FPGA設計的安全性問題解答

Q1：FPGA設計與DSP設計相比，最大的不同之處在哪里？　

A1：這個問題要從多個角度看。它們都用于某個功能的硬件電路實現(xiàn)，但是它們的側重點有所不同。這里涵蓋的說一下。

1)內(nèi)部資源

FPGA側重于設計具有某個功能的硬件電路，內(nèi)部資源是VersaTiles（ActelFPGA）之類的微小單元，F(xiàn)PGA的內(nèi)部單元初始在編程前都是使用的是HDL語言實現(xiàn)硬件電路的設計描述。FPGA內(nèi)部的連線資源將這些功能模塊的內(nèi)部和模塊之間的信號連接起來，構成較大的模塊。FPGA可以內(nèi)部實現(xiàn)ALU，加法器，乘法器，累加器，F(xiàn)IFO，SRAM，DDRcontroller，F(xiàn)FT，HDLC，DMA，PWM等等數(shù)字電路，也就說我們要用其實現(xiàn)一個特定的或是通用的硬件功能一個或是多個模塊，這些模塊的各個細節(jié)都要要用HDL來描述設計實現(xiàn)。目前的FPGA都可以直接內(nèi)嵌諸如ARM7，CoretexM1，Core8051等微處理器，用于FPGA的軟核的，也有的FPGA廠商將一些硬件模塊直接做到FPGA中，這些是FPGA內(nèi)部的硬核。傳統(tǒng)的FPGA都是實現(xiàn)純數(shù)字電路的，業(yè)界只有Actel的FPGA實現(xiàn)了數(shù)?；旌系腜SC單芯片技術，真正的提升和擴大了FPGA的應用功能和領域。另外多數(shù)FPGA都有PLL，DLL之類的鎖相環(huán)，Slew可調(diào)，Actel的還內(nèi)建了OSC，RTC，Powermanager之類的硬件單元，甚至Actel的Fusion系列還內(nèi)建了600kbps的12bit的ADC以及MOSFETDriver之類模擬接口，內(nèi)部有UserFlashMemeory，F(xiàn)lashROM等資源可以實現(xiàn)真正的PSC，Bootloader之類的功能?！?br />
DSP主要是算法處理，內(nèi)部資源主要是乘法器，加法器之類的資源，有SPI接口，UART接口，接受一定的指令集，內(nèi)部的資源基本上都是現(xiàn)成的，需要客戶的需要而重新配置，方便于客戶的使用，但是相對來講其功能是有局限性的，所以主要用于某些特定的領域。DSP也有內(nèi)嵌的鎖相環(huán)，計數(shù)器，Baudrate發(fā)生器，有的DSP也有ADC模擬接口?！?br />
2)使用的編程語言

FPGA主要使用HDL，包括VHDl，Verilog，還有數(shù)?；旌系拿枋稣Z言Verilog-AMS等。DSP使用C，匯編語言編程。

3)功能角度

FPGA普遍用于實現(xiàn)數(shù)字電路模塊，基本上能實現(xiàn)所有的數(shù)字電路，傳統(tǒng)的數(shù)字功能模塊，以及客戶產(chǎn)品特定需求的數(shù)字處理模塊。FPGA的IO橋接種類繁多，不同種類的級別的FPGA支持的IO標準和協(xié)議都不盡相同，但是這些IO的驅(qū)動能力或是電壓都是可編程配置的。任何數(shù)字功能電路的實現(xiàn)，高速信號的處理，控制領域的信號處理，橋轉(zhuǎn)換協(xié)議的實現(xiàn)，Actel的Fusion還能用于電流/電壓檢測，溫度的檢測，MOSFETdriver，電源管理，其獨特的Flash工藝技術可以依靠電池供電工作，和掉電實時保存數(shù)據(jù)，超低功耗，多種工作模式(Static,Sleepmode),尤其IGLOO芯片的功能在Sleepmode下功耗只有5uW。這樣的功耗用于手機，GPS之類的移動手持設備中能發(fā)揮更大的功能應用。另外用FPGA實現(xiàn)ASIC的前期的設計驗證，F(xiàn)PGA實現(xiàn)DSP的功能，實現(xiàn)CPU的功能，MCU的功能，內(nèi)存控制器，用于工業(yè)的PWM，SVPWM，Clarke，Park的正逆變換的實現(xiàn)，VGA控制，數(shù)據(jù)的編解碼，解復用，高達上Gbps的信號的處理，協(xié)議的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)等等等等功能，都是DSP難以勝任的?！?br />
DSP內(nèi)部有很多現(xiàn)成的硬件模塊和接口以及控制器，但是需要軟件編程設定，可以實現(xiàn)PWM控制，接口控制，UART接口，SPI接口等功能。但是由于受指令集的時鐘周期的限制，DSP不能處理太高的信號，至于說上Gbps的信號，LVDS之類的信號就很難以涉及了。所以相應的應用領域會有所限制。但是不同的領域客戶的設計方案不同，考慮的側重點不同，有些領域設計者也是愛好使用DSP的，諸如算法實現(xiàn)，協(xié)議的處理等等如果換作FPGA來處理那就得不償失?！?br />
FPGA和DSP的區(qū)別還有很多，這里先說一點，希望能起到拋磚引玉的作用。具體的環(huán)境和設計方案各有其用武之地，設計者要根據(jù)自己的需要來選用。

Q2：在做設計之前，如何選擇FPGA呢？　

A2：一般情況下，先針對設計，列出您想要實現(xiàn)的功能，大致畫個功能框圖，然后根據(jù)其功能和系統(tǒng)的要求大致推算出你需要的：

IO需求——可用IO數(shù)量、差分信號對、IO的電平格式等；　

電壓源的需求——系統(tǒng)提供哪些電壓?核電壓需要多少？IO電壓源需要哪些？　

封裝——用TQ？VQ？PLCC？BGA？還是其它的封裝形式？　

內(nèi)部RAM的需求——需要雙口RAM嗎？需要FIFO嗎？大小是多少？　

時鐘及速度需求——最大的時鐘速率是多少？需要多少個PLL？速度等級？全局時鐘有多少？　

邏輯資源和IPcore的需求——需要哪些IP核，大致占用多少資源？　

擴展和升級的需求——是否考慮IO和邏輯資源留有一些余量，以便以后的擴展？升級是否方便？

價格的因素。