SmartFusion伴隨著諸多光環終于走向市場,其架構一改以往風格,SmartFusion是唯一集成FPGA資源、ARM Cortex-M3微控制器和可編程模擬資源的器件,具有更高的集成度,能夠實現既要求具備IP保護能力、又要求易于使用的完全可定制系統的設計平臺。這一系列FGPA器件能提供真正的單芯片系統(SoC)解決方案,以及比現有內嵌軟核處理器的FPGA更低的成本。
提高集成度和處理能力
SmartFusion器件的主要特點和功能如下:一是功能齊全的FPGA。SmartFusion器件具有經愛特公司驗證、基于快閃技術的ProASIC3 FPGA架構,使用先進的130nm CMOS工藝,系統門密度范圍為60K至500K,具有350MHz的工作頻率和最多204個I/O。這種組合能夠集成來自其他器件的現有功能,大幅減少線路板空間和總體系統的功耗。二是包括微控制器子系統。此系列FPGA的智能化來自于微控制器子系統,該子系統帶有工作頻率為100MHz的ARM Cortex-M3硬核處理器。三是可編程模擬模塊。其創新性的專有模擬計算引擎(ACE)負責執行采樣排序和計算,從而分擔了ARM Cortex-M3處理器中的模擬初始化和處理任務。
4年以前Fusion產品的推出,第一次將模擬、Flash技術整合在FPGA中。但以前Fusion內嵌的處理器,不管是8051、ARM7還是Cortex-M1,都是軟核,因此需要占用FPGA的很多邏輯資源。而現在SmartFusion的推出,采用的高效ARM內核——Cortex-M3屬于硬核,不占用FPGA的邏輯資源,不僅具有FPGA的高速并行的特點,而且可以發揮ARM靈活控制的長處。片上集成嵌入式ARM處理器,意味著SmartFusion的用戶不但能體驗Cortex-M3處理器業界領先的高效能與低功耗優勢,還能通過ARM的600多家合作伙伴,取得用于優化ARM架構的各種工具、軟件和中間件。
Fusion系列產品的邏輯規模最大是150萬門,采用的軟核處理器和外設還需要占用其中的邏輯資源,而現在的SmartFusion的邏輯規模達到了200萬門~500萬門,集成的處理器和I2C、SPI等外設也都不再占用邏輯資源。另外,SmartFusion與以前的產品相比還增加了D/A的部分,集成了更多模擬技術。
Fusion系列的特點是低功耗、非易失性和高可靠性,并具有高集成度,SmartFusion不但使這些特性更進一步,而且處理能力也大為增強,Cortex-M3處理器運行速度高達100MHz。Fusion系列采用Flash技術,它比其他FPGA廠家基于SRAM工藝的產品可靠性更高,更有彈性,也具備更低的功耗。采用這項技術,保證了掉電之后不會丟掉數據。SmartFusion延續了以前的技術,使產品更有彈性、更具靈活性和更高的集成度,同時可以降低成本。因為,基于Flash技術使集成更多模擬技術的目標得以實現,不采用Flash技術的公司在FPGA中要集成這么多的模擬器件,就至少需要兩塊硅片,當然會增加成本。
改變FPGA角色
對于FPGA市場來說,SmartFusion是一項重要的創新技術,因為FPGA首次嵌入了一個完整的微控制器子系統(MSS),系統包括所有處理器外設和可編程模擬模塊,實現了真正的單芯片系統,能夠滿足設計人員自行創建與眾不同的嵌入式方案的全部需求。
SmartFusion改變了FPGA在嵌入式系統設計中的角色。過去,嵌入式系統的設計人員一向以MCU加ASSP的組合作為解決方案。SmartFusion通過集成MCU、模擬外設、嵌入快閃和真正的單芯片可編程邏輯,讓系統設計人員可以實現先前僅有定制解決方案才能達到的集成水平。SmartFusion器件中的FPGA架構能夠讓系統設計人員在其產品中實現真正的差異化,而無需使用定制解決方案。更重要的是,SmartFusion器件能提升系統運作的效率。由于ARM Cortex-M3處理器是與FPGA架構分開的標準嵌入式單元,所以兩者可以獨立運作。因此,設計人員可以在不影響處理器運作的情況下重新對FPGA架構進行編程,在需要時更新用戶邏輯的功能性,同時由處理器處理關鍵的系統功能。相反的,在更新處理器固件時,用戶邏輯也可以繼續運作。設計人員利用這種靈活的可編程性,將能夠開發出真正的差異化產品。
應用更加多樣化
現在其他FPGA大廠多集中于高速數據流量方面的應用,而我們要做的市場不同,是具有差異化的市場。我們希望通過把更高端的處理器以及更多模擬技術集成進去,來進一步增強產品的優勢,拓展FPGA更多的應用領域。SmartFusion對我們來說就是這樣一個具有戰略意義的產品線,它將是Actel下一代主流產品拓展的開始。
作為Fusion系列的升級版,SmartFusion的高集成度可以支持更多的應用,比如針對高端的路由器和交換機,它們需要做電壓、溫度和電流的監控以及LED的顯示等。要實現這些功能,如果沒有SmartFusion的話,就需要FPGA+MCU+模擬的部分來實現,現在它使這種設計更加簡化。
SmartFusion拓展了FPGA在工業上的應用,適用于系統管理、電源管理、馬達控制、工業網絡及顯示器等應用。它比Fusion系列的控制精度更高、控制的數量也更多,而且可支持更多的通信標準,可定制不同的通信接口,而SoC可能只能支持一種應用的接口。除此之外,SmartFusion也能為醫療、能源、通信以至軍事等各行業市場提供創新的解決方案。最近,Actel發布適用于SmartFusion智能混合信號FPGA的功率管理解決方案,功率管理解決方案提供圖形用戶界面(GUI)、源文件和硬件,可讓嵌入式設計人員執行單芯片多軌功率管理排序和調整。
Smart的含義在于兩個方面,一是器件本身由于增加了更強大的微控制器內核,帶來了更強的智能性;二是它給工程師帶來了在設計中的智能。
但SmartFusion并不代表Actel整體產品的發展方向,只是其中一部分產品。以后有些應用將向低功耗、混合信號、內嵌處理器產品的方向走,SmartFusion的出現會拓展這方面的應用。
總之,SmartFusion集成度的提高,進一步在FPGA中整合了數字和模擬的資源,降低了工程師設計的難度,并減小了這些器件在PCB上的面積,從而使整體成本降低。而且,還可以很靈活地去更改。另外,這種集成了更多模擬器件的產品也增強了產品的安全性。