MSS+ACE+FPGA=灵活的控制系统

爱特公司(Actel) 日前推出了世界首个智能型混合信号FPGA器件SmartFusion并已投入批量生产。SmartFusion的FPGA架构包括基于ARM Cortex-M3硬核处理器的完整微控制器子系统（MSS），以及可编程Flash模拟模块（ACE）。SmartFusion器件能让嵌入式产品设计人员使用单芯片便能轻易构建所需要的系统，获得全部所需功能，而且无需牺牲产品性能。

　SmartFusion提供了构建高度灵活的smartgrid传感器所需的资源，并具有更大的灵活性和更小的封装尺寸。片上集成嵌入式ARM处理器，意味着ARM Cortex-M3处理器在广泛的应用中的快速发展，SmartFusion的用户不但能体验Cortex-M3处理器业界领先的高效能与低功耗优势，还能通过ARM的600多家合作伙伴，取得用于优化ARM架构的各种工具、软件和中间件。

　SmartFusion系列结合了逻辑、微控制器子系统和模拟三个可编程模块，实现易于使用的完全可定制系统设计平台，让嵌入式应用设计人员现在无需进行线路板级改变，就能够快速优化硬件/软件折衷权衡。在SmartFusion器件内，所有数据都会从处理器传送到FPGA，或从模拟模块传送到处理器，或在FPGA和片上模拟模块之间传送。而爱特的FlashLock技术也提供了出色的IP安全水平。

　Actel亚太区总经理赖炫州表示，爱特的产品将沿着Flash+FusionFPGA+可编程模拟模块的平台不断发展下去，低功耗则是爱特产品的核心价值，这一点已通过爱特公司在LOGO中增加“Power MATTERS”得以强调。“我们的设计工具增加了针对功耗优化的选项，让设计工程师根据需要来对性能和功耗进行平衡；又如在硬件设计中，我们可以对 Flash进行开关控制设计，优化芯片的动态功耗。”

　在工业、军用、医疗、电信、计算和存储市场领域的应用中，当需要选择协处理或接口定制时，SmartFusion器件非常合适，如马达控制、系统和功率管理和工业自动化等。从这一点看，SmartFusion的目标市场将与32位MCU 直接竞争，赖炫州认为对于那些需要将更多外部IP进行片上整合、更多的系统设计弹性、更低功耗以及更高保密性的高阶客户而言，SmartFusion是更好的选择，此外，就价格（市场规模）、产品生命周期和库存管理成本而言，供应商越少越好。“我们的设计工具提供了丰富的逻辑选项来帮助工程师定义产品，加上对ARM等处理器内核的支持，MCU设计者也很容易的移植他们的设计。我们从去年9月就同客户一起针对不同应用进行方案的开发，到目前芯片正式量产，所有开发工具（图形化）、评估板都已配套。”

　SmartFusion器件采用130nm工艺，赖炫州认为，虽然FPGA工艺节点现在已经演进到40nm甚至是22nm了，但就硅材料工艺而言，130nm是性能和功耗平衡的最佳节点，毕竟漏电问题带来的功耗上的挑战一直是深亚微米所面临的重要课题。“我们也将研发更多深亚微米的产品，但对功耗和性能的平衡一直是我们首要考虑的，也因此，Actel的产品一直关注在那些不需要太多复杂逻辑而是需要更多功能整合的应用领域。”

　产品解析

　　SmartFusion器件是由爱特于2005年推出的首个Fusion混合信号FPGA演进而来，Fusion是基于ARM M1的软核，SmartFusion则是M3硬核，赖炫州表示，新器件的升级在性能、价格（硬核使芯片更小）和设计弹性（更多模拟模块）三个方面将给予 Fusion用户更多的新的体验。

　瞄准现今复杂的嵌入式设计而开发。该器件的主要组件包括:

　功能齐全的FPGA：

　SmartFusion器件具有爱特经过验证的基于快闪技术的ProASIC 3 FPGA架构，使用先进的130-nm CMOS工艺，系统门密度范围为60K至500K，并具有350 MHz工作频率和最多204个I/O。这种组合能够集成来自其它器件的现有功能，大幅减少线路板空间和总体系统的功耗。

　　微控制器子系统：

　　器件的智能性是以微控制器子系统的形式加入FPGA的，子系统带有100 MHz 工作频率的ARM Cortex-M3处理器硬核，全部标准外设和功能包括:

　?多层AHB通信矩阵，吞吐率高达16 Gbps

　　?带有RMII 接口的10/100以太网MAC

　　?SPI、I2C、UART、32位定时器(各有两个)

　　?最高512 KB闪存和64 KB SRAM

　　?外部存储器控制器(External memory controller, EMC)

　　?8通道DMA控制器

　　可编程模拟模块：

　可编程模拟系统包括: 精度为1%的ADC和DAC、多达三个采样频率 为600 Ksps的12位ADC、最多三个12位第一阶(first order) sigma delta DAC、最多10个50 ns高速比较器、集成多种温度和电压和电流监控功能。赖炫州表示，创新性专有模拟计算引擎(Analog Compute Engine, ACE) 能执行采样排序和计算，能够分担ARM Cortex-M3处理器的模拟初始化和处理任务，