壓源需要哪些？　

封裝——用TQ？VQ？PLCC？BGA？還是其它的封裝形式？　

內(nèi)部RAM的需求——需要雙口RAM嗎？需要FIFO嗎？大小是多少？　

時(shí)鐘及速度需求——最大的時(shí)鐘速率是多少？需要多少個(gè)PLL？速度等級(jí)？全局時(shí)鐘有多少？　

邏輯資源和IPcore的需求——需要哪些IP核，大致占用多少資源？　

擴(kuò)展和升級(jí)的需求——是否考慮IO和邏輯資源留有一些余量，以便以后的擴(kuò)展？升級(jí)是否方便？

價(jià)格的因素。