FPGA設計的安全性問題解析

Q1：FPGA設計與DSP設計相比，最大的不同之處在哪里？　

A1：這個問題要從多個角度看。它們都用于某個功能的硬件電路實現，但是它們的側重點有所不同。這里涵蓋的說一下。

1)內部資源

FPGA側重于設計具有某個功能的硬件電路，內部資源是VersaTiles（ActelFPGA）之類的微小單元，FPGA的內部單元初始在編程前都是使用的是HDL語言實現硬件電路的設計描述。FPGA內部的連線資源將這些功能模塊的內部和模塊之間的信號連接起來，構成較大的模塊。FPGA可以內部實現ALU，加法器，乘法器，累加器，FIFO，SRAM，DDRcontroller，FFT，HDLC，DMA，PWM等等數字電路，也就說我們要用其實現一個特定的或是通用的硬件功能一個或是多個模塊，這些模塊的各個細節都要要用HDL來描述設計實現。目前的FPGA都可以直接內嵌諸如ARM7，CoretexM1，Core8051等微處理器，用于FPGA的軟核的，也有的FPGA廠商將一些硬件模塊直接做到FPGA中，這些是FPGA內部的硬核。傳統的FPGA都是實現純數字電路的，業界只有Actel的FPGA實現了數模混合的PSC單芯片技術，真正的提升和擴大了FPGA的應用功能和領域。另外多數FPGA都有PLL，DLL之類的鎖相環，Slew可調，Actel的還內建了OSC，RTC，Powermanager之類的硬件單元，甚至Actel的Fusion系列還內建了600kbps的12bit的ADC以及MOSFETDriver之類模擬接口，內部有UserFlashMemeory，FlashROM等資源可以實現真正的PSC，Bootloader之類的功能。　

DSP主要是算法處理，內部資源主要是乘法器，加法器之類的資源，有SPI接口，UART接口，接受一定的指令集，內部的資源基本上都是現成的，需要客戶的需要而重新配置，方便于客戶的使用，但是相對來講其功能是有局限性的，所以主要用于某些特定的領域。DSP也有內嵌的鎖相環，計數器，Baudrate發生器，有的DSP也有ADC模擬接口。　

2)使用的編程語言

FPGA主要使用HDL，包括VHDl，Verilog，還有數模混合的描述語言Verilog-AMS等。DSP使用C，匯編語言編程。

3)功能角度

FPGA普遍用于實現數字電路模塊，基本上能實現所有的數字電路，傳統的數字功能模塊，以及客戶產品特定需求的數字處理模塊。FPGA的IO橋接種類繁多，不同種類的級別的FPGA支持的IO標準和協議都不盡相同，但是這些IO的驅動能力或是電壓都是可編程配置的。任何數字功能電路的實現，高速信號的處理，控制領域的信號處理，橋轉換協議的實現，Actel的Fusion還能用于電流/電壓檢測，溫度的檢測，MOSFETdriver，電源管理，其獨特的Flash工藝技術可以依靠電池供電工作，和掉電實時保存數據，超低功耗，多種工作模式(Static,Sleepmode),尤其IGLOO芯片的功能在Sleepmode下功耗只有5uW。這樣的功耗用于手機，GPS之類的移動手持設備中能發揮更大的功能應用。另外用FPGA實現ASIC的前期的設計驗證，FPGA實現DSP的功能，實現CPU的功能，MCU的功能，內存控制器，用于工業的PWM，SVPWM，Clarke，Park的正逆變換的實現，VGA控制，數據的編解碼，解復用，高達上Gbps的信號的處理，協議的轉換實現等等等等功能，都是DSP難以勝任的。　

DSP內部有很多現成的硬件模塊和接口以及控制器，但是需要軟件編程設定，可以實現PWM控制，接口控制，UART接口，SPI接口等功能。但是由于受指令集的時鐘周期的限制，DSP不能處理太高的信號，至于說上Gbps的信號，LVDS之類的信號就很難以涉及了。所以相應的應用領域會有所限制。但是不同的領域客戶的設計方案不同，考慮的側重點不同，有些領域設計者也是愛好使用DSP的，諸如算法實現，協議的處理等等如果換作FPGA來處理那就得不償失。　

FPGA和DSP的區別還有很多，這里先說一點，希望能起到拋磚引玉的作用。具體的環境和設計方案各有其用武之地，設計者要根據自己的需要來選用。

Q2：在做設計之前，如何選擇FPGA呢？　

A2：一般情況下，先針對設計，列出您想要實現的功能，大致畫個功能框圖，然后根據其功能和系統的要求大致推算出你需要的：

IO需求——可用IO數量、差分信號對、IO的電平格式等；　

電壓源的需求——系統提供哪些電壓?核電壓需要多少？IO電壓源需要哪些？　

封裝——用TQ？VQ？PLCC？BGA？還是其它的封裝形式？　

內部RAM的需求——需要雙口RAM嗎？需要FIFO嗎？大小是多少？　

時鐘及速度需求——最大的時鐘速率是多少？需要多少個PLL？速度等級？全局時鐘有多少？　

邏輯資源和IPcore的需求——需要哪些IP核，大致占用多少資源？　

擴展和升級的需求——是否考慮IO和邏輯資源留有一些余量，以便以后的擴展？升級是否方便？

價格的因素。