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整合ARM、FPGA與可編程模擬電路設(shè)計(jì)的單芯片技術(shù)

作者: 時(shí)間:2010-06-24 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
如果世上真的有典型或者通用的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,主流半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品目錄一定會薄很多?,F(xiàn)在設(shè)計(jì)人員不僅要從多種處理器架構(gòu)中進(jìn)行選擇(大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)都以處理器內(nèi)核為中心),而且外設(shè)、通信端口和功能組合的選擇幾乎無限。而這正好指出了嵌入式應(yīng)用的多樣性所帶來的問題:盡管有如此多的標(biāo)準(zhǔn)端口可供選擇,卻很少有設(shè)計(jì)人員能夠最終實(shí)現(xiàn)解決方案。他們的選擇往往都是微控制器加大量輔助芯片,其中常常包括一些用以提供微控制器所缺乏的特定邏輯功能的邏輯,和作為實(shí)際信號接口的IC。

設(shè)計(jì)人員極少實(shí)現(xiàn)解決方案,原因之一在于他們只能在有限的預(yù)定義功能組合中作出選擇。其它原因還包括應(yīng)對設(shè)計(jì)變化的靈活性:功能與初始規(guī)格的匹配越精確,往后在項(xiàng)目進(jìn)展過程中能夠適應(yīng)不斷變化的要求的空間就越小。然而,一旦解決方案要采用多芯片來實(shí)現(xiàn),設(shè)計(jì)安全性的問題就凸顯出來了。由于芯片間布線板級暴露,而且MCU代碼和/或配置數(shù)據(jù)沒有加密,整個(gè)設(shè)計(jì)便很容易被盜版。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/151772.htm

而隨著Actel SmartFusion器件的推出,設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在可以使用解決方案來提供期盼已久的邏輯、電路與一個(gè)功能強(qiáng)大的業(yè)界領(lǐng)先32位架構(gòu)微控制器內(nèi)核的結(jié)合。最重要的是,有一個(gè)同樣全面的工具鏈支持該器件的廣泛靈活性(模擬和數(shù)字功能均可定制)與 Cortex-M3處理器的軟件可編程性相結(jié)合。


F2: SmartFusion中的可編程模擬模塊(包括:精度為1%的ADC和DAC、多達(dá)3個(gè)采樣頻率為600 Ksps的12位ADC、最多三個(gè)12位第一階sigma delta DAC、 最多10個(gè)50 ns高速比較器以及集成多種溫度、電壓和電流監(jiān)控功能。)

愛特(Actel)公司在非易失性閃存工藝方面的戰(zhàn)略性投資,帶來了是三項(xiàng)截然不同的。其優(yōu)勢相當(dāng)明顯:快閃編程器件把它的可編程邏輯配置數(shù)據(jù)和微控制器程序代碼永久性存儲在片上,因此它能上電即用,而不必等待從鄰近的EEPROM 裝載配置數(shù)據(jù)。而這也大大有助于解決知識產(chǎn)權(quán)(IP)安全性問題,因?yàn)榕渲脭?shù)據(jù)不再因器件間的傳送而暴露,從而避免被中途截取或被盜。更進(jìn)一步的保護(hù)是出廠保護(hù),即閃存一旦被編程就會被永久性鎖定以防止被讀取,這就是Actel器件上的FlashLock功能。此外,由于基于快閃的IC可對小批量器件進(jìn)行編程,或是在制造過程的最后期在系統(tǒng)內(nèi)對器件編程,故而適合眾多中小型生產(chǎn)規(guī)模的典型嵌入式設(shè)計(jì)。

這種硅工藝還有其它的優(yōu)點(diǎn)。相比純邏輯CMOS工藝,快閃需要高電壓來編程和擦除,故內(nèi)置有高模擬電壓電平的監(jiān)控能力。愛特采用的工藝可實(shí)現(xiàn)片上模塊間的隔離(通過一種三阱結(jié)構(gòu)),允許模擬和數(shù)字模塊并排放置,卻又彼此互不干擾。盡管這是一個(gè)混合信號環(huán)境,模擬功能仍能夠保持出色的偏移和噪聲等參數(shù)規(guī)格。

F3: 微控制器子系統(tǒng)

在模擬能力方面,SmartFusion器件帶有多達(dá)3個(gè)12位逐次逼近(SAR) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),支持全分辨率500 Ksps工作。其中每個(gè)ADC都有一個(gè)對應(yīng)的第一階1位sigma-delta 數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC),而且具有500 Ksps的更新速度和高效的12位分辨率。它還有一個(gè)新的可編程元件,就是信號調(diào)節(jié)模塊(SCB)。SCB由精確的高壓監(jiān)控器、電流監(jiān)控器、溫度監(jiān)控器以及高速(50 ns)比較器組成。高壓監(jiān)控器,亦即有源雙極型預(yù)定標(biāo)調(diào)節(jié)器(ABPS),能夠提供從-11.5V到+14V的電壓監(jiān)控能力。專門設(shè)計(jì)的電流監(jiān)控器通過放大外接低阻值感測電阻上的電壓降來實(shí)現(xiàn)檢測電流;而溫度監(jiān)控器則通過外接二極管來實(shí)現(xiàn)檢測溫度。

所有這些模擬功能性在功能性配置和參數(shù)值方面都是完全可編程的,并擁有一個(gè)基于圖形用戶界面(GUI)的軟件環(huán)境,以及眾多用于板上配置的設(shè)計(jì)工具。

SmartFusion器件包含有多達(dá)500k可編程邏輯門電路,與基于快閃的 ProASIC3 器件系列一樣。這個(gè)邏輯電路支持350 MHz的系統(tǒng)性能,內(nèi)置容量高達(dá)108 Kb的 SRAM,并擁有大量工作頻率高至350 MHz的數(shù)字I/O,支持LVDS、LVPECL、PCI/PCI-X等接口標(biāo)準(zhǔn),可驅(qū)動高達(dá)24mA的電流。設(shè)計(jì)選擇包括愛特的HDL(硬件描述語言)工具鏈、Libero集成設(shè)計(jì)環(huán)境,可以硬件創(chuàng)建邏輯功能,或者是在GUI以拖放式(drag-and-drop)操作創(chuàng)建設(shè)計(jì)。這種方法可快速輸入預(yù)定義的IP模塊,這些模塊可能是源于以前設(shè)計(jì)的復(fù)用元件,或者是愛特提供的函數(shù)庫內(nèi)的函數(shù),也可能是第三方供應(yīng)商提供的IP。


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