基于SRAM的FPGA技術(shù)創(chuàng)新： 快速安全啟動機制深度解析

在可編程邏輯器件領(lǐng)域，基于SRAM的FPGA經(jīng)常被誤解。這些FPGA具有極高的靈活性和可重新配置特性，是從消費電子到航空航天等各類應(yīng)用的理想選擇。此外，基于SRAM的FPGA還能帶來高性能和低延遲，非常適合實時數(shù)據(jù)處理和高速通信等要求苛刻的任務(wù)。

一個常見的誤解是，基于SRAM的FPGA會因啟動時間較長而不堪負荷。通常的說法是，由于其配置數(shù)據(jù)存儲在片外，特別是在加密和需要驗證的情況下，將這些信息加載到FPGA的過程就成了瓶頸。然而，對于許多基于SRAM的現(xiàn)代FPGA來說，這種觀點并不成立，萊迪思Avant? FPGA平臺就是最佳范例，它的獨特創(chuàng)新打破了啟動時間限制，啟動時間比同類FPGA快10倍。

萊迪思Avant FPGA屬于中端FPGA，其可編程結(jié)構(gòu)采用SRAM技術(shù)，這意味著配置是易失的，必須在上電時加載。配置數(shù)據(jù)或位流通常存儲在外部非易失性存儲器中，如SPI閃存或MRAM。此外，為了增強安全性，Avant器件支持使用AES-256-GCM對位流進行加密，并通過ECDSA或RSA進行驗證。配置文件加密的使用取決于管理秘鑰的步驟。這種管理包括密鑰的生成、程序?qū)γ荑€的存儲、將密鑰安全注入FPGA器件，以及保護、撤銷和更新密鑰的安全架構(gòu)。

萊迪思Avant FPGA采用多層次的密鑰管理方法，包括使用被稱為物理不可克隆功能（PUF）的獨特硬件可信根、安全的出廠配置、靈活的用戶密鑰生成和存儲選項（eFuse和BBRAM），以及具有強大位流加密和驗證功能的安全啟動過程，所有這些都在專用的嵌入式安全模塊中進行管理，并通過萊迪思Radiant軟件進行配置。欲了解更多詳情，請在此下載用戶指南。

然而，有人認為這些因素必然導(dǎo)致啟動時間過長，這一觀點忽略了Avant FPGA為確?？焖俑咝У南到y(tǒng)啟動而采用的先進技術(shù)。

讓我們探討其中一些關(guān)鍵的創(chuàng)新，了解萊迪思如何實現(xiàn)上述目標：

●   早期I/O啟用功能：Avant FPGA實現(xiàn)快速啟動的核心要素之一是其獨特的早期I/O啟用技術(shù)。該創(chuàng)新方案允許器件左右兩側(cè)的特定I/O組在位流處理初始階段即激活并進入用戶預(yù)設(shè)的驅(qū)動狀態(tài)。通過這種方式，關(guān)鍵系統(tǒng)接口能夠在配置周期極早期完成初始化并投入運作，從而為整個系統(tǒng)實現(xiàn)“瞬時啟動”的響應(yīng)能力。與傳統(tǒng)方案需要等待完整位流加載不同，采用該技術(shù)的系統(tǒng)可在5毫秒內(nèi)實現(xiàn)與FPGA I/O端口的交互，大幅縮短了系統(tǒng)啟動時間。

●   超高速配置接口：Avant系列FPGA配備基于串行外設(shè)接口（SPI）的高速配置系統(tǒng)?。該接口支持串行/雙線/四線模式，其中高性能八線SPI（x8，雙倍傳輸速率）可實現(xiàn)160MHz工作頻率，實現(xiàn)位流從外部存儲器至FPGA配置SRAM的極速傳輸，有效縮短整體配置周期?。器件啟動時采用快速簽名驗證及前導(dǎo)碼檢測機制?，加速加載進程。

●   位流壓縮：為了進一步加快配置過程，Avant FPGA支持位流壓縮。通過壓縮配置數(shù)據(jù)，存儲在外部存儲器中的位流最多可減小75%，從而加快了配置接口的下載速度。然后，F(xiàn)PGA會在配置過程中有效地解壓縮這些數(shù)據(jù)。

●   TransFR（透明重新配置）：雖然TransFR技術(shù)主要側(cè)重于最大限度地減少更新過程中的系統(tǒng)中斷，但它也提高了Avant配置效率。它允許在FPGA繼續(xù)運行時對非易失性存儲器進行后臺編程或重新配置。當(dāng)使用TransFR啟動重新配置時，I/O狀態(tài)將被捕獲，以保持SRAM更新期間的系統(tǒng)穩(wěn)定性。這一功能凸顯了配置機制的速度和可控性。

觀看視頻了解萊迪思中端Avant?-G FPGA令人驚嘆的啟動速度。與同類競品相比，萊迪思Avant FPGA的啟動時間大大加快，使其成為安防和安全關(guān)鍵應(yīng)用的首選。

總之，雖然像萊迪思Avant這樣基于SRAM的FPGA確實依賴于片外配置存儲來提供加密和驗證等高級安全功能，但它們的啟動速度本身并不慢。通過創(chuàng)新技術(shù)，如早期I/O啟用、超快配置接口、位流壓縮和高效的重新配置機制（如TransFR），萊迪思Avant FPGA有效地化解了啟動時間長的痛點，提供了快速的系統(tǒng)啟動，并實現(xiàn)了廣泛的高性能應(yīng)用。除了安全性和靈活性之外，它還能確保從上電開始就能獲得無縫、快速的用戶體驗。

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