SmartFusion：改变FPGA嵌入式系统设计角色

SmartFusion伴随着诸多光环终于走向市场，其架构一改以往风格，SmartFusion是唯一集成FPGA资源、ARM Cortex-M3微控制器和可编程模拟资源的器件，具有更高的集成度，能够实现既要求具备IP保护能力、又要求易于使用的完全可定制系统的设计平台。这一系列FGPA器件能提供真正的单芯片系统(SoC)解决方案，以及比现有内嵌软核处理器的FPGA更低的成本。

提高集成度和处理能力

SmartFusion器件的主要特点和功能如下：一是功能齐全的FPGA。SmartFusion器件具有经爱特公司验证、基于快闪技术的ProASIC3 FPGA架构，使用先进的130nm CMOS工艺，系统门密度范围为60K至500K，具有350MHz的工作频率和最多204个I/O。这种组合能够集成来自其他器件的现有功能，大幅减少线路板空间和总体系统的功耗。二是包括微控制器子系统。此系列FPGA的智能化来自于微控制器子系统,该子系统带有工作频率为100MHz的ARM Cortex-M3硬核处理器。三是可编程模拟模块。其创新性的专有模拟计算引擎(ACE)负责执行采样排序和计算，从而分担了ARM Cortex-M3处理器中的模拟初始化和处理任务。

4年以前我们的Fusion产品的推出，第一次将模拟、Flash技术整合在FPGA中。但以前Fusion内嵌的处理器，不管是8051、ARM7还是Cortex-M1，都是软核，因此需要占用FPGA的很多逻辑资源。而现在SmartFusion的推出，采用的高效ARM内核——Cortex-M3属于硬核，不占用FPGA的逻辑资源，不仅具有FPGA的高速并行的特点，而且可以发挥ARM灵活控制的长处。片上集成嵌入式ARM处理器，意味着SmartFusion的用户不但能体验Cortex-M3处理器业界领先的高效能与低功耗优势，还能通过ARM的600多家合作伙伴，取得用于优化ARM架构的各种工具、软件和中间件。

Fusion系列产品的逻辑规模最大是150万门，采用的软核处理器和外设还需要占用其中的逻辑资源，而现在的SmartFusion的逻辑规模达到了200万门～500万门，集成的处理器和I2C、SPI等外设也都不再占用逻辑资源。另外，SmartFusion与以前的产品相比还增加了D/A的部分，集成了更多模拟技术。

Fusion系列的特点是低功耗、非易失性和高可靠性，并具有高集成度，SmartFusion不但使这些特性更进一步，而且处理能力也大为增强，Cortex-M3处理器运行速度高达100MHz。Fusion系列采用Flash技术，它比其他FPGA厂家基于SRAM工艺的产品可靠性更高，更有弹性，也具备更低的功耗。采用这项技术，保证了掉电之后不会丢掉数据。SmartFusion延续了以前的技术，使产品更有弹性、更具灵活性和更高的集成度，同时可以降低成本。因为，基于Flash技术使集成更多模拟技术的目标得以实现，不采用Flash技术的公司在FPGA中要集成这么多的模拟器件，就至少需要两块硅片，当然会增加成本。

改变FPGA角色

对于FPGA市场来说，SmartFusion是一项重要的创新技术，因为FPGA首次嵌入了一个完整的微控制器子系统(MSS)，系统包括所有处理器外设和可编程模拟模块，实现了真正的单芯片系统，能够满足设计人员自行创建与众不同的嵌入式方案的全部需求。

SmartFusion改变了FPGA在嵌入式系统设计中的角色。过去，嵌入式系统的设计人员一向以MCU加ASSP的组合作为解决方案。SmartFusion通过集成MCU、模拟外设、嵌入快闪和真正的单芯片可编程逻辑，让系统设计人员可以实现先前仅有定制解决方案才能达到的集成水平。SmartFusion器件中的FPGA架构能够让系统设计人员在其产品中实现真正的差异化，而无需使用定制解决方案。更重要的是，SmartFusion器件能提升系统运作的效率。由于ARM Cortex-M3处理器是与FPGA架构分开的标准嵌入式单元，所以两者可以独立运作。因此，设计人员可以在不影响处理器运作的情况下重新对FPGA架构进行编程，在需要时更新用户逻辑的功能性，同时由处理器处理关键的系统功能。相反的，在更新处理器固件时，用户逻辑也可以继续运作。设计人员利用这种灵活的可编程性，将能够开发出真正的差异化产品。

应用更加多样化

现在其他FPGA大厂多集中于高速数据流量方面的应用，而我们要做的市场不同，是具有差异化的市场。我们希望通过把更高端的处理器以及更多模拟技术集成进去，来进一步增强产品的优势，拓展FPGA更多的应用领域。SmartFusion对我们来说就是这样一个具有战略意义的产品线，它将是Actel下一代主流产品拓展的开始。

作为Fusion系列的升级版，SmartFusion的高集成度可以支持更多的应用，比如针对高端的路由器和交换机，它们需要做电压、温度和电流的监控以及LED的显示等。要实现这些功能，如果没有SmartFusion的话，就需要FPGA+MCU+模拟的部分来实现，现在它使这种设计更加简化。

SmartFusion拓展了FPGA在工业上的应用，适用于系统管理、电源管理、马达控制、工业网络及显示器等应用。它比Fusion系列的控制精度更高、控制的数量也更多，而且可支持更多的通信标准，可定制不同的通信接口，而SoC可能只能支持一种应用的接口。除此之外，SmartFusion也能为医疗、能源、通信以至军事等各行业市场提供创新的解决方案。最近，Actel发布适用于SmartFusion智能混合信号FPGA的功率管理解决方案，功率管理解决方案提供图形用户界面(GUI)、源文件和硬件，可让嵌入式设计人员执行单芯片多轨功率管理排序和调整。

Smart的含义在于两个方面，一是器件本身由于增加了更强大的微控制器内核，带来了更强的智能性；二是它给工程师带来了在设计中的智能。

但SmartFusion并不代表Actel整体产品的发展方向，只是其中一部分产品。以后有些应用将向低功耗、混合信号、内嵌处理器产品的方向走，SmartFusion的出现会拓展这方面的应用。

总之，SmartFusion集成度的提高，进一步在FPGA中整合了数字和模拟的资源，降低了工程师设计的难度，并减小了这些器件在PCB上的面积，从而使整体成本降低。而且，还可以很灵活地去更改。另外，这种集成了更多模拟器件的产品也增强了产品的安全性。