System-on-Chip FPGA Sichere, zuverlässige und leitungsfähigere Designs mit SmartFusion2 von Microsemi

Mit den Flash-basierten System-on-Chip (SoC) FPGAs SmartFusion2 zielt Microsemi auf Industrie-, Verteidigungs-, Luftfahrt-, Kommunikations- und Medizintechnik und will neue Maßstäbe in Sachen Sicherheit, Zuverlässigkeit und Leistungsaufnahme setzen.

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Microsemis SoC FPGAs der nächsten Generation basieren auf einer Flash-basierten FPGA-Fabric, einem ARM Cortex-M3-Prozessor (166 MHz), einem Security-Processing-Beschleuniger, DSP-Blöcken, SRAM, eNVM und auf hochleistungsfähigen Kommunikationsschnittstellen.

„Unsere SmartFusion2 SoC FPGAs wurden für sicherheitsrelevante Anwendungen in den Bereichen Industrie-, Verteidigungs-, Luftfahrt-, Kommunikations- und Medizintechnik entwickelt, bei denen alle Komponenten zuverlässig und reibungslos zusammenarbeiten müssen,“ erklärte Paul Ekas, Vice President Marketing der SoC Product Group bei Microsemi. Die Bausteine sorgen laut Ekas für einen zuverlässigen Betrieb bei geringer Leistungsaufnahme. Dies sei zwingend für batteriebetriebene Anwendungen in diesen Bereichen. Die Bausteine zeichnen sich durch eine höhere Integrationsdichte und Standardschnittstellen, die den Großteil gängiger Anwendungen abdecken.

SmartFusion2: Design und Datensicherheit

Die jüngsten Angriffe auf elektronische Einrichtungen machen Maßnahmen erforderlich, die solche Systeme vor Manipulationsversuchen schützen. SmartFusion2 verfügt über Sicherheitsfunktionen, mit denen sich Designs vor Manipulationsversuchen, Cloning, Overbuilding, Reverse Engineering und Fälschungsversuchen schützen lassen. Die Schutzmaßnahmen entsprechen laut Ekas dem neuesten Stand der Technik und basieren auf nichtflüchtiger Flash-Technologie.

Ekas weiter: „SmartFusion2 sind robuste, vertrauenswürdige Bausteine mit sicherer Speicherfähigkeit für einen Schlüssel. Dabei kommt eine Physically Unclonable Function Key Enrollment und Regenerationsfunktion zum Einsatz. Die SoC FPGAs bieten auch Schutz vor DPA-Angriffen (Differential Power Analysis). Dazu kommt Technik von Cryptographic Research zum Einsatz. Anwender können auch interne kryptografische Verarbeitungsbeschleuniger einschließlich AES-256 (Advanced Encryption Standard), SHA-256 (Secure Hash Algorithm), 384-Bit-ECC-Engine (Elliptical Curve Cryptographic) und einen nicht-deterministischen Random Bit Generator (NRBG) nutzen.“

SmartFusion2-Bausteine erfüllen Industriestandards wie IEC 61508, DO254 und DO178B und bieten SEU-Immunität (Single Event Upsets) von null FIT (Failures in Time). Die Flash-FPGA-Fabric kommt dabei ohne externe Konfiguration aus. Dies bietet ein zusätzliches Maß an Sicherheit, da das SoC FPGA seine Konfiguration beim Ausschalten behält und somit Instant-on-Performance ermöglicht.

Geschützter Embedded-Speicher, geringe Leistungsaufnahme

Der Bausteine schützt alle seine SoC-Embedded-SRAM-Speicher vor SEU-Fehlern. Dies wird durch SECDED-Schutz (Single Error Correction, Double Error Detection) bei Embedded-Speicher wie Cortex-M3 Embedded Scratch Pad Memory, Ethernet, CAN und USB-Buffer erreicht und ist optional bei DDR Memory Controllern erhältlich.

Laut Ekas bieten die SmartFusion2 SoC FPGAs eine 100-mal geringere Standby-Stromaufnahme als andere SRAM-basierte FPGAs ohne Beeinträchtigung der Performance. Die Betriebsart „Flash Freeze Standby Power“ kann mit einem einfachen Befehl initiiert werden. In dieser Betriebsart behalten alle Register und SRAMs ihren Zustand.

Der I/O-Zustand kann gesetzt werden und das Mikroprocessor-Subsystem (MSS) kann arbeiten, während der Low-Frequency-Takt und zum MSS zugehörige I/O-Peripherie arbeiten können. Der Baustein kann in etwa 100 µs in den Flash-Freeze-Modus hinein oder aus diesem heraus gelangen. Dies ist für Applikationen mit geringem Tastverhältnis von Vorteil, bei denen kurze Aktivitäts-Bursts erforderlich sind, z.B. für Funksysteme, bei denen Platz, Gewicht und Leistungsaufnahme im Vordergrund stehen.

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