Microsemi ha sviluppato una Field Programmable Gate Array altamente innovativa in accordo con i requisiti applicativi emersi nelle applicazioni di ultima generazione embedded che stanno caratterizzando lo sviluppo tecnologico in settori chiave come le infrastrutture wireless, la difesa, l’avionica, l’automotive e l’emergente Industry 4.0, oltre alle implicazioni industriali di Internet of Things. Pur essendo una Fpga di categoria midrange, la nuova famiglia PolarFire di Microsemi, è stata sviluppata risolvendo le principali problematiche tecnologiche che caratterizzano lo sviluppo di sistemi embedded di nuova generazione: sicurezza, comunicazione, affidabilità, basso consumo, ridotte dimensioni, semplicità, rapidità di sviluppo. PolarFire è la quinta generazione di Fpga non volatile basata sulla tecnologia allo stato dell’arte dei 28 nanometri. Si colloca nella fascia di costo basso delle Fpga di taglio medio olte ad essere una ultra low power dotata di un transceiver a 12,7 Gbps, e altre caratteristiche funzionali avanzate e innovative che la rendono peculiare nella sua categoria, come il crypto co-processor low power.
Ideale per comunicazione e broadcasting
Grazie a una serie di innovazioni tecnologiche messe in campo da Microsemi per lo sviluppo delle Fpga PolarFire, questi nuovi dispositivi rappresentano la soluzione ideale per le applicazioni di comunicazioni in rete cablata da 1 a 40G, nonché in rete wireless eterogenee e per il broadcasting video. Questi dispositivi possono essere anche impiegati in numerose applicazioni con elevati requisiti computazionali e di sicurezza come quelli della difesa e dell’aerospaziale. Diverse sono le innovazioni che Microsemi è riuscita a integrare nei dispositivi PolarFire. Sicuramente di grande rilevanza è il transceiver operante a 12,7 Gbps a basso consumo (meno di 90 mW) e di ridotte dimensioni. Il ridottissimo consumo di potenza è un altro aspetto rilevante di questa famiglia di Fpga. Il consumo di potenza statica è di solo 25 mW per 100K elementi logici e grazie alla modalità Flash freeze ottiene un consumo in stand-by di 130 mW (a 25°C). In accordo con l’obiettivo di semplificazione e potenziamento del modello e degli strumenti di sviluppo, di notevole interesse per gli sviluppatori è la disponibilità del tool SmartPower Analyzer, che consente di profilare e analizzare i consumi energetici del progetto basto sulla Fpga.
Caratteristiche di sicurezza
PolarFire di Microsemi è una Fpga di fascia media con innovazioni da fascia alta relativamente a importanti aspetti come il bassissimo consumo di potenza in condizioni statiche grazie al processo a 28 nm non volatile e l’elevata capacità di trasferimento dati (12,7 GBps). La densità della logica programmabile (481 k elementi logici) non è solo l’unico aspetto rilevante della sua complessità funzionale in quanto dispone di look-up table a quattro input con fracture-able D-type flip-flop e 33 Mbit di Ram oltre a 1480 blocchi matematici. Importante l’I/O general purpose operante a 3,3 Volt e con AD e DA fino a (1,6 Gbps) con Cdr precostituito per il supporto SGMII per la serial gigabit Ethernet. Le caratteristiche di sicurezza sono esaltate dal crypto coprocessor integrato, da un true randon number generator, e da una funzione che garantisce fisicamente l’inclonabilità. Dispone di 56 kbytes di eNvm sicura, di un tamper detector e di un set di contromisure per resistere agli attacchi fraudolenti. La complessità funzionale di PolarFire è caratterizzata anche dai blocchi Dsp dotati di preadder hardware operati a 450 MHz che consentono l’implementazione di funzionalità applicative come la comunicazione radio ad alta velocità e l’elaborazione delle immagini.
Un nuovo approccio al debug
Considerando che l’attuale tecnologia Fpga è così avanzata da consentire a questi dispositivi di tenere in esecuzione parallela centinaia di funzioni all’interno, mentre i punti di osservazione esterni sono poche decine, (dato il numero limitato di piedini che il package può rendere disponibile), per lo sviluppatore che deve trovare la causa di un comportamento inatteso del sistema la Fpga rappresenta una enorme scatola nera ai fini del debug, se questa non è dotata internamente di un supporto hardware al debug. SmartDebug è il nuovo approccio al debug hardware per le Fpga PolarFire che consente di accedere allo stato logico interno alla Fpga, al SerDes e alla memoria interna. Oltre allo SmartDebug vengono supportati gli strumenti esterni di debug come l’oscilloscopio e l’analizzatore di stati logici. SmartDebug complementa la progettazione basata sulla simulazione consentendo la verifica e la risoluzione dei problemi di malfunzionamento, hardware. Consente l’accesso alla memoria non volatile, ai transceiver, al controller Ddr e ai punti sonda. SmartDebug può essere eseguito o in modalità integrata da Libero SoC PolarFire Design Flow oppure in modalità standalone. SmartDebug dispone di diverse funzionalità tra cui il View Device Status, che rende disponibile il report sullo stato del dispositivo, le informazioni sul programmatore, sull’utilizzatore, sul numero di serie di fabbrica, sulle informazioni di sicurezza. Active Probes è una funzionalità che consente leggere e cambiare il valore di un punto di ispezione. La lettura e la modifica avviene dinamicamente e in maniera asincrona su ogni bit di un registro di elemento logico. La funzione Memory Blocks consente di leggere e scrivere dinamicamente e in maniera asincrona da un blocco di memoria Sram. In particolare è possibile leggere, eseguire una cattura dalla memoria, modificare i valori in memoria. L’accesso all’analizzatore logico per il controllo e il trasferimento dei dati avviene tramite porta Jtag standard.
