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具有保密功能的MCUFPGA片上系统

发布时间:2020-07-21 18:39:22 阅读: 来源:堆高车厂家

ATEML新近推出了AT94S系列安全FPSLIC(Field Programmable System Level Integration Circuits)的MCU+FPGA系统芯片,具有独特的代码保密功能,可使设计师在基于SRAM的系统上实现对自已所有IP的保护。与配置的EEPROM 合并在一个封装中成为“安全FPSLIC”,程序和数据在内部流动,外界不能复读,因此成为可提供安全防护及简化PCB布局、布线的单一芯片。FPSLIC适用于消费类电子、工业仪表、商用机器、办公自动化、医疗设备、电信和汽车电子等领域。FPSLIC集MCU和FPGA/SRAM的优点于一身,既适应设计人员对系统部件集成的需要,又能实现可定制需求的灵活性,为设计师提供了一个灵活的架构,可降低应用成本。FPSLICFPSLIC是在基于SRAM的SoC中嵌入AVR MCU内核和FPGA门阵列逻辑,这是一个全新架构的产品。一个FPSLIC里有一个一万到四万门的FPGA、一个8bit AVR单片机、一个36KByte SRAM存储器、多种外围设备和现成的接口。FPSLIC的结构如图1所示。嵌入在FPSLIC里的AVR单片机,是一个8bit的单片机,可以执行的单时钟指令多达120个以上, 速度可达25-30MIPS(每秒百万条指令)。AVR 已有一些外围设备,它包含一个快速8X8的乘法处理器、两个通用异步收发器(UART)、一个看门狗、三个定时器/计数器、一个2线功能接口、四个外部中断和多达16个I/O口。如需别的外围设备,还可以在FPGA里形成,AVR可以在FPGA上实现部分或全部重新配置。8位RISC AVR单片机具有高效的代码密度,其性能跟一般8bit的单片机相比较更显优越,单周期的指令执行时间,可以在较低的时钟频率下获得更高的系统吞吐量,因而进一步降低了功耗。当把它嵌入在以SRAM 为主的FPSLIC时,更可表现其三大特点 :提高速度;降低功耗;程序存储量降低。嵌入的FPGA可达4万个逻辑门,均分布在SRAM的基架上,FPGA在SRAM上的总线网络如图2所示。FPSLIC器件都有10Kx16的程序和4Kx8的数据库,此外还有三个可由设计者分配的SRAM,可让程序扩充到16Kx16 或可用于扩充数据到16Kx8,可由设计者自己根据程序和数据的大小来调整硬件和软件的部分分配,数据部分可以由FPGA和AVR同时进行读写。FPGA还具有高速缓存逻辑功能,如同一般高速缓存,它把一些正在用的逻辑放在FPGA运行,把一些不在运行的逻辑放在存储器里,当需要时再把它重新配置在FPGA里。FPSLIC的此功能不仅可以帮助设计师解决一些急需外围配置的问题,更可解决硬件上的重新配置,DSP过滤数据的重新配置,需再配置的交点开关,或任何有此需要的硬件设备。

安全FPSLICAT94S系列器件具有专利的安全性能,它可以保护FPGA配置与单片机程序不能从内部配置EEPROM中读出。器件上有一个安全位可以通过编程加以设置,它阻止存储器在静态或器件进行内部配置过程中被读出。一旦安全位被设置,外部访问配置EEPROM的唯一方法是首先要擦除它。这种功能既提供设计的保密性,又不妨碍在系统可编程性。AT94S系列之所以具有独特的代码保密功能,在于FPSLIC与配置EEPROM(1024Kbyte)合并在一个封装中,二个芯片相叠,如图3所示,芯片封装的平面面积没有增加,只是略厚一些。设计的程序上电时在FPSLIC的FPGA与SRAM间流动,掉电时存放在同一封装内的EEPROM中,确保安全保密。可使设计师在此系统上实现对自已所有IP的保护。 AT94S FPSLIC系列器件在可编程SoC中具有非常低的功耗特点,它在待机方式下额定电流最大值仅为0.05mA,工作时耗电为2~3mA/MHz,它的加电复位峰值电流小于50mA。而有些基于SRAM的FPGA和可编程SoC在加电复位时电流达2A,因此不适合在电池供电中应用。硬件和软件的协同设计SoC的挑战在于如何进行硬件和软件的协同设计,FPSLIC将FPGA逻辑门和单片机同放在一个芯片里,可以进行协同验证(co-verification)。一般常见的惯例是先把硬件设计到FPGA或ASIC里,然后再把结果交给软件设计师来做单片机部分的工作。此传统设计方法往往有一些限制,在这种情况下,因为软件部分是靠已做好的硬件部分来设计的,所以往往硬件无法再做调试。如果硬件要做调试,软件开发就会被停止。这种结果会让设计时间明显增加。 为了缩短设计时间,同时完成硬件和软件的设计,设计者本身不仅需要对硬件和软件了解,更要有能力去判断对设计全面的影响,FPSLIC的System Designer软件包含了同步仿真的软件基架,可有效地连接FPGA硬件和单片机的指令仿真。同步仿真有效地解决了用到ICE的必要,这使得设计者可以立即更改在同步仿真里发现的所有问题,所有上述工作都可以在计算机里执行。

应用思考工业自动化生产中最常见的是物料的配料系统,如饲料配料、洗涤剂配料、高炉配料、混凝土配料等等,它们都拥有很多种不同的物料,很多不同的控制步骤,如粗加料、精加料、补料、卸料、搅拌、成型、计量、灌包……这些都涉及到电脑与各个阀门间的逻辑控制。用FPSLIC来设计物料的配料系统将十分方便和容易,所有的控制节点均可由FPGA来实现,整个控制仪表可以做得很小、很经济。设计好的程序,可在实验室中检视,如将每一个电磁阀、每一个需要控制的动作简化为一个LED的光点,将新设计好的程控,放在仿真板上验证就很容易,控制动作的正确性十分明显。对超市中的POS收款机,商场中的税控收款机,用于工控机的PC104都是用电脑或单片机和逻辑门将程序和需要控制点有目的的联系起来,FPSLIC在一个芯片上既有单片机又有逻辑门,刚好满足需要,因此FPSLIC将能充分发挥作用。■

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