基于SRAM的FPGA技术创新： 快速安全启动机制深度解析

在可编程逻辑器件领域，基于SRAM的FPGA经常被误解。这些FPGA具有极高的灵活性和可重新配置特性，是从消费电子到航空航天等各类应用的理想选择。此外，基于SRAM的FPGA还能带来高性能和低延迟，非常适合实时数据处理和高速通信等要求苛刻的任务。

一个常见的误解是，基于SRAM的FPGA会因启动时间较长而不堪负荷。通常的说法是，由于其配置数据存储在片外，特别是在加密和需要验证的情况下，将这些信息加载到FPGA的过程就成了瓶颈。然而，对于许多基于SRAM的现代FPGA来说，这种观点并不成立，莱迪思Avant™ FPGA平台就是最佳范例，它的独特创新打破了启动时间限制，启动时间比同类FPGA快10倍。

莱迪思Avant FPGA属于中端FPGA，其可编程结构采用SRAM技术，这意味着配置是易失的，必须在上电时加载。配置数据或位流通常存储在外部非易失性存储器中，如SPI闪存或MRAM。此外，为了增强安全性，Avant器件支持使用AES-256-GCM对位流进行加密，并通过ECDSA或RSA进行验证。配置文件加密的使用取决于管理秘钥的步骤。这种管理包括密钥的生成、程序对密钥的存储、将密钥安全注入FPGA器件，以及保护、撤销和更新密钥的安全架构。

莱迪思Avant FPGA采用多层次的密钥管理方法，包括使用被称为物理不可克隆功能（PUF）的独特硬件可信根、安全的出厂配置、灵活的用户密钥生成和存储选项（eFuse和BBRAM），以及具有强大位流加密和验证功能的安全启动过程，所有这些都在专用的嵌入式安全模块中进行管理，并通过莱迪思Radiant软件进行配置。欲了解更多详情，请在此下载用户指南。

然而，有人认为这些因素必然导致启动时间过长，这一观点忽略了Avant FPGA为确保快速高效的系统启动而采用的先进技术。

让我们探讨其中一些关键的创新，了解莱迪思如何实现上述目标：

• 早期I/O启用功能：Avant FPGA实现快速启动的核心要素之一是其独特的早期I/O启用技术。该创新方案允许器件左右两侧的特定I/O组在位流处理初始阶段即激活并进入用户预设的驱动状态。通过这种方式，关键系统接口能够在配置周期极早期完成初始化并投入运作，从而为整个系统实现“瞬时启动”的响应能力。与传统方案需要等待完整位流加载不同，采用该技术的系统可在5毫秒内实现与FPGA I/O端口的交互，大幅缩短了系统启动时间。
• 超高速配置接口：Avant系列FPGA配备基于串行外设接口（SPI）的高速配置系统‌。该接口支持串行/双线/四线模式，其中高性能八线SPI（x8，双倍传输速率）可实现160MHz工作频率，实现位流从外部存储器至FPGA配置SRAM的极速传输，有效缩短整体配置周期‌。器件启动时采用快速签名验证及前导码检测机制‌，加速加载进程。
• 位流压缩：为了进一步加快配置过程，Avant FPGA支持位流压缩。通过压缩配置数据，存储在外部存储器中的位流最多可减小75%，从而加快了配置接口的下载速度。然后，FPGA会在配置过程中有效地解压缩这些数据。
• TransFR（透明重新配置）：虽然TransFR技术主要侧重于最大限度地减少更新过程中的系统中断，但它也提高了Avant配置效率。它允许在FPGA继续运行时对非易失性存储器进行后台编程或重新配置。当使用TransFR启动重新配置时，I/O状态将被捕获，以保持SRAM更新期间的系统稳定性。这一功能凸显了配置机制的速度和可控性。

观看视频了解莱迪思中端Avant™-G FPGA令人惊叹的启动速度。与同类竞品相比，莱迪思Avant FPGA的启动时间大大加快，使其成为安防和安全关键应用的首选。

总之，虽然像莱迪思Avant这样基于SRAM的FPGA确实依赖于片外配置存储来提供加密和验证等高级安全功能，但它们的启动速度本身并不慢。通过创新技术，如早期I/O启用、超快配置接口、位流压缩和高效的重新配置机制（如TransFR），莱迪思Avant FPGA有效地化解了启动时间长的痛点，提供了快速的系统启动，并实现了广泛的高性能应用。除了安全性和灵活性之外，它还能确保从上电开始就能获得无缝、快速的用户体验。

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