在技術(shù)飛速發(fā)展的今天，新興的航空電子、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和汽車應用正在重新定義人們對現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）的期望。FPGA之前主要依靠閃存來存儲配置位流。這種方法適用于許多主流FPGA配置應用；然而，隨著技術(shù)的進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(zhuǎn)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(shù)據(jù)完整性、系統(tǒng)耐用性和運行效率等方面更進一步。
現(xiàn)代應用需要更先進的功能
1.更高的耐用性和可靠性：高級駕駛輔助系統(tǒng)和先進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，因此無法滿足這些嚴格的要求。
2.更快的配置時間：在實時傳感器數(shù)據(jù)處理或高可靠性通信等對時間要求極高的環(huán)境中，對快速配置的需求至關(guān)重要。傳統(tǒng)的閃存會導致啟動時間延遲。
從閃存到MRAM：任務成功的關(guān)鍵
為FPGA設(shè)計電路或應用時，需要使用硬件描述語言（HDL）來描述FPGA內(nèi)部的功能應如何布線。HDL代碼使用FPGA開發(fā)軟件（如Lattice Radiant?）編譯成FPGA配置文件，即位流。位流包含二進制數(shù)據(jù)，告訴FPGA內(nèi)部的每個邏輯元件（觸發(fā)器、門電路等）如何連接和執(zhí)行數(shù)字功能。位流生成后，將存儲在非易失性存儲器件中。在上電過程中，配置位流被加載到FPGA中。一旦配置了位流，F(xiàn)PGA就會開始執(zhí)行任各類編程任務，如數(shù)據(jù)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存儲數(shù)據(jù)。與依靠電荷存儲的傳統(tǒng)閃存不同，磁隨機存取存儲器利用磁隧道結(jié)將二進制數(shù)據(jù)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速度。此外，MRAM的非易失性確保了即使在沒有電源的情況下也能保留數(shù)據(jù)，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工藝無縫集成的能力，進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(tǒng)存儲技術(shù)表現(xiàn)固然出色，但新的應用推動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(wěn)定性和更高的性能。例如，在需要高耐用性或高性能的網(wǎng)絡邊緣應用中，MRAM 可以通過OTA處理大量的高速讀/寫周期，以支持持續(xù)的數(shù)據(jù)更新，而無需經(jīng)歷擦除周期，也無需使用閃存文件系統(tǒng)或?qū)Ｓ每刂破鳌?/p>
在汽車應用中，MRAM可在較大的溫度范圍和惡劣條件下高效運行。在關(guān)鍵任務運輸和航空電子應用中，MRAM對于存儲系統(tǒng)的設(shè)置和操作數(shù)據(jù)記錄至關(guān)重要。在對數(shù)據(jù)可靠性要求極高的太空應用中，MRAM具有抗強輻射的能力，可簡化在軌重新編程，限制輻射引起的錯誤。
采用支持MRAM的FPGA讓應用面向未來
包括萊迪思Certus?-NX、CertusPro?-NX和Avant?在內(nèi)的萊迪思FPGA，采用了可靠的制程技術(shù)、架構(gòu)得以優(yōu)化、擁有成熟的設(shè)計技術(shù)，可實現(xiàn)后臺重新配置、內(nèi)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幫助降低可靠性風險。利用這些FPGA器件，用戶可以受益于低功耗FPGA架構(gòu)和快速安全的位流配置/重新配置。
為了增強客戶的編程體驗，萊迪思正著手更新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(nèi)的著名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工具實現(xiàn)了對MRAM位流的直接訪問和編程接口，支持各種數(shù)據(jù)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(xiàn)支持工作頻率為160 MHz的X8數(shù)據(jù)寬度，實現(xiàn)了業(yè)界最快的配置時間。將這種高性能FPGA配置接口與MRAM結(jié)合使用，可為關(guān)鍵任務系統(tǒng)帶來先天的設(shè)計優(yōu)勢。
萊迪思Radiant支持MRAM SPI閃存
使用MRAM來存儲FPGA配置位流不僅僅是一種技術(shù)升級，更是一種面向未來的高可靠性系統(tǒng)的戰(zhàn)略舉措。隨著各行各業(yè)對其電子元件的要求不斷提高，支持MRAM的FPGA系統(tǒng)已成為故障零容忍應用的最佳解決方案。
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