使用高速SPI Nor Flash的FPGA配置

NOR闪存广泛用作FPGA的配置设备。FPGA在工业和通信及汽车ADAS应用中的使用取决于NOR Flash的低延迟和高数据吞吐量特性。快速启动时间要求的一个很好的例子是汽车环境中的摄像头系统。点火时后视图像在仪表板上显示的速度是一阶设计挑战。

上电后的FPGA会立即加载已存储在NOR器件中的配置位流。传输完成后的FPGA转换为活动（已配置）状态。FPGA包含许多配置接口选项，通常包括并行的NOR总线和串行外围设备接口（SPI）总线。支持这些总线的存储器在不同制造商提供的产品之间始终存在很小的不兼容性，这使得存储设备的多来源采购更加困难。

FPGA配置的历史

FPGA首次面世时选择的配置存储器是并行EPROM。NOR Flash技术出现了，并因其系统内可重新编程性和成本效益而被广泛采用。第二个演进过渡是，SPI存储器接口在大多数应用中已经取代了并行NOR接口。当今的SPI Nor Flash产品可提供高密度和小封装，高读取吞吐量以及（最重要的是）高效的低引脚数接口。

图1 –千兆四通道SPI（6引脚）和并行NOR（45引脚）接口

图1显示了一个1 Gb SPI设备与一个1 Gb Parallel NOR产品的引脚排列。对于一个千兆位内存，四路串行外围设备接口（QSPI）器件具有一个六针接口，而并行NOR器件则需要45针。引脚数的巨大差异导致QSPI器件被广泛用作首选配置接口。QSPI接口允许更改密度，而无需更改设备尺寸。

FPGA配置速度

随着过程节点的缩小，FPGA器件继续增加了可用的可编程逻辑数量。这导致需要更高密度和更快的配置内存。现代FPGA在配置期间需要加载多达128MB的数据。这些高密度配置位流需要更长的时间才能从NOR闪存设备传输到FPGA。配置接口不仅针对读取吞吐量进行了优化，而且还专注于促进不同NOR闪存制造商之间的互操作性。