解读FPGA设计的安全性

　　FPGA最值得注电感器生产厂家意的的特点是设计人员很容易对器件进行重构。但是，重构通常意味着系统要中断很长时间。但是，莱迪思开发的TransFR技术将重构的影响降至最低。莱迪思的几个FPGA系列都支持TransFR技术，包括那些含有内置闪存的器件，如MachXO 、LatticeXP和LatticeXP2 ，以及像LatticeECP2 /M那样的SRAM FPGA。

图5 用最短的中断系统时间进行远程更新

　　TransFR是一种同时使用基本任务编程和边界扫描单元的技术。基本任务编程修改非易失存储器的内容（内部的或外电感生产部的） ，以便使FPGA的SRAM部分继续工作。莱迪思的FPGA拥有可以取样和预加载的电感器识别边界扫描单元，可以在编程时控制FPGA的I/O。

图6 执行TransFR的4个步骤

　　执行TransFR的4个步骤：

　　1,进行基本任务编程。系统对FPGA的非易失性存储器再编程，但不会中断SRAM的功能。

　　2,可以锁定I/O的状态，用户可以保持或预先确定I/O的状态。在整个重新配置过程中，I/O的值保持不变，以防止系统被关闭。

　　3, 接着用JTAG命令把新的配置传输至非易失存储器。一完成对SRAM就执行全局复位，以便使该器件处于一个已知的状态。然后释放I/O的状态，并再次锁定PLL。

　　4,释放输出，内部逻辑停止对I/O的共模电感器监测。

　　要使用TransFR，需要用到ispLEVER开发工具和ispVM。

　　用户通过使用128位AES密钥加密文件和Lattice TransFR技术完成了更新过程，但仍有可能因为系统本身的弱点或违法行为引发系统故障。虽然FPGA的位流是加密的，但是非法共模电感器操作或传输中的错误都可能损坏它，从而导致FPGA被阻塞，使系统无法正确地重启。为了解决这个问题，莱迪思推出了“双引导 ”功能。

　　双引导配置

　　在配置存储器中存储两个编程文件。

图7 双引导配置

　　激活PROGRAM引脚或启动JTAG刷新指令后，FPGA下载存储在Sector 1的位流 。如果CRC出错，FPGA自动恢复到Sector 0配置。Lattice XP2非易失FPGA也有此功能。该Flash元件拥有主动配置，还有一个用来存放安全（ “golden” ）配置的SPI Flash。

　　莱迪思拥有许多能帮助设计人员保障设计安全的产品。Lattice ECP2/M FPGA是一款拥有128位AES密钥的高安全性器件。这些经济的器件提供了大存储容量（高达5.3 Mbit）、高速I/O和SERDES 。非易失性LatticeXP2 FPGA是市场上一款很独特的器件，它有着极高的安全性。由于采用了FlexiFlash技术，位流存储在器件的Flash中， 并由128位AES密钥对它进行保护。此外， TransFR更是保障了绝对安全的远程系统更新。

　　设计的安全性应该是设计过程的一部分，而不是事后再去考虑。无论选择了哪种技术，最重要的是要防止设计被篡改，无论这个篡改行为是无意的还是非法的。

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