使用高速SPI Nor Flash的FPGA配置

NOR閃存普遍用做FPGA的配置設備。FPGA在工業和通訊及汽車ADAS應用中的使用取決於NOR Flash的低延遲和高數據吞吐量特性。快速啓動時間要求的一個很好的例子是汽車環境中的攝像頭系統。點火時後視圖像在儀表板上顯示的速度是一階設計挑戰。
 
上電後的FPGA會當即加載已存儲在NOR器件中的配置位流。傳輸完成後的FPGA轉換爲活動（已配置）狀態。FPGA包含許多配置接口選項，一般包括並行的NOR總線和串行外圍設備接口（SPI）總線。支持這些總線的存儲器在不一樣製造商提供的產品之間始終存在很小的不兼容性，這使得存儲設備的多來源採購更加困難。
 
FPGA配置的歷史
 
FPGA首次面世時選擇的配置存儲器是並行EPROM。NOR Flash技術出現了，並因其系統內可從新編程性和成本效益而被普遍採用。第二個演進過渡是，SPI存儲器接口在大多數應用中已經取代了並行NOR接口。當今的SPI Nor Flash產品可提供高密度和小封裝，高讀取吞吐量以及（最重要的是）高效的低引腳數接口。
 

 

圖1 –千兆四通道SPI（6引腳）和並行NOR（45引腳）接口

 
圖1顯示了一個1 Gb SPI設備與一個1 Gb Parallel NOR產品的引腳排列。對於一個千兆位內存，四路串行外圍設備接口（QSPI）器件具備一個六針接口，而並行NOR器件則須要45針。引腳數的巨大差別致使QSPI器件被普遍用做首選配置接口。QSPI接口容許更改密度，而無需更改設備尺寸。
 
FPGA配置速度
 
隨着過程節點的縮小，FPGA器件繼續增長了可用的可編程邏輯數量。這致使須要更高密度和更快的配置內存。現代FPGA在配置期間須要加載多達128MB的數據。這些高密度配置位流須要更長的時間才能從NOR閃存設備傳輸到FPGA。配置接口不只針對讀取吞吐量進行了優化，並且還專一於促進不一樣NOR閃存製造商之間的互操做性。