以智能型混合信號FPGA開發(fā)真正符合需求的系統(tǒng)

在微控制器子系統(tǒng)內(nèi)，有一個五層的ARM AHB總線矩陣架構(gòu)，理論上共可提供片上每秒16GB/s的頻寬。其中共有五個功能可供設(shè)定為總線主控(master)：10/100 Ethernet MAC、DMA控制器和FPGA架構(gòu)主控，另外兩個來自Cortex-M3內(nèi)核，而其他各種接口與存儲模塊則作為從屬(slave)。

可編程模擬
SmartFusion器件的第三個重要元素是高電壓雙極模擬功能。為了正確獲取來自應(yīng)用程序的信號，SmartFusion器件最高可具備三個12位逐次逼近寄存器(SAR)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其最高執(zhí)行速度為600ksps。每個ADC都有相對的第一階(first-order)1位sigma-delta DAC，能提供500ksps更新與12位有效分辨率。多個模擬功能都集中在信號調(diào)節(jié)模塊(signal conditioning block,SCB)中，其中包含準(zhǔn)確高電壓和電流監(jiān)控器、溫度監(jiān)控器和高速比較器。此高壓監(jiān)控器，也稱為有源雙極預(yù)分壓器(active bipolar prescalers,ABPS)，可提供-11.5V+14V的電壓監(jiān)控能力。

此外，對系統(tǒng)管理或電源調(diào)節(jié)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)人員來說，這也可作為絕佳的工具。器件中的電流監(jiān)控器可放大從外部感測電阻測量到的電壓降，而此感測電阻放置在應(yīng)用的電流回路上，差分增益為50。溫度監(jiān)控器能把一個簡單的PN結(jié)的電壓降轉(zhuǎn)換為溫度讀數(shù)。器件具備數(shù)量很多的片上比較器(在一50萬門器件中最多有10個)，而且速度非?？?，傳送時(shí)間僅為50ns。

自主(Autonomous)模擬信號處理
前面提到的模擬功能只是SmartFusion混合信號FPGA中模擬處理性能的一部分。而模擬運(yùn)算引擎(ACE)是一個全新的概念，這是一個半自主的功能模塊，無須ARM Cortex-M3處理器的介入，便能夠執(zhí)行完整的模擬前/后處理，包括信號采集的采樣和排序。

由于ARM Cortex-M3內(nèi)核就在ACE附近，初看起來在ACE模塊中加入這樣的功能似乎是多余的。然而，半自主的ACE可減少處理器內(nèi)核的日常任務(wù)，例如，信號采集、處理、存儲和輸出等工作完全無須通過Cortex-M3處理器就能完成。設(shè)計(jì)人員能以這種方式配置器件，以使Cortex-M3處理器不受其他影響地執(zhí)行實(shí)時(shí)處理任務(wù)。

在一個電源管理的設(shè)計(jì)工作中，監(jiān)測每一電壓軌是否偏離正常值以及警告等工作都由ACE來執(zhí)行，它還有可應(yīng)付更復(fù)雜的任務(wù)的能力，包括濾波和線性轉(zhuǎn)換等。它所處理的可編程模擬模塊包括ADC、DAC、和SCB。注意，此模擬模塊擁有與微控制器子系統(tǒng)和FPGA架構(gòu)的豐富連接組合。這些元素中的每一項(xiàng)，不管是單獨(dú)或作為一組功能模塊，其互連和工作參數(shù)都是可完全編程的。

設(shè)計(jì)靈活性更上一層樓
對于SmartFusion而言，器件和其相關(guān)的設(shè)計(jì)工具都已準(zhǔn)備就緒，因此不管是具備何種背景的工程師，都能充滿信心地執(zhí)行一個完整的設(shè)計(jì)。

當(dāng)利用SmartFusion器件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一種基于圖形化用戶界面(GUI-based)拖放的操作方式（drag-and-drop-style）可提供對完整預(yù)定義IP功能庫的立即存取。對C語言和RTL程序代碼開發(fā)人員來說，此工具套件可擴(kuò)展他們的專業(yè)領(lǐng)域，因此芯片的資源能充分被使用。此設(shè)計(jì)工具可提供協(xié)作環(huán)境，讓傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能針對SmartFusion的不同領(lǐng)域共同合作。

設(shè)計(jì)安全性
在現(xiàn)有的基于快閃FPGA系列器件中，愛特已對可編程邏輯提供了增強(qiáng)的設(shè)計(jì)安全性。ARM公司愿意將其處理器內(nèi)核的軟件版本授權(quán)給愛特公司，并在其FPGA中實(shí)現(xiàn)，就可以證明對于此設(shè)計(jì)安全性的信心。一旦編程到陣列之中，黑客將難以從硅片中讀取此內(nèi)核的IP。現(xiàn)在，微控制器內(nèi)核與FPGA架構(gòu)在相同的硅片上，此保護(hù)也延伸到系統(tǒng)軟件以及FPGA配置碼。ARM Cortex-M3是一個硬核，因此現(xiàn)已不需要這樣的保護(hù)形式。

在單芯片環(huán)境中可提供固有的IP安全性，由于SmartFusion是一個快閃器件，因而不再需要從外部存儲讀取配置檔案。在執(zhí)行時(shí)，諸如FPGA到ARM內(nèi)核總線的內(nèi)部接口是看不到的，同時(shí)在它們上面的流量也無法監(jiān)控。

此外，還有多種額外選項(xiàng)可供設(shè)計(jì)人員用來保護(hù)IP。最簡單的方法是將存有FPGA配置的閃存以及Cortex-M3程序代碼編程到“干凈”的區(qū)域中，并設(shè)定一個“生效時(shí)切斷保險(xiǎn)絲”的條件，防止此閃存區(qū)域被讀取或重新編程。此功能也稱為FlashLock。從Actel Libero集成式設(shè)計(jì)環(huán)境(IDE)輸出的資料，包含配置和運(yùn)行時(shí)間(run-time)程序代碼，也能用128位AES標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加密，以期在安全的制造環(huán)境之外也可以確保其IP得到保護(hù)。如果以匹配(matching)程序檔案做好設(shè)定，一個內(nèi)建的128位AES解密引擎可在最后的產(chǎn)品制造期間進(jìn)行安全的系統(tǒng)內(nèi)(in-system)編程。