從閃存到MRAM：滿(mǎn)足現代FPGA配置的需求

在技術(shù)飛速發(fā)展的今天，新興的航空電子、關(guān)鍵基礎設施和汽車(chē)應用正在重新定義人們對現場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）的期望。FPGA之前主要依靠閃存來(lái)存儲配置位流。這種方法適用于許多主流FPGA配置應用；然而，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步以及對更高可靠性和性能的需求增加，人們需要更多樣化的配置存儲選項。這種轉變的催化劑在于應用和行業(yè)的不同需求，它們目前正不斷突破FPGA應用的極限，要求在數據完整性、系統耐用性和運行效率等方面更進(jìn)一步。

現代應用需要更先進(jìn)的功能

1.更高的耐用性和可靠性：高級駕駛輔助系統和先進(jìn)的互連航空電子技術(shù)等應用要求元件能夠承受惡劣的環(huán)境條件，并具有較高的耐用性。閃存雖然在某些條件下性能可靠，但在耐用性方面存在局限性，因此無(wú)法滿(mǎn)足這些嚴格的要求。

2.更快的配置時(shí)間：在實(shí)時(shí)傳感器數據處理或高可靠性通信等對時(shí)間要求極高的環(huán)境中，對快速配置的需求至關(guān)重要。傳統的閃存會(huì )導致啟動(dòng)時(shí)間延遲。

從閃存到MRAM：任務(wù)成功的關(guān)鍵

為FPGA設計電路或應用時(shí)，需要使用硬件描述語(yǔ)言（HDL）來(lái)描述FPGA內部的功能應如何布線(xiàn)。HDL代碼使用FPGA開(kāi)發(fā)軟件（如Lattice Radiant?）編譯成FPGA配置文件，即位流。位流包含二進(jìn)制數據，告訴FPGA內部的每個(gè)邏輯元件（觸發(fā)器、門(mén)電路等）如何連接和執行數字功能。位流生成后，將存儲在非易失性存儲器件中。在上電過(guò)程中，配置位流被加載到FPGA中。一旦配置了位流，FPGA就會(huì )開(kāi)始執行任各類(lèi)編程任務(wù)，如數據或信號處理、控制功能和協(xié)議橋接等。

磁性隨機存取存儲器（MRAM）是一種新興的非易失性存儲器技術(shù)，它利用材料的磁性來(lái)存儲數據。與依靠電荷存儲的傳統閃存不同，磁隨機存取存儲器利用磁隧道結將二進(jìn)制數據表示為磁性狀態(tài)的方向。這種方法具有多種優(yōu)勢，包括更低的功耗、更高的耐用性以及更快的讀寫(xiě)速度。此外，MRAM的非易失性確保了即使在沒(méi)有電源的情況下也能保留數據，使其成為閃存的可靠而高效的替代品。MRAM的可擴展性以及與CMOS工藝無(wú)縫集成的能力，進(jìn)一步使其成為追求高能效存儲解決方案的有力競爭者。

閃存等傳統存儲技術(shù)表現固然出色，但新的應用推動(dòng)了對更可靠的配置存儲的需求，它們需要在惡劣的環(huán)境條件下具有更好的穩定性和更高的性能。例如，在需要高耐用性或高性能的網(wǎng)絡(luò )邊緣應用中，MRAM 可以通過(guò)OTA處理大量的高速讀/寫(xiě)周期，以支持持續的數據更新，而無(wú)需經(jīng)歷擦除周期，也無(wú)需使用閃存文件系統或專(zhuān)用控制器。

在汽車(chē)應用中，MRAM可在較大的溫度范圍和惡劣條件下高效運行。在關(guān)鍵任務(wù)運輸和航空電子應用中，MRAM對于存儲系統的設置和操作數據記錄至關(guān)重要。在對數據可靠性要求極高的太空應用中，MRAM具有抗強輻射的能力，可簡(jiǎn)化在軌重新編程，限制輻射引起的錯誤。

采用支持MRAM的FPGA讓?xiě)妹嫦蛭磥?lái)

包括萊迪思Certus?-NX、CertusPro?-NX和Avant?在內的萊迪思FPGA，采用了可靠的制程技術(shù)、架構得以?xún)?yōu)化、擁有成熟的設計技術(shù)，可實(shí)現后臺重新配置、內置的硬擦除器用于檢測和糾正錯誤、還有容錯IP和各種有針對性的工具來(lái)幫助降低可靠性風(fēng)險。利用這些FPGA器件，用戶(hù)可以受益于低功耗FPGA架構和快速安全的位流配置/重新配置。

為了增強客戶(hù)的編程體驗，萊迪思正著(zhù)手更新EDA工具，支持原生MRAM編程。我們一直在與包括Everspin Technologies和Avalanche Technology在內的著(zhù)名MRAM產(chǎn)品供應商合作，以展示硬件互操作性和原生軟件集成。

萊迪思最新發(fā)布的Radiant工具實(shí)現了對MRAM位流的直接訪(fǎng)問(wèn)和編程接口，支持各種數據速率和存儲容量。它支持MRAM容量高達256 Mb的器件，并完全支持SPI、QSPI和xSPI。萊迪思最新的FPGA現支持工作頻率為160 MHz的X8數據寬度，實(shí)現了業(yè)界最快的配置時(shí)間。將這種高性能FPGA配置接口與MRAM結合使用，可為關(guān)鍵任務(wù)系統帶來(lái)先天的設計優(yōu)勢。

萊迪思Radiant支持MRAM SPI閃存

使用MRAM來(lái)存儲FPGA配置位流不僅僅是一種技術(shù)升級，更是一種面向未來(lái)的高可靠性系統的戰略舉措。隨著(zhù)各行各業(yè)對其電子元件的要求不斷提高，支持MRAM的FPGA系統已成為故障零容忍應用的最佳解決方案。