全新SoC FPGA实现安全性、可靠性和低功耗突破能力

2012年10月10日10:46:28 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

美高森美公司SoC产品部门副总裁兼总经理Esam Elashmawi解读业界唯一瞄准工业、国防、航空、通信和医疗应用的快闪FPGA器件

美高森美公司（Microsemi Corporation）发布了新的SmartFusion®2系统级芯片（system-on-chip，SoC）现场可编程门阵列（field programmable gate array，FPGA）系列。公司SoC产品部门副总裁兼总经理Esam Elashmawi为媒体解读了这款业界唯一瞄准工业、国防、航空、通信和医疗应用的快闪FPGA器件。

满足关键应用对先进安全性、高可靠性和低功耗需求

Esam Elashmawi表示，Microsemi下一代SmartFusion2 SoC FPGA设计用于满足关键性工业、国防、航空、通信和医疗应用对先进安全性、高可靠性和低功耗的基本需求。SmartFusion2在单一芯片上集成了固有可靠性的快闪FPGA架构、一个166（MHz）ARM® Cortex™-M3处理器、先进的安全处理加速器、DSP模块、SRAM、eNVM和业界所需的高性能通信接口。

几年前，美高森美公司通过增强产品组合、集中研发力量，以及战略性增添用于高价值、高门槛市场的关键产品和技术，实施了推动高价值市场增长的策略。新的SmartFusion2产品系列是美高森美正在开发的业界领先产品之一，这些产品拓展了美高森美总体系统解决方案产品阵容，并且进一步巩固公司在安全性至关重要、可靠性不容妥协，以及低功耗必不可少的各个应用领域的领导地位。

Esam Elashmawi说：“我们新推出SmartFusion2 SoC FPGA设计用于工业、国防、航空、通信和医疗行业的具有挑战性的安全关键性应用，在这些应用中，可靠且无瑕疵的器件运行是必需的。我们的SmartFusion2器件具备所需的差异化特性，能够确保在非常低的功耗下安全、可靠地运行。这些下一代器件还具有较高的密度和行业标准接口，使得我们能够满足更广大范围的主流应用需求。”

他透露，美高森美已经接洽计划在广泛的应用中使用SmartFusion2器件的领先客户，应用包括飞行数据记录器、武器系统、除颤器、手持无线电设备、通信系统管理应用和工业马达控制。

实现设计和数据安全性

近期针对工业、国防、航空、通信和医疗系统的攻击事件，突显了对电子系统内的安全性和防篡改防护措施的需求。SmartFusion2包含突破性的安全能力，采用了基于非易失性快闪技术的较先进设计保护功能，易于保护机密和高价值的设计，防止篡改、克隆、过度建造、反向工程和伪造。

安全性威胁

SmartFusion2提供了较先进的设计和数据安全能力，它使用SoC FPGA业界唯一具备物理上不可克隆功能（physically unclonable function，PUF）的密匙登记和重建能力，打造具有安全密匙存储能力的根源可靠性（root-of-trust）设备。SmartFusion2也是唯一使用Cryptographic Research Incorporated （CRI）产品组合技术来防御差分功率分析（differential power analysis，DPA）攻击的SoC FPGA器件。用户还可以利用多个内置的加密处理加速器，包括：先进加密标准（advanced encryption standard，AES）AES-256、安全散列算法（secure hash algorithm，SHA）SHA-256、384位椭圆曲线密码（elliptical curve cryptographic，ECC）引擎，以及不确定性随机位发生器（non-deterministic random bit generator，NRBG）。

Esam Elashmawi称，借助这些特性组合，以及基于快闪的架构，SmartFusion2成为市场上较安全的FPGA器件。

满足高可靠性

Esam Elashmawi介绍说，美高森美的可编程逻辑解决方案广泛用于国防和航空应用，因为它们具备高可靠性和单事件翻转（single event upset，SEU）免疫能力。SEU可以引起二进位代码状态改变并损坏数据，导致硬件故障。SEU防御需求也开始扩展到工业和医疗应用领域。

SmartFusion2器件设计用于满足众多行业标准的要求，包括IEC 61508、DO254和DO178B，并且具有达到零故障率（failures in time，FIT）的SEU免疫能力。作为一项附加优势，SmartFusion2快闪FPGA架构无需外部配置来提供额外的安全防护水平，因为在电源关闭时，这款SoC FPGA能够保留其配置，并实现“瞬间启动”（instant-on）性能。

SmartFusion2是唯一能够保护其所有的SoC嵌入式SRAM存储器避免SEU错误的SoC FPGA器件。这是通过在Cortex-M3嵌入式暂时存储器（scratch pad memory）等嵌入式存储器、以太网、控制器局域网（CAN）和USB缓冲器上，使用单错校正、双错检测（single error correction，double error detection，SECDED）保护功能来完成的，并且提供用于DDR内存控制器的选项。

这些产品特性，以及基于快闪的器件架构，使得SmartFusion2成为用于需要防止破坏性SEU事件发生的航空环境等严苛应用的理想解决方案。

较低的功耗

SmartFusion2 SoC FPGA为设计人员提供了比同等的SRAM FPGA器件低100倍的待机功耗，且不影响性能。设计人员可以通过简单的命令来启用Flash*Freeze待机功耗模式。在此模式中，可以保持所有寄存器和SRAM的状态、设置I/O状态、以低频率时钟运行微处理器子系统（microprocessor sub-system，MSS）与MSS外设相关的I/O。SmartFusion2 SoC FPGA器件能够在大约100μs内进入和退出Flash*Freeze模式，适用于需要短暂间歇活动的低占空比应用，比如尺寸、重量和功率都至关重要的防御无线电应用。

竞争产品比较

SmartFusion2的技术细节

美高森美基于快闪技术的SoC FPGA为低功耗重新定义。其50K查找表（look-up table，LUT）器件能够实现10mW静态功耗，包括处理器且不会牺牲性能。采用Flash*Freeze待机模式，功耗更下降至1mW。与类似的SoC FPGA或FPGA器件相比，待机功率降低了大约100倍。

Microsemi SmartFusion2器件具有从5K LUT到120K LUT的密度范围，加上用于数字信号处理（digital signal processing，DSP）的嵌入式存储器和多个累积模块。高带宽接口包括具有灵活性5G SERDES的PCI Express （PCIe），以及高速双数据速率DDR2/DDR3内存控制器。该器件还包含了采用一个166 MHz ARM Cortex-M3处理器、片上64KB eSRAM和512KB eNVM的微处理器子系统（microprocessor sub-system，MSS），以期较大限度地减小总体系统成本。MSS具有增强性嵌入式跟踪宏单元（embedded trace macrocell，ETM）、8 Kbyte指令高速缓存，以及包括控制器局域网（controller area network，CAN）、千兆位以太网和高速USB 2.0的外设。另外还有可选的安全加速器可用于数据安全应用。

采用SmartFusion2进行设计

系统设计人员可以采用新推出且易于使用的Libero® SoC软件工具套件来设计SmartFusion2器件。Libero SoC集成了来自Synopsys公司的业界领先的综合工具、调试软件和DSP支持，来自Mentor Graphics公司的仿真工具，以及功率分析、时序分析和按键式设计流程。固件开发完全集成在Libero SoC内，采用来自GNU、IAR和Keil公司的编译和调试软件。根据系统创建器（System Builder）选择，可以自动生成所有的器件驱动程序和外设初始化。ARM Cortex-M3处理器包含对EmCraft Systems的嵌入式Linux，以及Micrium的FreeRTOS、SAFERTOS和uc/OS-III等操作系统的支持。

SmartFusion2系统构建师

Esam Elashmawi告诉记者，客户现在可以开始使用SmartFusion2 M2S050T工程样品进行设计，美高森美将于2013年初推出首批生产硅器件。

全新SoC FPGA实现安全性、可靠性和低功耗突破能力

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