一款新游戏面市不到2个月，市场就已充斥了仿制品，工程师几个月甚至几年的心血就白费了？窃取技术层出不穷，攻击者的活动日渐猖獗，设计安全性如何保障？攻击者常常通过克隆、篡改和合同外生产的方式拷贝FPGA设计，FPGA供应商如何应对？FPGA安全设计方案，这一保证设计安全性的方法，正被越来越多的工程师所采用。电子工程专辑就这一话题开设了题为“FPGA设计的安全性，您准备好了吗？”的专题讨论，并邀请到了世强电讯的两位工程师和广大工程师朋友一起，探讨FPGA设计的安全性这一话题。

FPGA安全设计的必要性

对于竞争日趋激烈的运动控制、便携式设备、打印机等行业,他们的IP需要高度的保密，因此FPGA设计的安全性就成了必须要考虑的因素。安全的FPGA设计方案通过一系列加密措施和物理结构上的高度安全赢得了越来越多工程师朋友的青睐，采用FPGA安全设计已经成为一种趋势。

而对于已经习惯于现有FPGA设计软硬件的工程师来说，是否要转而采用安全设计方案？专家认为，必须了解安全设计方案带来的优势。以Actel的安全设计方案来说，由于Actel上电就运行，所以不需复位控制电路；基于Flash则不需程序加载电路和外挂PROM或flash；由于它是单芯片并且保密性好，所以不需再增加CPLD或其他器件进行保密性设计；同时还减少了元器件数量、减少了PCB面积、节省了调试和维护的时间。工程师在获得安全保障的同时还简化了设计甚至降低了成本，因此，使用安全设计方案就势在必行了。

初学者如何选择FPGA并掌握FPGA安全设计

“如何选择自己所需要的FPGA？”针对初学者的种种疑问，专家给出了详尽的建议：一般情况下，先针对设计，列出您想要实现的功能，大致画个功能框图。然后根据其功能和系统的要求大致推算出你需要的： 1) IO需求——可用IO数量、差分信号对、IO的电平格式等；2)电压源的需求——系统提供哪些电压?核电压需要多少？IO电压源需要哪些？ 3)封装——用TQ？VQ？PLCC？BGA？还是其它的封装形式？4)内部RAM的需求——需要双口RAM吗？需要FIFO吗？大小是多少？5)时钟及速度需求——最大的时钟速率是多少？需要多少个PLL？速度等级？全局时钟有多少？6)逻辑资源和IPcore的需求——需要哪些IP核，大致占用多少资源？7)扩展和升级的需求——是否考虑IO和逻辑资源留有一些余量，以便以后的扩展？升级是否方便？8)价格的因素。也可以初步选定一个型号，直接在开发软件中对你的程序进行编译、综合、布局布线等，这样能清楚地可以看到你的设计占用的资源，然后再选择合适的型号。

作为刚接触FPGA的初学者，是否已开始就要深入了解芯片的安全设计的精髓或是原理，还是应该把重点放在如何设计代码上？相信这一问题在FPGA初学者中具有一定代表性。专家建议，首先要理解FPGA的原理，然后设计一些小型代码，在验证设计的基础上真正理解设计硬件的思想。芯片的安全设计是必然要理解的，不然很有可能一个静电上去就毁掉芯片了。

安全设计是否引发成本提升？

工程师们非常关心安全设计的成本问题。专家通过基于SRAM的FPGA和单芯片的FPGA安全解决方案的比较，说明了这一问题。

基于SRAM的FPGA通常采用CPLD器件来实现其设计安全的解决方案，用CPLD来产生握手令牌传送给FPGA，这是因为CPLD具有非易失性，关电时可保持配置数据。因此该方案可防止FPGA设计被拷贝，即使配置比特流被捕获，也可以保证FPGA设计的安全性。但由于增加了一片CPLD，会导致成本增加、设计变得更复杂。

而Actel的FPGA是单芯片的，所有的编程信息已经编程在FPGA内部，有了加密选项，该信息不会被读出。非常适合于作为专用的ASIC来使用，成本也不会增加。

关于不同FPGA之间的方案转换

有的网友问，如何由其他的产品方案转换到FPGA安全方案，专家认为，每一种FPGA方案的优势不同，要从系统的要求、成本的降低等方面具体分析。例如Actel FPGA的优点在于其单芯片、上电运行、低功耗、保密性好、可靠性高，特别适合工控、游戏、医疗等行业。

但是必须明确的是，FPGA安全设计的实现并不复杂。以Actel的FPGA为例，由于是单芯片的，所以基本不需要什么外围电路。不同的系统其情况略有不同，设计者可以在Actel工程师的协助下完成设计。

虽然在转换的时候需要考虑的因素有很多，但专家表示，将来的FPGA设计都将走向Actel的单芯片设计路上来，不再需要外挂Flash或是EEPROM，不再需要MCU再去加密FPGA，包括CPU，SRAM，Flash Memory都将集成到FPGA内，从而保证安全性，保密性，可靠性。