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作者：萊迪思半導(dǎo)體 在可編程邏輯器件領(lǐng)域，基于SRAM的FPGA經(jīng)常被誤解。這些FPGA具有極高的靈活性和可重新配置特性，是從消費(fèi)電子到航空航天等各類應(yīng)用的理想選擇。此外，基于SRAM的FPGA還能帶來(lái)高性能和低延遲，非常適合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和高速通信等要求苛刻的任務(wù)。 一個(gè)常見(jiàn)的誤解是，基于SRAM的FPGA會(huì)因啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)而不堪負(fù)荷。通常的說(shuō)法是，由于其配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在片外，特別是在加密和需要驗(yàn)證的情況下，將這些信息加載到FPGA的過(guò)程就成了瓶頸。然而，對(duì)于許多基于SRAM的現(xiàn)代FPGA來(lái)說(shuō)，這種觀點(diǎn)并不成立，萊迪思Avant FPGA平臺(tái)就是最佳范例，它的獨(dú)特創(chuàng)新打破了啟動(dòng)時(shí)間限制，啟動(dòng)時(shí)間比同類FPGA快10倍。 
萊迪思Avant FPGA屬于中端FPGA，其可編程結(jié)構(gòu)采用SRAM技術(shù)，這意味著配置是易失的，必須在上電時(shí)加載。配置數(shù)據(jù)或位流通常存儲(chǔ)在外部非易失性存儲(chǔ)器中，如SPI閃存或MRAM。此外，為了增強(qiáng)安全性，Avant器件支持使用AES-256-GCM對(duì)位流進(jìn)行加密，并通過(guò)ECDSA或RSA進(jìn)行驗(yàn)證。配置文件加密的使用取決于管理秘鑰的步驟。這種管理包括密鑰的生成、程序?qū)γ荑�的存儲(chǔ)、將密鑰安全注入FPGA器件，以及保護(hù)、撤銷和更新密鑰的安全架構(gòu)。 萊迪思Avant FPGA采用多層次的密鑰管理方法，包括使用被稱為物理不可克隆功能（PUF）的獨(dú)特硬件可信根、安全的出廠配置、靈活的用戶密鑰生成和存儲(chǔ)選項(xiàng)（eFuse和BBRAM），以及具有強(qiáng)大位流加密和驗(yàn)證功能的安全啟動(dòng)過(guò)程，所有這些都在專用的嵌入式安全模塊中進(jìn)行管理，并通過(guò)萊迪思Radiant軟件進(jìn)行配置。欲了解更多詳情，請(qǐng)?jiān)诖讼螺d用戶指南。 然而，有人認(rèn)為這些因素必然導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，這一觀點(diǎn)忽略了Avant FPGA為確保快速高效的系統(tǒng)啟動(dòng)而采用的先進(jìn)技術(shù)。 讓我們探討其中一些關(guān)鍵的創(chuàng)新，了解萊迪思如何實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)： • 早期I/O啟用功能：Avant FPGA實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)的核心要素之一是其獨(dú)特的早期I/O啟用技術(shù)。該創(chuàng)新方案允許器件左右兩側(cè)的特定I/O組在位流處理初始階段即激活并進(jìn)入用戶預(yù)設(shè)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。通過(guò)這種方式，關(guān)鍵系統(tǒng)接口能夠在配置周期極早期完成初始化并投入運(yùn)作，從而為整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“瞬時(shí)啟動(dòng)”的響應(yīng)能力。與傳統(tǒng)方案需要等待完整位流加載不同，采用該技術(shù)的系統(tǒng)可在5毫秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)與FPGA I/O端口的交互，大幅縮短了系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間。 • 超高速配置接口：Avant系列FPGA配備基于串行外設(shè)接口（SPI）的高速配置系統(tǒng)。該接口支持串行/雙線/四線模式，其中高性能八線SPI（x8，雙倍傳輸速率）可實(shí)現(xiàn)160MHz工作頻率，實(shí)現(xiàn)位流從外部存儲(chǔ)器至FPGA配置SRAM的極速傳輸，有效縮短整體配置周期。器件啟動(dòng)時(shí)采用快速簽名驗(yàn)證及前導(dǎo)碼檢測(cè)機(jī)制，加速加載進(jìn)程。 • 位流壓縮：為了進(jìn)一步加快配置過(guò)程，Avant FPGA支持位流壓縮。通過(guò)壓縮配置數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)器中的位流最多可減小75%，從而加快了配置接口的下載速度。然后，F(xiàn)PGA會(huì)在配置過(guò)程中有效地解壓縮這些數(shù)據(jù)。 • TransFR（透明重新配置）：雖然TransFR技術(shù)主要側(cè)重于最大限度地減少更新過(guò)程中的系統(tǒng)中斷，但它也提高了Avant配置效率。它允許在FPGA繼續(xù)運(yùn)行時(shí)對(duì)非易失性存儲(chǔ)器進(jìn)行后臺(tái)編程或重新配置。當(dāng)使用TransFR啟動(dòng)重新配置時(shí)，I/O狀態(tài)將被捕獲，以保持SRAM更新期間的系統(tǒng)穩(wěn)定性。這一功能凸顯了配置機(jī)制的速度和可控性。
觀看視頻了解萊迪思中端Avant-G FPGA令人驚嘆的啟動(dòng)速度。與同類競(jìng)品相比，萊迪思Avant FPGA的啟動(dòng)時(shí)間大大加快，使其成為安防和安全關(guān)鍵應(yīng)用的首選。
總之，雖然像萊迪思Avant這樣基于SRAM的FPGA確實(shí)依賴于片外配置存儲(chǔ)來(lái)提供加密和驗(yàn)證等高級(jí)安全功能，但它們的啟動(dòng)速度本身并不慢。通過(guò)創(chuàng)新技術(shù)，如早期I/O啟用、超快配置接口、位流壓縮和高效的重新配置機(jī)制（如TransFR），萊迪思Avant FPGA有效地化解了啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)的痛點(diǎn)，提供了快速的系統(tǒng)啟動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)了廣泛的高性能應(yīng)用。除了安全性和靈活性之外，它還能確保從上電開(kāi)始就能獲得無(wú)縫、快速的用戶體驗(yàn)。 |
