FPGA按照工藝來分，大致可分為SRAM架構(gòu)和Flash架構(gòu)的FPGA，SRAM架構(gòu)的FPGA由于掉電時無法保存數(shù)據(jù)，因此FPGA幾乎都需要增加一個昂貴的配置芯片，而且功耗也較大，在啟動的時候需要很大的啟動電流，給用戶帶來了極大的不便，因此新一代的Flash架構(gòu)的FPGA贏得了越來越多的用戶親睞。

1.Actel的Flash FPGA

Actel是美國軍方的合作伙伴，占據(jù)了美國90％以上航天航空的FPGA市場，在過去的10多年中，Actel反熔絲的FPGA已經(jīng)成功地應(yīng)用于300多個太空計劃。這些應(yīng)用足以證明Actel的FPGA在可靠性方面是毋庸置疑的。

反熔絲器件以軍用市場為主，未對民用市場開放，所以一直以來大家對Actel的印象都是若隱若現(xiàn)。直到2002年，其創(chuàng)新的基于Flash架構(gòu)的FPGA的出現(xiàn)，從此揭開了Actel神秘的面紗，Actel開始逐漸走向了民用市場被大家所認(rèn)知。第一款Flash架構(gòu)的FPGA是ProASIC，其等同于CPLD的單芯片特點以及超越CPLD的低功耗和大容量特點贏得了開發(fā)工程師的好評，越來越多的人使用Flash架構(gòu)的FPGA去替換原有的CPLD和SRAM的FPGA。

2005年Actel推出了第三代Flash架構(gòu)ProASIC3／E，ProASIC3／E的成功推出預(yù)示著新的一代FPGA之間的“競爭”正式拉開了序幕，ProASIC3／E系列FPGA主要面向消費、汽車及其它成本敏感的應(yīng)用領(lǐng)域。

過去10年來，F(xiàn)lash已發(fā)展成突破性的技術(shù)，對每個涉及領(lǐng)域都有著深遠(yuǎn)的影響。例如Flash技術(shù)使得手機、照相機和錄像機的下一代產(chǎn)品發(fā)生了革命性的變化，現(xiàn)在則對可編程邏輯市場帶來了同樣的沖擊。事實上，F(xiàn)PGA技術(shù)的主流平臺已發(fā)生了根本性的改變。

ProASIC3在各種雜志、媒體以及其它的相關(guān)的技術(shù)評選中頻頻獲獎，例如《電子設(shè)計技術(shù)》、《便攜式產(chǎn)品》等，這些獎項的獲得證明了它全面地被社會所認(rèn)可，在一定程度上表明了Flash架構(gòu)的FPGA將在未來有著舉足輕重的地位。與此同時，Actel在成熟的ProASIC3的基礎(chǔ)上衍生出了更多極具個性的系列產(chǎn)品。

●Fusion：業(yè)界首個帶有模擬功能的FPGA，集成了12位A／D、Flash Memory、RTC等功能部件使SoC成為現(xiàn)實。

●IGLOO：超低功耗的FPGA，具有獨特的Flash*Freeze睡眠模式，在該模式下最低功耗可達5μW，并能保存RAM和寄存器的狀態(tài)。

●IGLOO+：在IGLOO的基礎(chǔ)上對I／O進行了優(yōu)化，提供超多的I／O口、支持斯密特觸發(fā)器輸入、熱插拔等特點。

●ProASIC3L：不僅具有ProASIC3的高性能，而且還具有低功耗的特性。

●Nano：業(yè)界最低功耗的FPGA，最低靜態(tài)功耗可達2μW，具有3minx3m的超小封裝，0.46美金的超低起定價。

這些系列都屬于Actel第三代技術(shù)的Flash架構(gòu)的FPGA，其不同的特點完全能夠滿足各種不同市場的需求，而且給用戶帶來了眾多的選擇以及為提升用戶產(chǎn)品的競爭力帶來了意想不到的效果，進而Actel主推第三代的Flash器件自然而然地成為了令人矚目的新星。下面讓我們一起來共同開啟Actel第三代Flash架構(gòu)FPGA之旅。

2.Flash架構(gòu)FPG特點

如圖1所示，Actel所有Flash架構(gòu)的FPGA都具有相似的特點，但是每個系列又有各自獨特的個性，使得它們相互補充。相互促進，為各行各業(yè)提供了獨一無二的選擇。

(1)先進的Flash開關(guān)

Actel的FPGA是基于Flash架構(gòu)的FPGA，晶體管受7層金屬保護，采用130nm工藝，每個Flash開關(guān)僅由兩個品體管組成：一個用于對此開關(guān)進行擦除、編程、校驗等操作，另一個用于開關(guān)的選通。它具有占用硅片面積小、低阻抗和容性負(fù)載、非易失性等特點，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。其實對FPGA進行編程就是對這些開關(guān)進行控制，實現(xiàn)連線的過程。

(2)單芯片

基于Flash架構(gòu)的FPGA掉電非易失性，一旦被編程，配置數(shù)據(jù)就成為FPGA結(jié)構(gòu)的一個固有部分，系統(tǒng)上電時不需要通過外部的配置芯片加載數(shù)據(jù)(這與基于SRAM的FPGA不同)。因此，基于Flash架構(gòu)的FPGA不需要EEPROM或MCU等器件來配置FPGA。除此之外，F(xiàn)usion還集成了12位A／D、Flash Memory、模擬I／O、RTC等模擬部分，這是世界上首創(chuàng)的模數(shù)混合技術(shù)的FPGA，不僅降低了外圍器件的費用、節(jié)省了印刷電路板(PCB)的空間，同時又提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

(3)高度安全性

Actel Flash架構(gòu)的FPGA的安全性體現(xiàn)在3個層次的保護：

第一層屬于物理層的保護，Actel第三代Flash架構(gòu)的FPGA的晶體管受7層金屬的保護，去除金屬層的難度非常大，很難實現(xiàn)反向工程(通過一定的手段去除金屬層后看到內(nèi)部晶體管的開關(guān)狀態(tài)從而重現(xiàn)設(shè)計)；Flash FPGA非易失性，不需要外部的配置芯片，上電即可運行，不需要擔(dān)心在配置過程中數(shù)據(jù)流被截取。

第二層是Flash Lock的加密技術(shù)，顧名思義是對Flash單元的鎖定作用，它是128位的加密算法，通過將密鑰下載到芯片中進行加密來防止對芯片進行非授權(quán)的操作。經(jīng)過加密的芯片，如果沒有密鑰就無法對芯片進行編程、擦除、校驗等。

第三層是采用國際上標(biāo)準(zhǔn)的AES加密算法對編程文件進行加密的技術(shù)，AES是遵守美國聯(lián)邦信息處理標(biāo)準(zhǔn)(FIPS)文獻192的一種加密算法，美國政府機構(gòu)使用它來保護敏感和公開信息。該算法可包含大約3.4×1038個128位密鑰。早期DES標(biāo)準(zhǔn)中密鑰的大小為56位，大約可提供7.2×10¹⁶個56位密鑰，2000年，NIST采用了AES標(biāo)準(zhǔn)來替代1977 DES標(biāo)準(zhǔn)，大大提高了加密的可靠性。NIST通過舉例來說明由AES提供的理論安全性，假設(shè)一個計算系統(tǒng)可以在一秒鐘內(nèi)破解一個56位的DES密鑰，那么要破解一個128位AES密鑰可能要花費大約149萬億年，可想而知其安全性的可靠程度。

Actel Flash FPGA基于上述三重保護，使用戶寶貴的IP可以受到很好的保護，也讓遠(yuǎn)程ISP變成可能，它將為可編程邏輯設(shè)計提供最高的安全性。

(4)高可靠性

基于SRAM技術(shù)的晶體管不可避免存在兩種錯誤：軟錯誤(Soft Error)和固件錯誤(Firm Error)，這是由于大氣中的高能粒子(中子、粒子)轟擊到SRAM的晶體管引起的。由于其帶有較高的能量，在碰撞某個晶體管過程中有可能改變晶體管的狀態(tài)。

所謂軟錯誤主要是針對SRAM的存儲器來說的，例如

SRAM、DRAM等。當(dāng)高能粒子轟擊到SRAM的數(shù)據(jù)存儲器，會使得數(shù)據(jù)狀態(tài)發(fā)生反轉(zhuǎn)，由原來的0變?yōu)?或者1變?yōu)?，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的暫時錯誤。當(dāng)重新寫入數(shù)據(jù)后，該錯誤又會消失。

所謂固件錯誤是指當(dāng)SRAM FPGA配置單元或者布線結(jié)構(gòu)遭受到大氣中高能粒子的轟擊，而發(fā)生了邏輯功能的改變或者連線的錯誤現(xiàn)象，最終的后果將會導(dǎo)致一次系統(tǒng)地徹底失敗，這種錯誤將會一直存在直到被檢查修改為止。

Actel Flash架構(gòu)的FPGA對于固件錯誤有很好的免疫作用，這是由于它獨特的Flash架構(gòu)所決定的，如果要改變一個Flash工藝的晶體管狀態(tài)需要一定的高壓，而一般的高能粒子是無法達到這個要求的，所以幾乎不存在這種威脅。

(5)低功耗

FPGA的功耗一般有4種：上電功耗、配置功耗、靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗。一般的FPGA都具有這4種功耗，而Actel Flash FPGA由于上電不需要一個很大的啟動電流，并且掉電非易失，不需要配置過程，所以只有靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗，沒有上電功耗和配置功耗。

基于Flash架構(gòu)的FPGA每個可編程的開關(guān)都是由2個晶體管構(gòu)成，而基于SRAM技術(shù)的FPGA每個可編程開關(guān)是由6個晶體管構(gòu)成，所以單純從開關(guān)的功耗上分析，F(xiàn)lash FPGA的開關(guān)消耗功耗要比SRAM FPGA低很多。

Fusion系列支持低功耗的模式，芯片本身可提供一個1.5V電壓供內(nèi)核使用，并且可以通過內(nèi)部的RTC以及FPGA的邏輯實現(xiàn)掉電和喚醒的功能，以達到降低功耗的目的。Actel IGLOO和IGLOO+系列的FPGA更是為手持設(shè)備的應(yīng)用而設(shè)計的，其獨特的Flash Freeze模式可以將靜態(tài)功耗最低降至5gW，并能保存RAM的數(shù)據(jù)。

Actel Flash FPGA無論是靜態(tài)功耗還是動態(tài)功耗都會比競爭對手低很多，可以應(yīng)用于對功耗敏感、需要低功耗的場合，例如PDA、游戲機等。

(6)內(nèi)可嵌高性能處理器

嵌入式系統(tǒng)中除了具有一顆高性能的FPGA以外，往往需要有一個處理器來處理一些算法或系統(tǒng)級的任務(wù)，一般的做法是通過一個8051或ARM芯片加上一個FPGA來完成，但是在某些場合對體積、成本有苛刻要求的時候，該方法的缺陷就被暴露無疑，而Actel針對該問題提供了單芯片的SoC解決方案，將處理器嵌入到FPGA內(nèi)部，實現(xiàn)單芯片的解決方案。時下Actel可以提供8位的CoreABC、Core8051、Core8051s處理器，可以提供32位的ARM7、CortexM1處理器，這些都是軟核，其外設(shè)可以由用戶裁減，打造獨一無二的用戶處理器芯片，另外Actel將會在2009年提供性能更優(yōu)、功能更強大的CortexM3硬核處理器，不占用FPGA的邏輯資源，完美地將FPGA和ARM結(jié)合在了單個芯片上，這將成為FPGA領(lǐng)域跨時代的里程碑。

(7)其它特點

除此之外，Actel的FPGA還具有低成本(最低0.46美元)、上電即行、小體積等特點，這些特點可以根據(jù)用戶實際的情況來選擇。