新一代FPGA增添了ASIC最佳的可重编程功能

　　设计人员对硅解决方案的需要已有一段时间的认识，结合了现场可编程门阵列 (FPGA) 的灵活性和快速转换能力，以及从前只有 ASIC 才能提供的低单价、高安全性、上电即行和低功耗优点。

 
　　为了兼备二者之长，FPGA制造商开发了一系列先进的技术，让其器件供越来越多的应用采用。结果，FPGA已从纯粹的建模工具发展成为适合中小批量生产的应用器件。 
 

　　新一代FPGA现更进一步朝着这个方向发展。崭新的FPGA器件如Actel新推出的ProASIC3/E系列，可提供媲美ASIC的单位成本、性能、可靠性和功耗特性。它们一方面保持了FPGA的灵活性、快速响应和面市等优点，同时解决了众所周知传统以SRAM为基础结构的安全性、元件数目和功耗等问题。一样　重要的是，当ASIC的成本因为非经常性开支 (NRE) 和掩膜成本不断上升而变得越来越高时，这些FPGA器件成功通过采用新的半导体工艺和创新结构来降低单位成本。

　　ProASIC3/E 产品采用先进的 130nm Flash 技术制造，其器件针对“价值”FPGA 市场环节及要求

全功能 FPGA 应用的高密度器件。以价值为基础的器件提供 3 万至 100 万有效系统门数、单端和差分 I/O 标准、专用 SRAM/FIFO 存储器和锁相环 (PLL)。对于高端应用，ProASIC3E 系列更提供增强的特性，如高密度逻辑 (有效门数高达 300 万)、较大的 SRAM 空间、6 个 PLL，以及支持600 多个单端 I/O。

　　这些器件采用类似于门阵列的微细颗粒结构。每个内核单元 (称为VersaTile) 都可以配置为一个三输入逻辑功能、一个D型触发器或锁存器 (带或不带使能)。这种多功能性可充分发挥FPGA结构的特点，意味着ProASIC3/E内核可轻易处理寄存器密集型应用。此外，由于每个VersaTile所有输入信号都可以反向，而输出可连接到超快速本地及有效的长线路由资源，因此可以简化技术的映射和网表优化。

　　ProASIC3/E系列器件还分配有 Flash 开关，提供非挥发性之可配置互连编程功能，保证几乎任何设计都可实现最高的内核利用率。ProASIC Flash 结构容许器件的裸片尺寸更小，因为每个开关只使用一个存储晶体管，而传统以SRAM为基础的FPGA则需6个晶体管才能构成一个编程单元。
 

　　利用 Flash 技术作为 ProASIC3/E 产品系列基础的另一个优势，在于能够支持用户非挥发性存储器。每个器件包括 1024 位 Flash ROM (FROM)，可以读、写和更改。视乎安全设置而定，FROM 可通过 IEEE1532 JTAG 或 FPGA 内核进行存取。带信息认证 (Message Authentication；MAC) 的 AES 解密可以选择性地使用，以便通过公共网络安全地装载数据 (如存储在 FROM 内用于用户设计的安全匙)。FROM 的内容无需擦除 FPGA 内核就可进行编程。这些特性使得 FROM 特别适用于包括 IP 寻址 (无线或有线)；系统校准设置；设备序列化和/或库存控制；资产管理跟踪；以订阅模式为基础的业务 (如机顶盒)；安全匙存储；日期打码；版本管理；以及通用 Flash 存储等系统应用。

　　可以批量生产的 FPGA 还需要具备强大的 RAM 功能，而 ProASIC3 系列储存器可作为 RAM 或 FIFO。无论是读或写操作，这个存储器模块都会严格地以同步模式操作，因此可满足高性能设计的需要。读和写时钟则是完全独立的，并且可各自于高达 350 MHz 的频率中工作。
 
　　ProASIC3 存储器结构可让用户执行多种常用的存储器配置，包括：真正的双端口 RAM，带有二读、二写或一读一写端口；两端口配置，提供一读一写端口；以及同步写、同步流水线和非流水线读。还提供片上 FIFO 控制逻辑，包括解码器、通过内置标记逻辑的 FIFO 控制，以及 FIFO 深度和溢满阈限的可编程性。

　　ProASIC3 结构还经过优化，以支持需要先进和灵活时钟资源的批量生产应用。该系列产品的每个型号都带有 6 个时钟调节电路 (CCC)，而且除最小的型号外都带有一个或多个 PLL。PLL 提供时钟分割/倍乘、频率合成、最小化时钟偏斜，以及时钟延迟/超前等功能。CCC 模块输入可通过 FPGA 内核或其中一个专门连接 CCC 模块的 I/O 输入进行存取。

　　以最低成本实现I/O 密集的设计能力是新一代以量产为目标 FPGA 的另一个优势。ProASIC3 器件提供很高的 I/O与系统门比例，让设计者不会因为缺乏 I/O 资源而转向较高密度的器件。

ProASIC3/E 器件 I/O 模块内的灵活可编程结构不单能满足许多 I/O 标准的要求，而其寄存器更可用于支持高性能寄存器输入和输出。寄存器也可用于支持I/O 结构内的 JESD-79C 双数据速率 (DDR) 标准。为了简化通信及减少系统元件数 (从而降低功耗和线路板空间)，该 I/O 可支持很多 I/O 标准所要求的 3.3V、2.5V、1.8V 和 1.5V输入电压。

　　ProASIC3/E器件的最后一个重要特点是建基于以Flash为基础器件对批量生产应用的内在适应性。首先，以 Flash 为基础的器件具有很高的安全性 (FlashLock)，可防止数据和IP被克隆、反求和过建，这特性并通过一个片上128位AES解密内核来增强，使到FPGA内核阵列结构和FROM能实现安全的系统内编程 (ISP)。ProASIC3/E还具有对安全设置 (AES主匙)、FROM和内核结构独立编程的能力，最初可只用AES主匙对器件编程，然后在制造期间使用AES加密位流在非保密的编程或制造中心进行编程，从而保障了所供应的材料只会作既定用途。

　　Flash 器件具有固有的上电即行特性，而

ProASIC3 器件更带有精密的上电管理电路，确保器件可轻易从电源关闭状态转换到导通状态。特别是 I/O 可以在整个上电顺序过程保持在已知状态。由于这些器件可以即时导通，因此可用于执行或协助系统内的上电后关键任务。

　　更短的产品生命周期、不断缩短的产品面市时间及无休止的成本压力都为面向生产的 FPGA 带来了新的需求。而 Actel 的 ProASIC3/E 系列器件是第一个结合 ASIC 和 FPGA 两者所长的可编程逻辑器件，同时是第一个能够降低系统总成本及加速大批量应用产品开发的量产 FPGA。