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

設(shè)計(jì)人員極少實(shí)現(xiàn)單芯片解決方案，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(duì)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(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)安全性的問(wèn)題就凸顯出來(lái)了。由于芯片間布線板級(jí)暴露，而且MCU代碼和/或FPGA配置數(shù)據(jù)沒(méi)有加密，整個(gè)設(shè)計(jì)便很容易被盜版。

而隨著Actel SmartFusion器件的推出，設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在可以使用單芯片解決方案來(lái)提供期盼已久的可編程邏輯、可編程模擬電路與一個(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ARM 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(ài)特(Actel)公司在非易失性閃存工藝方面的戰(zhàn)略性投資，帶來(lái)了是三項(xiàng)截然不同的技術(shù)的整合。其優(yōu)勢(shì)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(chǔ)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(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)安全性問(wèn)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(huì)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(duì)小批量器件進(jìn)行編程，或是在制造過(guò)程的最后期在系統(tǒng)內(nèi)對(duì)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)。

這種硅工藝技術(shù)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(lái)編程和擦除，故內(nèi)置有高模擬電壓電平的監(jiān)控能力。愛(ài)特采用的工藝可實(shí)現(xiàn)片上模塊間的隔離(通過(guò)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(hào)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(duì)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(hào)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(mén)設(shè)計(jì)的電流監(jiān)控器通過(guò)放大外接低阻值感測(cè)電阻上的電壓降來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)電流；而溫度監(jiān)控器則通過(guò)外接二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)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FPGA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(mén)電路，與基于快閃的 ProASIC3 FPGA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(dòng)高達(dá)24mA的電流。設(shè)計(jì)選擇包括愛(ài)特的HDL(硬件描述語(yǔ)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(ài)特提供的函數(shù)庫(kù)內(nèi)的函數(shù)，也可能是第三方供應(yīng)商提供的IP。