Elettronica_Oggi_446

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FPGA
43 - ELETTRONICA OGGI 446 - GIUGNO 2015
per aggiornare porzioni dell’FPGA mentre il resto del siste-
ma continua a funzionare o per ottimizzare l’uso delle celle
logiche programmabili all’interno della struttura dell’FPGA
(lo schema semplificato è riportato in Fig. 2).
La riconfigurazione parziale è stata ampiamente utilizza-
ta per l’elaborazione di segnali audio e video in quanto
consente la sincronizzazione tra gli algoritmi accelerati in
hardware e il flusso di dati in ingresso. Un dispositivo di
dimensioni inferiori può dunque essere utilizzato per sup-
portare tutti i task richiesti dal sistema mediante la ricon-
figurazione dei circuiti modulari situati all’interno di una
determinata area della struttura dell’ FPGA. Se la riconfigu-
razione parziale non fosse utilizzata, ogni circuito avrebbe
bisogno di essere caricato in parallelo in un dispositivo i
a configurazione fissa di maggiori dimensioni richiedendo
un maggior numero di risorse della struttura dell’FPGA.
FPGA in tecnologia anti-fusibile
Non tutti gli FPGA utilizzano la memoria volatile per la con-
figurazione. I primi dispositivi non volatili erano basati sul-
la tecnologia “anti-fusibile” – un elemento programmabile
una sola volta che forma una connessione quando il fusi-
bile viene ‘bruciato’ elettronicamente da un programmato-
re esterno. Realizzati da , gli FPGA anti-fusibile
sono caratterizzati da una maggiore immunità intrinseca
alle radiazioni ad alta energia rispetto ai dispositivi basati
su memoria, dato che il collegamento permanente forma-
to dall’anti-fusibile non può essere alterato da fenomeni di
SEU (Single Event Upset – impatto di una particella ioniz-
zante su un circuito elettronico che può provocare un impul-
so cambiando la forma dei segnali analogici o lo stato dei
circuiti digitali). Microsemi propone un’opzione non volatile
riprogrammabile negli FPGA delle famiglie SmartFusion,
ProAsic3 e Igloo. Questi dispositivi abbinano un’architettu-
ra basata su LUT con celle di configurazione basate su me-
morie flash. In questo modo l’intero sistema può riavviarsi
istantaneamente dopo uno spegnimento perché la struttura
dell’FPGA conserva il suo stato di configurazione. Tra gli
altri vantaggi da segnalare l’eliminazione della corrente di
spunto in fase di configurazione e il risparmio energetico
ottenibile in presenza di una fonte di alimentazione del di-
spositivo viene spenta e riaccesa. A differenza della tec-
nologia anti-fusibile, le celle di memoria flash sono anche
riprogrammabili. Nel caso di un errore in fase di sviluppo o
di aggiornamento del sistema sul campo, la configurazione
hardware dei dispositivi può essere alterata.
La memoria flash
I dispositivi delle famiglie Igloo, ProAsic3 e SmartFusion di
Microsemi sfruttano la tecnologia di memoria flash per ga-
rantire un funzionamento a basso consumo. La tecnologia
Flash*Freeze degli FPGa della serie Igloo permette di porre
il dispositivo in uno stato di bassissimo consumo quando
non è in uso, memorizzando i dati normalmente conserva-
ti nei registri volatili e negli array della SRAM in un’area
di backup della memoria flash. Una volta memorizzati, il
dispositivo Igloo non necessita più di alcuna corrente per
conservare lo stato delle memorie volatili. Togliendo l’e-
nergia a questi elementi e agli I/O, il consumo può essere
inferiore a 5 µW.
Grazie alle memorie flash è stato possibile sviluppare ar-
chitetture ibride e integrare funzioni di protezione avanzate.
I dispositivi della linea Mach XO2 di Lattice, ad esempio,
prevedono una memoria flash on-chip (Fig. 3) per i dati di
configurazione, in modo da ridurre il rischio di eventua-
li intrusioni da parte di hacker, finalizzate al recupero del
flusso di bit di configurazione durante l’accensione. In
Fig. 1 – Esempio di un elemento logico di un FPGA
Fig. 2 – Struttura semplificata di un FPGA