深入芯片核心：剖析SmartFusion2 SoC FPGA的艺术

　　电子发烧友网核心提示：美高森美（Microsemi）公司的产品以低功率、安全性、可靠性为主要特色，为高价值市场提供半导体解决方案。近期又推出了新一代SmartFusion2 SoC FPGA，详见【Microsemi推出新一代SmartFusion2 SoC FPGA产品   】。新一代SmartFusion2 SoC FPGA与其他FPGA厂商注重工艺、门数和封装均有所不同，Microsemi公司SoC产品部门副总裁兼总经理Esam Elashmawi和美高森美中国区销售经理夏明威主要就SmartFusion2是什么、SmartFusion2能做什么以及SmartFusion2为什么安全、可靠、低功耗等 几方面介绍了此新产品。

　　图 SmartFusion2 SoC FPGA

　　Microsemi公司SoC产品部门副总裁兼总经理Esam Elashmawi

　　SmartFusion2是什么？

　　它首先是一个系统级的FPGA，在这个芯片上集成了具有可靠性的快闪FPGA架构、一个166MHz ARM Cortex-M3处理器、安全处理加速器、DSP模块、SRAM、eNVM和高性能通讯接口。

　　

　　图 SmartFusion2 SoC FPGA架构图

　　SmartFusion2能做什么？

　　Esam Elashmawi表示，SmartFusion2 SoC FPGA设计主要应用于工业、国防、航空、通讯和医疗行业具有挑战性的安全关键性应用。具体包括工业应用中的紧急关闭系统、燃烧和气体系统、涡轮控制、铁路应用中的信号系统、军用和商用飞机中的控制系统、医疗器材软件管理比如胰岛素泵等。据Esam Elashmawi介绍，一架空客A380上千个Microsemi的FPGA。总之凡是需要安全性、高可靠性和低功耗FPGA的应用，都可以考虑SmartFusion2。

　　SmartFusion2为什么安全、可靠、低功耗？

　　安全性：分为设计和数据安全性。SmartFusion2继续采用flash结构（与其他几家FPGA采用SRAM架构不同），因其具有非易失性，易于保护机密和高价值的设计，能够防止篡改、克隆、过度建造、反向工程和伪造。

　　多个内置的加密处理加速器（硬件加速可靠而且快速）包括先进加密标准AES-256进行位流加密、安全散列算法SHA-256位流认证安全编程、384位椭圆曲线密码引擎、以及不确定性随机位发生器。

　　安全密钥保护：采用Cryptographic Research Incorporated（CRI）技术提供差分功率分析（DPA）防御技术、以加密形式存储的非易失性密钥、不确定性随机数产生器生成的密钥、“固有识别码”的物理不可克隆功能用于密钥保护。这样既可以防止设计被盗也可以防止数据丢失。

　　可靠性：SmartFusion2具备高可靠性和单事件翻转（single event upset，SEU（SEU可引起二进位代码状态改变并损坏数据，导致硬件故障））免疫能力，达到零故障率，这是工业和军工类甚至是消费类电子都迫切需要的。Flash结构比起SRAM结构还具有一大优势，在受到辐射的时候，Flash不会受到干扰，保证不会发生故障。

　　低功耗：SmartFusion2在保证处理器不牺牲性能同时采用Flash*Freeze待机模式，这与MCU中常采用的睡眠模式相似，通过简单的命令即可以启动此模式，而且进入和退出的时间均为100μs，只需要1/20的功耗。在进入Flash*Freeze模式后，可以保持所有寄存器和SRAM状态，可以设置I/O状态，可以使用低频率时钟运行MSS以及与MSS外设相关的I/O。

　　SmartFusion2汇集了业内众多领导厂商组成了完整的生态系统，包括ARM社群、EDA工具提供商（如Synopsys、Libero等）、RTOS供应商（Micrium、FreeRTOS等）和编译/调试软件（GNU、IAR和Keil）。完整的生态系统可以为工程师减轻开发难度，从而更有精力增添产品的附加价值。

　　采用65nm制程的SmartFusion2 SoC FPGA，要将安全性发挥到极致，将应用拓展至所有需要FPGA的主流应用，用Esam Elashmawi的话来说“安全性、可靠性不只军工行业需要”。

　　美高森美中国区销售经理夏明威

　　说起Microsemi注重安全性的原因时，美高森美中国区销售经理夏明威先生表示，每个公司关注的焦点不同，其实都是在寻求一种差异化。安全和可靠，就是美高森美的特色。