從閃存到MRAM：滿足現(xiàn)代FPGA配置的需求

在技術(shù)飛速發(fā)展的今天，新興的航空電子、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和汽車應(yīng)用正在重新定義人們對現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）的期望。FPGA之前主要依靠閃存來存儲(chǔ)配置位流。這種方法適用于許多主流FPGA配置應(yīng)用；然而，隨著技術(shù)的進(jìn)步以及對更高可靠性和性能的需求增加，人們需要更多樣化的配置存儲(chǔ)選項(xiàng)。這種轉(zhuǎn)變的催化劑在于應(yīng)用和行業(yè)的不同需求，它們目前正不斷突破FPGA應(yīng)用的極限，要求在數(shù)據(jù)完整性、系統(tǒng)耐用性和運(yùn)行效率等方面更進(jìn)一步。

現(xiàn)代應(yīng)用需要更先進(jìn)的功能

1.更高的耐用性和可靠性：高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)和先進(jìn)的互連航空電子技術(shù)等應(yīng)用要求元件能夠承受惡劣的環(huán)境條件，并具有較高的耐用性。閃存雖然在某些條件下性能可靠，但在耐用性方面存在局限性，因此無法滿足這些嚴(yán)格的要求。

2.更快的配置時(shí)間：在實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)處理或高可靠性通信等對時(shí)間要求極高的環(huán)境中，對快速配置的需求至關(guān)重要。傳統(tǒng)的閃存會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)間延遲。

從閃存到MRAM：任務(wù)成功的關(guān)鍵

為FPGA設(shè)計(jì)電路或應(yīng)用時(shí)，需要使用硬件描述語言（HDL）來描述FPGA內(nèi)部的功能應(yīng)如何布線。HDL代碼使用FPGA開發(fā)軟件（如Lattice Radiant?）編譯成FPGA配置文件，即位流。位流包含二進(jìn)制數(shù)據(jù)，告訴FPGA內(nèi)部的每個(gè)邏輯元件（觸發(fā)器、門電路等）如何連接和執(zhí)行數(shù)字功能。位流生成后，將存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器件中。在上電過程中，配置位流被加載到FPGA中。一旦配置了位流，F(xiàn)PGA就會(huì)開始執(zhí)行任各類編程任務(wù)，如數(shù)據(jù)或信號(hào)處理、控制功能和協(xié)議橋接等。

磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（MRAM）是一種新興的非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，它利用材料的磁性來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。與依靠電荷存儲(chǔ)的傳統(tǒng)閃存不同，磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器利用磁隧道結(jié)將二進(jìn)制數(shù)據(jù)表示為磁性狀態(tài)的方向。這種方法具有多種優(yōu)勢，包括更低的功耗、更高的耐用性以及更快的讀寫速度。此外，MRAM的非易失性確保了即使在沒有電源的情況下也能保留數(shù)據(jù)，使其成為閃存的可靠而高效的替代品。MRAM的可擴(kuò)展性以及與CMOS工藝無縫集成的能力，進(jìn)一步使其成為追求高能效存儲(chǔ)解決方案的有力競爭者。

閃存等傳統(tǒng)存儲(chǔ)技術(shù)表現(xiàn)固然出色，但新的應(yīng)用推動(dòng)了對更可靠的配置存儲(chǔ)的需求，它們需要在惡劣的環(huán)境條件下具有更好的穩(wěn)定性和更高的性能。例如，在需要高耐用性或高性能的網(wǎng)絡(luò)邊緣應(yīng)用中，MRAM 可以通過OTA處理大量的高速讀/寫周期，以支持持續(xù)的數(shù)據(jù)更新，而無需經(jīng)歷擦除周期，也無需使用閃存文件系統(tǒng)或?qū)Ｓ每刂破鳌?/p>

在汽車應(yīng)用中，MRAM可在較大的溫度范圍和惡劣條件下高效運(yùn)行。在關(guān)鍵任務(wù)運(yùn)輸和航空電子應(yīng)用中，MRAM對于存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)置和操作數(shù)據(jù)記錄至關(guān)重要。在對數(shù)據(jù)可靠性要求極高的太空應(yīng)用中，MRAM具有抗強(qiáng)輻射的能力，可簡化在軌重新編程，限制輻射引起的錯(cuò)誤。

采用支持MRAM的FPGA讓應(yīng)用面向未來

包括萊迪思Certus?-NX、CertusPro?-NX和Avant?在內(nèi)的萊迪思FPGA，采用了可靠的制程技術(shù)、架構(gòu)得以優(yōu)化、擁有成熟的設(shè)計(jì)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)后臺(tái)重新配置、內(nèi)置的硬擦除器用于檢測和糾正錯(cuò)誤、還有容錯(cuò)IP和各種有針對性的工具來幫助降低可靠性風(fēng)險(xiǎn)。利用這些FPGA器件，用戶可以受益于低功耗FPGA架構(gòu)和快速安全的位流配置/重新配置。

為了增強(qiáng)客戶的編程體驗(yàn)，萊迪思正著手更新EDA工具，支持原生MRAM編程。我們一直在與包括Everspin Technologies和Avalanche Technology在內(nèi)的著名MRAM產(chǎn)品供應(yīng)商合作，以展示硬件互操作性和原生軟件集成。

萊迪思最新發(fā)布的Radiant工具實(shí)現(xiàn)了對MRAM位流的直接訪問和編程接口，支持各種數(shù)據(jù)速率和存儲(chǔ)容量。它支持MRAM容量高達(dá)256 Mb的器件，并完全支持SPI、QSPI和xSPI。萊迪思最新的FPGA現(xiàn)支持工作頻率為160 MHz的X8數(shù)據(jù)寬度，實(shí)現(xiàn)了業(yè)界最快的配置時(shí)間。將這種高性能FPGA配置接口與MRAM結(jié)合使用，可為關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)帶來先天的設(shè)計(jì)優(yōu)勢。

萊迪思Radiant支持MRAM SPI閃存

使用MRAM來存儲(chǔ)FPGA配置位流不僅僅是一種技術(shù)升級(jí)，更是一種面向未來的高可靠性系統(tǒng)的戰(zhàn)略舉措。隨著各行各業(yè)對其電子元件的要求不斷提高，支持MRAM的FPGA系統(tǒng)已成為故障零容忍應(yīng)用的最佳解決方案。