原创 那些年，我们拿下了FPGA（上）第2章-FPGA原理（3）

2.3基于FLASH技术原理

2.3.1 FLASH

       FLASH我觉得大家非常不陌生，即是常听的闪存，我们生活学习中经常用到。如果要追述FLASH技术的发展的话可以追述到EPROM和EEPROM，闪存一方面具有EPROM的浮置栅晶体管单元，另一方面具有EEPROM的薄氧化层特性，所以具有电可擦除性能，其他结构方面的特性和具有双晶体管的EEPROM相似，从而可以实现以字为单元的操作。具体的电路我们可以查找半导体相关介绍，这里对于我们了解FPGA来将，只要知道这个层次就足够了。

2.3.2 FLASH结构FPGA

       在对FLASH有了一定了解后，我们来看看基于FLASH的FPGA的原理，就目前市面上来讲，纯FLASH结构的FPGA并不多见，更多的是形式是FLASH与SRAM混合形式的FPGA。其中SRAM用于构成器件正常工作时的电路，而FLASH则是用来在上电时对SRAM进行配置，本身FLASH是具有掉电非易失性，所以有时候并不需要额外的片外配置电路。

2.3.3 FLASH架构FPGA优缺点

       由于市面上基于FLASH架构的FPGA主要厂家是ACTEL，所以大部分基于ACTEL有的FLASH型FPGA来说明。

首先是单芯片可重配性。在前面提到，基于反熔丝的FPGA不需要额外的配置存储但是是一次性编程的，用在较成熟的产品中，不能重复的配置验证，基于SRAM技术的FPGA可以重复下载验证，但是需要外部额外的配置存储器件，上电后需要一定的配置延时时间。两者都不是很尽人意。那么基于FLASH技术的FPGA它在两者当中都取得了优势，既可以重复下载配置，也不需要额外的片外配置芯片。

第二个是高安全性。基于SRAM的FPGA很大的问题就是安全性很难保障，逆向工程工作者通过努力可以分析出配置在片外的存储器的配置文件，推出其电路网表结构。而ACTEL的FLAHS架构的FPGA可以从三个层次很好的对电路进行保护。第一层是这个物理层的保护，在ACTEL的第三代FLASH器件中，晶体管有多层金属保护，去除它非常困难，很难实现逆向，同时采用的是片内配置，不用担心在上电配置过程中数据流被截取。第二层就是基于FLASH LOCK加密技术，通过将密钥下载到芯片中进行加密来防止对芯片非授权的操作，载入密钥后，从器件中读取数据或写入数据的唯一途径就是JTAG端口。第三层就是加密算法了，采用的是AES加密算法，该算法目前来说只能采用暴力**的方式，然而目前的JTAG端口速度大约是20MHz，按照128位密钥，1秒钟算一个密钥的话，也得算上几亿年。

第三大优点是低功耗，ACTEL的FPGA的功耗低也是其卖点。特别是很多手持设备的低功耗要求。FPGA的功耗主要考虑有四个方面，分别是上电功耗、配置功耗、静态功耗和动态功耗。ACTEL的FLASH型FPGA上电不需要大电流启动，且非易失性，几乎是没有上电功耗和配置功耗的，同时因为其相比SRAM型FPGA的可编程开关的6个晶体管，它只需要2个，静态功耗也好 动态功耗也罢，都具有很强的竞争力。

FLASH型的FPGA还有很多的有点，比如另一个卖点，相比SRAM型的稳定性可以抵抗辐射，成本低等等，但是事实的情况是大部分的市场还是给ALTERA和XILINX占据，主要的问题和基于反熔丝技术的FPGA一样，在其生产过程中存在更多的工序，工序一多，一种技术的提高要求各道工序都的有提高，这个有点类似水桶原理。对之前未涉及该类型的FPGA厂家来讲，是不太愿意做的事情，除非本身的领域受到强烈的冲击。