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fpga的基本結構和工作原理

生活 更新时间:2024-07-20 23:21:01

fpga的基本結構和工作原理(你對FPGA的工藝結構了解多少)1

随着FPGA的生産工藝不斷提高,各種新技術被廣泛應用到FPGA芯片的設計生産的各個環境。其中,生産工藝結構決定了FPGA芯片的特性和應用場合。

基于SRAM結構的FPGA

目前最大的兩個FPGA廠商Altera公司和Xilinx公司的FPGA産品都是基于SRAM工藝來實現的。這種工藝的優點是可以用較低的成本來實現較高的密度和較高的性能;缺點是掉電後SRAM會失去所有配置,導緻每次上電都需要重新加載。

重新加載需要外部的器件來實現,不僅增加了整個系統的成本,而且引入了不穩定因素。加載過程容易受外界幹擾而導緻加載失敗,也容易受“監聽”而破解加載文件的比特流。

雖然基于SRAM結構的FPGA存在這些缺點,但是由于其實現成本低,被廣泛應用在各個領域,尤其是民用産品方面。

基于反熔絲結構的FPGA

目前FPGA廠商Actel公司的FPGA産品都是基于反熔絲結構的工藝來實現的,這種結構的FPGA隻能編程一次,編程後和ASIC一樣成為了固定邏輯器件。Quick Logic公司也有類似的FPGA器件,主要面向軍品級應用市場。

這樣的FPGA失去了反複可編程的靈活性,但是大大提高了系統的穩定性,這種結構的FPGA比較适合應用在環境苛刻的場合,如高振動、強電磁輻射等航空航天領域。同時,系統的保密性也得到了提高。這類FPGA因為上電後不需要從外部加載配置,所以上電後可以很快進入工作狀态,即“瞬間上電”技術,這個特性可以滿足一些對上電時間要求苛刻的系統。由于是固定邏輯,這種器件的功耗和體積也要低于SRAM結構的FPGA。

基于Flash結構的FPGA

Flash具備了反複擦寫和掉電後内容非易失特性,因而基于Flash結構的FPGA同時具備了SRAM結構的靈活性和反融絲結構的可靠性。這種技術是最近幾年發展起來的新型FPGA實現工藝,目前實現的成本還偏高,沒有得到大規模的應用。

從系統安全的角度來看,基于Flash結構的FPGA具有更高的安全性,硬件出錯的幾率更小,并能夠通過公共網絡實現安全性遠程升級,經過現場處理即可實現産品的升級換代,該性能減少了現場解決問題所需的昂貴開銷。

基于Flash結構的FPGA在加電時沒有像基于SRAM結構的FPGA那樣大的瞬間高峰電流,并且基于SRAM結構的FPGA通常具有較高的靜态功耗和動态功耗。因此,基于SRAM結構的FPGA功耗問題往往迫使系統設計者不得不增大系統供電電流,并使得整個設計變得更加複雜。

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