FPGA med hård processor

Hösten 2005 lanserades Fusion, en familj flashbaserade FPGA-kretsar från Actel, som kombinerade programmerbar logik med analoga funktioner och en mjuk Arm-processor, M1. Nu kommer uppföljaren som fått en hård variant av Arm-processorn M3, och förbättrade analogfunktioner.

Att reservera en del av kiselytan i en FPGA för en processorkärna är ingen ny idé. I princip alla FPGA-leverantörer har provat kombinationen men med begränsade framgångar. Nu gör Actel ett nytt försök med den populära 32-bitars M3-kärnan från Arm.

Företaget bygger vidare på Fusionfamiljen som döps om till Smartfusion för att markera förändringen. Precis som tidigare tillverkas kretsarna av Infineon i en 130 nm flashprocess. Det innebär att man inte får fler transistorer till sitt förfogande för den nya generationen av Fusion utan får disponera om dem som står till buds. I den mjuka varianten upptog M1 cirka 250 000 FPGA-celler. Då hade kunderna mellan 90 000 och 1,5 miljoner systemgrindar att leka med. I Smartfusion tar M3:an uppenbarligen en rejäl bit av ytan, antalet logikceller är numera 60 000, 200 000 eller 500 000 stycken.

Å andra sidan får man en M3:a som kan klockas med maximalt 100 MHz. Själva logikcellerna är betydligt snabbare med sina 350 MHz. M3:an är hopkopplad med övriga block i kretsen via AHB-bussen som sväljer upp till 16 Gbit/s.

För kommunikation med omvärlden finns bland annat ett MAC-block som klarar 10/100 Mbit/s liksom dubbel uppsättning av SPI, I2C, UART och 32-bitars timer samt maximalt 128 in- och utgångar. Vidare finns SRAM (max 64kByte) och flash (max 512 kByte).

– En stor fördel med flashtekniken är att koden redan finns i FPGA:an när strömmen slås på. Det gör det svårare att komma åt koden. Dessutom finns ett 128-bitars krypteringsskydd, säger Fares Mubarak på Actel.

Nyckeln hindrar att obehöriga läser ut koden, programmerar om kretsen eller tillverkar fler exemplar än vad som är överenskommet.

I Smartfusion har Arm-processorn fått sällskap av en nyutvecklad analogprocessor som tar hand om grovjobbet med analogdelen. Där finns bland annat konfigurerbara AD- och DA-omvandlare. I den största modellen finns tre 12-bitars DA-omvandlare med en samplingshastighet på maximalt 600 kSa/s liksom tre 12-bitars sigma-deltaomvandlare. Vidare finns tio komparatorer (50 ns) liksom funktioner för övervakning av temperatur, spänning och ström.

– Vi har en högspänningsprocess med 20 V internt och trippelbrunnsteknik. Det är en förutsättning för att hålla ner brus och få signalintegritet i både den digitala och analoga delen av kretsen, säger Fares Mubarak.

Utvalda kunder har fått kretsar sedan september i fjol och A2F200 är redan i volymproduktion. A2F500 kommer under andra kvartalet och A2F060 till hösten. Actel vill dock inte ge något exakt pris.

– Det startar under tio dollar för större volymer, säger Fares Mubarak.