ACTEL公司及产品介绍.ppt

1 ACTEL公司及FPGA产品介绍 主讲人 段雅莉 2 三大部分内容ACTEL公司简介ACTEL公司产品的主要特点和优势ACTEL公司的产品系列 3 ACTEL公司简介ACTEL公司于1985年成立 是全球知名的FPGA厂商 总部位于美国加利福尼亚的MountainView 是纽约纳斯达克证券交易所 NASDAQ 上市企业 代号ACTL ACTEL是非易失性 高可靠性 低功耗 混合信号FPGA 以及可编程逻辑解决方案的全球领导厂商 在美国的新泽西 法国 印度 以色列 德国等国家设有分支机构 ACTEL公司简介 4 在亚洲的上海 香港 台北 东京和首尔设有办事处 并在中国大陆和亚洲其他地区建立了完善的分销商网络 ACTEL公司非常重视技术的创新和可持续发展 每年将营业收入的26 投入到研发工作中 之前的20多年里 ACTEL一直效力于美国军工和航空航天领域 反熔丝工艺的FPGA产品使其在这些领域中的霸主地位不可撼动 ACTEL公司简介 5 除了多年来独占鳌头的反熔丝FPGA外 ACTEL公司还创新性地推出了可重复编程的FlashFPGA 并在可擦除的FPGA市场上取得了一席之地 ACTEL公司有信心 有实力凭借FlashFPGA的独特优势以及公司的强大研发 生产 销售和支持的能力 拓展市场 为用户提供先进技术和优质服务的同时 为自己创造辉煌的业绩 ACTEL公司简介 6 ACTEL公司产品的主要特点和优势 ACTEL公司产品的主要特点和优势 7 1 ACTEL公司的FPGA从技术上可以分两大类 反熔丝FPGA和FlashFPGA 两类产品各有优势 针对客户的不同需求 帮助客户实现自己的设计需求 ACTEL公司产品的主要特点和优势 8 反熔丝FPGA技术的特点决定了其性能高 保密性强 抗辐射抗干扰 不需外接专门的存储器来存储配置信息 适合航天 军事 工业等各领域 虽然反熔丝FPGA只能一次性编程 系统的开发成本较高 但其强大的优势仍然使其在可靠性要求高的领域中成为首选 如航空航天 军事等 FlashFPGA是可以反复编程的产品 这一点与ALTERA XILINX公司相似 但有独特的优势 见后面的叙述 ACTEL公司产品的主要特点和优势 9 可编程开关可编程逻辑器件之所以可编程 是由于其内部的数量庞大的开关可编程 FPGA中使用到的开关有三种 Sram开关 Flash开关 反熔丝开关 选用不同的开关技术 FPGA产品的就会就具有相应的特点 ACTEL公司产品的主要特点和优势 10 FPGA内部可编程开关的分类 ACTEL公司产品的主要特点和优势 2T 11 SRAM可编程开关的优缺点优点可反复编程 缺点易失性需要额外的配置芯片 上电时需要位流配置 带来安全问题 不能上电即行 需要大的浪涌电流从而增加功耗 可靠性不高易受EMI干扰 不能抵抗高能粒子的辐射 引起固件错误 SRAM开关所利用的晶体管数目多成本高 功耗高 ACTEL公司产品的主要特点和优势 12 Flash可编程开关的优缺点优点可反复编程非易失性上电即行安全性高 不需外部配置位流可靠性高 抗EMI干扰 抗高能粒子的辐射Flash开关所利用的晶体管数目少成本低 功耗低 ACTEL公司产品的主要特点和优势 13 Anti Fuse开关的优缺点优点非易失性上电即行安全性高 不需外部配置位流可靠性高 抗EMI干扰 抗高能粒子的辐射功耗低 缺点不能反复编程 ACTEL公司产品的主要特点和优势 14 2 资源利用率很高FPGA的资源主要是用 逻辑单元 来表示 一般会通过LUT 查找表 或者D触发器来等效衡量 Actel的宏单元是以Tile来衡量的 相比同行公司的产品 ACTEL是精细颗粒结构 理论上资源可以到达100 对比情况参见下表 ACTEL公司产品的主要特点和优势 15 精细颗粒的逻辑单元 ACTEL公司产品的主要特点和优势 16 ACTEL公司产品的主要特点和优势 17 3 FlashFPGA与SRAMFPGA本质结构不一样ACTEL是基于flash结构 无须专门的配置芯片 其配置信息存储在内部的Flash中 ALTETA XINLINX都是采用SRAM结构 掉电后数据丢失 所以需要一块配置芯片 ACTEL公司产品的主要特点和优势 18 FlashFPGA不需要配置芯片 ACTEL公司产品的主要特点和优势 19 4 上电即运行ACTEL公司FPGA与其SramFPGA相比的另一个优点就是上电即运行 这是由反熔丝工艺和Flash配置特点决定的 这个特性有助于提高系统组件的初始化速度 SRAM结构的FPGA每次上电都要重新配置 需要花费时间 而ALTERA XINLINX的FPGA上电到正常工作需要0 2秒的时间 会带来系统设计上的复杂程度和系统运行中的隐患 ACTEL公司产品的主要特点和优势 20 ProASIC3系列FPGA的上电启动过程 约50uS ACTEL公司产品的主要特点和优势 21 MAX2系列CPLD的上电启动过程 约200uS ACTEL公司产品的主要特点和优势 22 Spartan 3系列FPGA的上电启动过程 约200mS ACTEL公司产品的主要特点和优势 23 5 业界最低功耗ACTEL公司的产品功耗大大低于Sram产品 其静态功耗相当于同行产品的十分之一 动态功耗相当于同行产品的四分之一到三分之一 在非常注重绿色环保理念的今天 这个优势的重要性是不言而喻的 尤其是对于使用电池的设备和产品 ACTEL公司产品的主要特点和优势 24 FPGA功耗主要包括一下四个方面 启动功耗 SramFPGA 配置功耗 SramFPGA 静态功耗动态功耗 ACTEL公司产品的主要特点和优势 25 启动电流波形示意图 ACTEL公司产品的主要特点和优势 26 启动电流对比表 ACTEL公司产品的主要特点和优势 27 启动功耗对系统设计的影响SramFPGA启动电流大 设计供电系统时 必须考虑在系统上电时提供足够大的启动电流 否则系统不能正常启动 这样就增加了供电系统的复杂程度 Flash和反熔丝FPGA只需很小的启动电流 ACTEL公司产品的主要特点和优势 28 配置功耗SramFPGA由于掉电易失的特性 重新上电后必须重新进行配置 在配置过程中 电流峰值可能会超过100mA 平均值超过50mA FlashFPGA和反熔丝FPGA不需配置 上电即行 没有配置电流的需求 ACTEL公司产品的主要特点和优势 29 Spartan系列FPGA的配置电流 ACTEL公司产品的主要特点和优势 30 静态功耗又称待机功耗 是指在电源打开的情况下 I O状态没有翻转时器件的功耗 SramFPGA中 一个开关由6个晶体管组成 导致静态功耗较高 FlashFPGA静态功耗低 ACTEL公司产品的主要特点和优势 31 静态电流比较表 ACTEL公司产品的主要特点和优势 32 动态功耗是指FPGA在工作时 内部逻辑和I O状态翻转引起的功耗 SramFPGA中 一个开关由6个晶体管组成 导致动态功耗较高 FlashFPGA动态功耗低 ACTEL公司产品的主要特点和优势 33 动态功耗比较 ACTEL公司产品的主要特点和优势 34 ACTEL的Flash Freeze技术在芯片不需要工作时 将芯片置于休眠状态 是一种用来降低静态功耗的技术 期间逻辑功能 RAM和寄存器的内容被可靠地保持 进入和退出休眠状态只需1 s 在IGLOO系列和ProASIC3L系列中使用了该技术 静态功耗最低可低至2 W ACTEL公司产品的主要特点和优势 35 综合启动功耗 配置功耗 静态功耗 动态功耗 FlashFPGA的功耗大大低于SramFPGA 其低功耗特性堪比ASIC 下图显示与最接近的低功耗竞争产品相比 Actel的IGLOO器件更可延长电池寿命达10倍 ACTEL公司产品的主要特点和优势 36 ACTEL公司产品的主要特点和优势 37 ACTEL公司产品的主要特点和优势 38 6 安全性 无法破解ACTELFPGA内部有2重保密功能 一个硬件锁 是128位Flashlock加密 一个软件锁 是128位的AES加密 真正达到保护您的知识产权的目的 Flashlock密钥是保护芯片 防止他人进行效验 编程 擦除 只有正确的128位Flashlock密钥才能进行对芯片擦除重写 程序代码是使用128位的AES加密 ACTEL公司产品的主要特点和优势 39 即使用反向工程 采取磨芯片获取开关状态的方法也不可能破解 由于ACTEL的晶体管都在7层金属铜之下 如果把前7层金属去掉了 还不破坏布线结构和内部晶体管 这基本是不可能的 上电时 没有来自外部存储器的配置码流 不会被截取 可靠的安全性是军事和航空中首选ACTEL的原因 ACTEL公司产品的主要特点和优势 40 7 真正的单芯片解决方案Flash架构的FPGA不需要外加一个配置芯片 而且功耗更低 为用户提供丰富的IP核资源 ACTEL的FUSION系列内部带模 数转换功能 有电流监控 电压监控等 SmartFusion系列产品内部集成了Cortem M3硬核 为客户进行片内系统 即SOC系统的设计提供了强大的平台 ACTEL公司产品的主要特点和优势 41 8 无可挑剔的稳定性和可靠性ACTEL具有固件免疫能力 就是任何高能量的中子和a粒子撞击器件都丝毫没有影响 但是SRAM型的FPGA是不能承受高能量粒子的撞击 不能适合恶劣的环境 这个也是ACTEL在航空航天 军事 汽车行业中的优势所在 ACTEL公司产品的主要特点和优势 42 Anti FuseFPGA可靠性最高 与SramFPGA相比 FlashFPGA抵抗固件错误的能力优势非常明显 iRoCTechnologies是一家为提高芯片的可靠性和质量提供设计工具和测试服务的公司 iROC曾做测试 测试结果证明了上述观点 ACTEL公司产品的主要特点和优势 43 iROC的测试结果 ACTEL公司产品的主要特点和优势 44 9 完全替代业界的CPLD器件ACTELFPGA拥有1万门 300万门之间的器件 在同等价格的情况下 不但具备CPLD全部的功能 还具备一些FPGA的资源 性价比很高 最小封装UC36 IGLOOnano 3 3mm 静态功耗低至2 W ACTEL公司产品的主要特点和优势 45 业界最低功耗 最小封装的FPGA ACTEL公司产品的主要特点和优势 46 10 独一无二的混合信号FPGA Fusion系列和SmartFusio系列内部集成了ADC和DAC 因此 支持模拟信号输入 Actel的Fusion产品将可配置模拟部件 大容量Flash内存构件 全面的时钟生成和管理电路 以及基于Flash的高性能可编程逻辑集成在单片器件中 Actel创新的Fusion架构可与Actel软MCU内核及最高性能的32位ARM Cortex M1和CoreMP7内核同用 ACTEL公司产品的主要特点和优势 47 除具有Fusion系列产品的优势外 内部继承了Cortex M3硬核 兼容多种接口和总线 可构成一个单独的微控制器子系统 为用户进行嵌入式系统设计提供了强大的平台 帮助用户实现真正的 片内系统 SOC 设计 ACTEL公司产品的主要特点和优势 48 11 完整免费的开发平台软件完全免费 内部集成了业界最好的综合工具synplify 最好的仿真工具MODESIM等 不收取任何费用 全部自动完成安装 软件开发简单 使用方便 我们有一系列详细的例程 PLL RAM FIFO Flashrom 动态PLL 让您轻松实现代码的移植 同时最新的2本ACTEL书籍 ACTEL原理与应用和ACTEL实验例程 和便宜的开发板让您迅速掌握ACTEL设计的精髓 ACTEL公司产品的主要特点和优势 49 ACTEL公司的产品系列 ACTEL公司的产品系列 50 ACTEL产品 ACTEL公司的产品系列 51 FlashFPGAProASIC3ProASIC3系列产品是ACTEL公司首先推出的Flash系列FPGA IGLOO系列和Fusion系列产品是在ProASIC3的基础上开发出来的 ACTEL公司的产品系列 52 ProASIC3系列FPGA以非易失性Flash技术为基础的 具有前面介绍过的FlashFPGA的一切优点 包括低功耗 可靠性高 保密性好 非易失性等 包括ProASIC3 E ProASIC3nano和ProASIC3L 在功耗 价格 性能 密度等方面实现了突破 与同类产品相比优势突出 ProASIC3器件支持ARM Cortex M1和CoreMP7软IP核 并支持1万至300万个系统门和最多620个I O ACTEL公司的产品系列 53 除了提供商用和工业温度器件以支持便携 消费电子 工业 通信和医疗应用之外 Actel还提供经特别甄选的汽车用和军用ProASIC3FPGA产品 ACTEL公司的产品系列 54 ProASIC3主要特点系统速度可达350MHz 内嵌FlashRom和Sram 支持Cortex M1和CoreMP7软核 6个时钟调整电路 CCC 和集成在其中的PLL 多个I OBank 为用户的使用提供了方便 支持多种I O标准 支持各种常用的单端及差分标准 满足客户的多种需求 封装形式丰富多样 ACTEL公司的产品系列 55 该系列多款产品支持汽车等级和军用等级的应用 A Automotive 40 125 T AECQ100 Grade1 40 135 M Military 55 125 ACTEL公司的产品系列 56 ProASIC3系列FPGA在汽车电子中的应用 ACTEL公司的产品系列 57 AEC Q100是汽车电子设备委员会 AEC 提出的认证标准 并在全球获得公认 以作为汽车电子系统的基准 符合AEC Q100标准要求的电子组件是可靠的高质量组件 可适用于严苛的汽车环境 并不需要再进行另外的组件级认证测试 Actel的ProASIC3器件是业界首款达到AEC Q100Grade1这一质量级别的FPGA产品 ACTEL公司的产品系列 58 ProASIC3产品成功的通过了一系列专为确保汽车应用中半导体器件的质量 可靠性和耐久性的临界压力测试 为汽车制造商提供了可替代昂贵 复杂的ASIC技术的灵活 可靠的解决方案 能够通过该认证 意味着FPGA的使用范围扩大了 从以往的车舱内信息通信处理和信息娱乐应用 扩展到系统的关键应用如乘客坐姿检测系统 后视和侧视相机 传动控制系统 引擎控制块和安全系统等 ACTEL公司的产品系列 59 ProASIC3在汽车业应用举例 Delphi 德尔福 公司是全球领先的汽车系统和零部件供应商 为全球几乎所有著名汽车制造商提供品种齐全的汽车零部件产品模块和系统解决方案 该公司在专为重型柴油车引擎设计的引擎控制模块中 采用ActelProASIC3FPGA Magna 麦格纳 为世界第三大汽车零部件供应商 500强企业之一 该公司选用ActelProASIC3FPGA来实现其汽车视觉系统 ACTEL公司的产品系列 60 ProASIC3系列产品内部结构示意图 ACTEL公司的产品系列 61 CCC ClockConditionCircuit 的特点有些CCC内嵌PLL 可以和3个全局时钟网络相连 内部有延时模块 调节范围 7 56 11 12ns 步长为160ps 内嵌了PLL的CCC中 有5个分 倍频模块 还可以进行时钟相位调整 0 90 180 和270 ACTEL公司的产品系列 62 时钟调整电路示意图 ACTEL公司的产品系列 63 PLL输入和输出频率范围 输入频率 1 5MHz 350MHZ 输出频率 0 75MHz 350MHz ACTEL公司的产品系列 64 I O标准ProASIC3系列支持9种I O标准 7种单端和2种差分标准 速度分别可以达到350Mbits s和700Mbits s 支持DDRI O接口 速度700Mbits s ProASIC3E系列支持19种I O标准 多数标准支持热插拔 ACTEL公司的产品系列 65 对DDRI O的处理ProASIC3 E系列产品对DDR输入的处理采取的是内部有级联触发器的方式 这样在FPGA内部逻辑侧 可以采用单一时钟沿采样 ACTEL公司的产品系列 66 有级联触发器的DDR输入处理 ACTEL公司的产品系列 67 有级联触发器DDR时钟采样效果 ACTEL公司的产品系列 68 没有级联触发器的DDR输入处理 ACTEL公司的产品系列 69 没有级联触发器的DDR采样效果 ACTEL公司的产品系列 70 ProASIC3 E供电ProASIC3 E电源管脚包括VCC核电压1 5V VCCI为I O块的逻辑和输出供电 1 5 1 8 2 5 3 3V VMA为I O块的输入提供静态电压 将噪声降到最低 提高信号的完整性 1 5 1 8 2 5 3 3V VCCPLAPLL的供电电压 1 5V VJTAG给JTAG引脚供电 1 5 1 8 2 5 3 3V VPUMP3 3V 用于烧写配置程序和FlashROM数据 ACTEL公司的产品系列 71 大多数ProASIC3 E供电系统简单 简化用户的系统设计复杂度 可以工作在1 5V的单一供电系统 ACTEL公司的产品系列 72 ProASIC3产品列表 ACTEL公司的产品系列 73 ProASIC3E产品列表 ACTEL公司的产品系列 74 ProASIC3nano产品列表 ACTEL公司的产品系列 75 ProASIC3L产品列表 ACTEL公司的产品系列 76 IGLOOIGLOO系列FPGA是从ProASIC3系列发展而来的业界最低功耗FPGA产品 包括IGLOO IGLOOnano IGLOOPLUS三个子系列 改进了工艺 降低功耗 核电压可以支持1 2V或1 5V 采用了降低静态功耗的Flash Freeze技术 ACTEL公司的产品系列 77 IGLOO产品列表 ACTEL公司的产品系列 78 IGLOOn