V BATT

暗号化キー メ モ リ セルは揮発性であ り 、 その内容を維持す る には、 電源が継続 し て投入 さ れてい る 必要があ り ます。 通常の動作中、 こ れ ら の メ モ リ セルには補助電圧入力 (V_CCAUX) ^{か ら 電源が供} 給 さ れ ますが、V_CCAUXが切断 さ れ る と 、 キーを保持す る ために V_BATT電源入力か ら 電源が供給 さ れます。V_BATTにはほ と ん ど電流が流れないため (nA ^程度)、 こ の電源には小 さ なボ タ ン電池が 適 し てい ます。 バ ッ テ リ の寿命を推定す る には、 『Spartan-6 FPGA デー タ シー ト : DC 特性お よ び ス イ ッ チ特性』記載の V_BATT^の DC 特性お よ びバ ッ テ リ の仕様を参照 し て く だ さ い。150nA ^未満 の負荷では、 バ ッ テ リ の使用可能期間はバ ッ テ リ の寿命期間にな る はずです。

V_BATTには電流が流れないため、V_CCAUXか ら 電源を供給中に切断で き ます。V_BATT^は、V_CCAUX 切断時に暗号化キーを保持す る 以外の目的には使用で き ません。

eFUSE

ヒ ュ ーズ リ ン ク は、 一定期間に大量の電流を流す こ と でプ ロ グ ラ ム し ます。FUSE プ ロ グ ラ ム用の 電流は、 固定 さ れた外部電源供給 (V_FS ^{ピ ン}) か ら 供給 さ れます。 最大レベルは、 内部で生成 さ れた 電源で制御 さ れます。 ま た、eFUSE は OTP (ワ ン タ イ ムプ ロ グ ラ マブル) です。

通常、プ ロ グ ラ ム し た ヒ ュ ーズ リ ン ク はプ ロ グ ラ ム し ていない状態の抵抗値 よ り も その値が数桁大 き く な り ます。 プ ロ グ ラ ム し た ヒ ュ ーズの論理値は 1 で、 プ ロ グ ラ ム し ていない ヒ ュ ーズの論理値 は 0 です。

FUSE_KEY お よ び FUSE_CNTL レ ジ ス タ の各論理ビ ッ ト は、2 つの eFUSE セル (プ ラ イ マ リ 、 リ ダ ン ダ ン ト)、1 つの フ リ ッ プ フ ロ ッ プ、 お よ びデー タ マルチプ レ ク ス用の共通 ロ ジ ッ ク エ レ メ ン

ト で構成 さ れてい ます。

eFUSE ^{レ ジ ス タ}

Spartan-6 FPGA には、 全部で 3 つの eFUSE レ ジ ス タ があ り ます。表5-18 に、Spartan-6 デバ イ ス の eFUSE レ ジ ス タ と それぞれのサ イ ズお よ び用途を説明 し ます。eFUSE ビ ッ ト のア ド レ ス が指 定 さ れ る と 、LSB 順にシ フ ト イ ン/シ フ ト ア ウ ト さ れて最後に MSB が き ます。

eFUSE ^{制御レ ジ ス タ} (FUSE_CNTL)

こ の レ ジ ス タ には、6 ^{つのユーザー}プ ロ グ ラ マブルビ ッ ト が含まれてい ます。 こ れ ら のビ ッ ト を使 用 し て、表5-19 に示す よ う に AES キーの使用法や eFUSE レ ジ ス タ の読み出 し/書 き 込み保護を設 定 し ます。 ビ ッ ト 0 ^{が最初にシ フ ト イ ン}/^{シ フ ト} ア ウ ト さ れます。

表 5-18 : eFUSE ^{レ ジス タ} レ ジス タ 名 サイ ズ

(^{ビ ッ ト}) ^{内容 説明}

FUSE_KEY⁽¹⁾ 256 ビ ッ ト ス ト リ ー ム 暗 号 化 キー

[0:255]

(^{ビ ッ ト} 255 ^{が最初にシ フ ト} さ れ る)

AES ビ ッ ト ス ト リ ームの復号化で使用す る キーを格納 し ます。

バ ッ ク ア ッ プ バ ッ テ リ が必要な SRAM にキーを格納す る 代わ り に、eFUSE にキーを格納 し て使用で き ます。

Spartan-6 FPGA の復号化エン ジ ンは、 こ の AES ^{キーを使用 し} て暗号化ビ ッ ト ス ト リ ーム を読み込みます。AES キーは、

FUSE_CNTL レ ジ ス タ の読み出 し/書 き 込みア ク セ ス ビ ッ ト の 設定に基づ き 、JTAG ポー ト を介 し て読み出 し ま たはプ ロ グ ラ ム が可能です。

FUSE_ID 57 Device DNA

[0:56]

(^{ビ ッ ト} 56 ^{が最初にシ フ ト} さ れ る)

Device DNA ^{を格納 し ます。}JTAG ^{ポー ト や} DNA_PORT ^{プ リ} ミ テ ィ ブ を介 し て ア ク セ スす る 読み出 し 専用レ ジ ス タ です。

FUSE_CNTL⁽¹⁾ 32 制御ビ ッ ト

CNTL [31:0]

(^{ビ ッ ト} 0 ^{が最初にシ フ ト} さ れ る)

キーの使用や eFUSE レ ジ ス タ への読み出 し/書 き 込みア ク セ ス を制御 し ます。 こ の レ ジ ス タ は、JTAG ポー ト を介 し て読み出 し ま たはプ ロ グ ラ ムが可能です。

注記 :

1. FUSE_KEY ^{お よ び} FUSE_CNTL ^は、XC6SLX75/T^、XC6SLX100/T^{、 お よ び} XC6SLX150/T デバ イ ス でのみ使用で き ます。

eFUSE ビ ッ ト は OTP (ワ ン タ イ ムプ ロ グ ラ マブル) です。 つま り 、 一度プ ロ グ ラ ムす る と 再プ ロ グ ラ ムはで き ません。 た と えばレ ジ ス タ へのア ク セ ス を無効に し た場合、 後か ら 有効にす る こ と はで き ません。

表 5-19 : eFUSE CNTL ^{レ ジス タ ビ ッ ト} ビ ッ ト

番号 名前 説明 注釈

0:7 - - 予約

8 CNTL

セキ ュ リ テ ィ

CNTL レ ジ ス タ の読み出 し と 書 き 込み を 無効 に し ます。CNTL[12] で リ ダ ン ダ ン ト

AES お よ び CNTL レ ジ ス タ の操作や リ ー ド バ ッ ク を 防止す る た め、 ユー ザーは こ れ ら の レ ジ ス タ を プ ロ グ ラ ム お よ び検証 し た後に こ の ビ ッ ト を プ ロ グ ラ ムす る 必要があ り ます。

9 - - 予約

10 キー

セキ ュ リ テ ィ

KEY レ ジ ス タ の読み出 し と 書 き 込み を 無効 に し ま す。CNTL[14] で リ ダ ン ダ ン ト 。

AES レ ジ ス タ の操作や リ ー ド バ ッ ク を防止す る ため、ユーザーは こ れ ら の レ ジ ス タ を プ ロ グ ラ ム お よ び検証 し た 後に こ の ビ ッ ト を プ ロ グ ラ ム す る 必要があ り ます。

11 - - 予約

12 CNTL

セキ ュ リ テ ィ

CNTL レ ジ ス タ の読み出 し と 書 き 込み を 無効 に し ます。CNTL[8] で リ ダ ン ダ ン ト 。

AES お よ び CNTL レ ジ ス タ の操作や リ ー ド バ ッ ク を 防止す る た め、 ユー ザーは こ れ ら の レ ジ ス タ を プ ロ グ ラ ム お よ び検証 し た後に こ の ビ ッ ト を プ ロ グ ラ ムす る 必要があ り ます。

13 - - 予約

14 キー

セキ ュ リ テ ィ

KEY レ ジ ス タ の読み出 し と 書 き 込み を 無効 に し ま す。CNTL[10] で リ ダ ン ダ ン ト 。

AES レ ジ ス タ の操作や リ ー ド バ ッ ク を防止す る ため、ユーザーは こ れ ら の レ ジ ス タ を プ ロ グ ラ ム お よ び検証 し た 後に こ の ビ ッ ト を プ ロ グ ラ ム す る 必要があ り ます。

15 - - 予約

16 aes_exclusive パーシ ャ ル リ コ ン フ ィ ギ ュ レ ー シ ョ ン を 無効 に し ます。

次のいずれか の方法で コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン前に FPGA の内容を ク リ アす る こ と を要求 し ます : JPROG JTAG 命令の発行、PROGRAM_B ピ ンのパルス、ま たは FPGA ^{への電源再} 投入。

17 cfg_aes_only こ の ビ ッ ト が プ ロ グ ラ ム さ れた後、FPGA は、

eFUSE レ ジ ス タ に格納 さ れた AES キーを使用 し て の み コ ン フ ィ ギ ュ レ ー シ ョ ン可能です。

eFUSE AES レ ジ ス タ に格納 さ れた AES キーで暗号化 さ れた ビ ッ ト ス ト

リ ームでのみ FPGA の コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンが可能です。

18:31 -

-• 暗号化は、BitGen オプシ ョ ンで無効/有効にで き る

• eFUSE に格納 さ れてい る AES キーを使用す る か、 バ ッ ク ア ッ プ バ ッ テ リ を必要 と す る SRAM に格納 さ れてい る AES キーを使用す る か を BitGen のオプシ ョ ンで選択で き る CNTL[17] をプ ロ グ ラ ム し た場合、eFUSE に格納 さ れた キーで暗号化 し た ビ ッ ト ス ト リ ームのみを FPGA の コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンに使用で き ます。

CNTL[16] をプ ロ グ ラ ム し た場合、最初の コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン後に コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン メ モ リ が ブ ロ ッ ク さ れ ま す。 デ バ イ ス を リ コ ン フ ィ ギ ュ レ ー シ ョ ン す る に は、 電 源 の 再 投 入、

JPROGRAM ま たは IPROG コ マ ン ド の発行、PROGRAM_B ピ ンのパルス のいずれかが必要にな り ます。

JTAG ^命令

eFUSE レ ジ ス タ は JTAG ポー ト か ら 読み出す こ と がで き ます。eFUSE のプ ロ グ ラ ムは、JTAG を 介 し てのみ可能です。表5-20 に、eFUSE に関連す る JTAG 命令を示 し ます。 標準的な JTAG 通信 プ ロ ト コ ルの詳細は、第 10 章 「ア ド バン ス JTAG コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン」を参照 し て く だ さ い。

こ れ ら の命令は、eFUSE をプ ロ グ ラ ムす る のに十分ではあ り ません。 適切なアルゴ リ ズ ムが使用 さ れ ま す が、 提供 さ れ て い ま せ ん。 唯一 サ ポ ー ト さ れ て い る eFUSE の プ ロ グ ラ ミ ン グ 方法 は、

iMPACT ソ フ ト ウ ェ アの使用に よ る も のです。

V _FS ^{ピ ン}

Spartan-6 ^{デバ イ ス の} V_FS ^{ピ ンは、}2 ^つの eFUSE 動作専用ピ ン の う ちの 1 ^つです。V_FS ^{ピ ンは、}

電源投入の上昇率や ESD ス ト レ ス な ど を検証す る ための電源供給 と し て使用 さ れます。

プ ロ グ ラ ム中の V_FS ピ ンの電圧仕様は、 公称値で 3.3V です。 プ ロ グ ラ ム中の電流に対 し ては、 最 大 40mA を 供給 で き る よ う にす る 必要 が あ り ま す。 読み出 し モー ド の場合、V_FS ピ ン は唯一 V_CCAUXの最大動作条件 よ り 低 く な る 必要があ り ます。V_FS バ イ ア ス の条件については、表5-21 を参照 し て く だ さ い。 完全な仕様は、 デー タ シー ト DS162 『Spartan-6 FPGA デー タ シー ト : DC 特性お よ びス イ ッ チ特性』 () を参照 し て く だ さ い。

表 5-20 : eFUSE ^関連の JTAG ^命令

JTAG ^{命令 コ ー ド ア ク シ ョ ン}

FUSE_KEY 6'h3B 256 ビ ッ ト の FUSE_KEY レ ジ ス タ を選択 し ます。

FUSE_OPTION

6'h3C eFUSE と の イ ン タ ーフ ェ イ ス で使用 さ れ る デー タ お よ び コ マ ン ド に対応す る 16 ビ ッ ト の FUSE_OPTION レ ジ ス タ を選択 し ます。

ISC_FUSE_READ

6'h30 DNA eFUSE レ ジ ス タ を選択 し ます。ISC_ENABLE の後に実行 し 、それか ら ISC_DISABLE を実行す る 必 要があ り ます。

FUSE_UPDATE ^6'h3A AES お よ び CNTL の eFUSE か ら の値で FPGA を更 新 し ます。

FUSE_CNTL 6'h34 32 ビ ッ ト の FUSE_CNTL レ ジ ス タ を選択 し ます。

RFUSE ^{ピ ン}

RFUSE ^{ピ ンは、}eFUSE 動作に使用 さ れ る 2 つ目の専用ピ ン です。eFUSE のプ ロ グ ラ ムが必要な 場合は、1,140Ω 抵抗を GND に接続 し て く だ さ い。1,140Ω 抵抗を得 る こ と が難 し い場合は、10W 抵抗 と 直列の 1,130W 抵抗に置 き 換 え る こ と が可能です。 許容抵抗につい て は、 デー タ シ ー ト DS162 『Spartan-6 FPGA デー タ シー ト : DC 特性お よ び ス イ ッ チ特性』 を参照 し て く だ さ い。 プ ロ グ ラ ム し ていない と き に eFUSE を使用す る か、 ま たは eFUSE を使用 し ない場合、RFUSE を V_CCAUXに接続ま たはグ ラ ン ド 接続す る こ と を推奨 し ます。 あ る いは、RFUSE はフ ロ ー ト さ せて お く こ と が可能です。

V _CCAUX ^{ピ ン}

V_CCAUXは、eFUSE のプ ロ グ ラ ム時に V_FS と 同等ま たはそれ以上にす る 必要があ り ます。V_CCAUX は、eFUSE か ら の読み出 し ま たは コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン時にほかの推奨動作値を と る こ と が可能 です。 詳細は、 デー タ シー ト DS162 『Spartan-6 FPGA デー タ シー ト : DC 特性お よ びス イ ッ チ特 性』 を参照 し て く だ さ い。

コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン メ モ リ フ レーム

Spartan-6 FPGA の コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン メ モ リ は、 フ レームに分割 さ れ、 デバ イ ス に並べ ら れ てい ます。Spartan-6 FPGA の コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン メ モ リ 空間では、 フ レームがア ド レ ス指定 可能な最小単位であ り 、すべての操作は コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン フ レーム全体に対 し て実行す る こ と にな り ます。Spartan-6 FPGA の フ レーム数お よ び コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンサ イ ズは、表5-22 に 記載 さ れてい ます。BitGen のオプシ ョ ンに よ っ ては、 コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン ビ ッ ト ス ト リ ーム にオーバーヘ ッ ド が追加 さ れ る こ と があ り ます。 ビ ッ ト ス ト リ ームの正確な長 さ は、RBT (rawbits) フ ァ イ ルにに記述 さ れてい ます。 こ の フ ァ イ ルは、BitGen の-bオプシ ョ ン を指定す る か、 ま たは ISE ソ フ ト ウ ェ ア の ポ ッ プ ア ッ プ メ ニ ュ ー で [Generate Programming File] → [Create ASCII Configuration File] を ク リ ッ ク す る と 生成 さ れ ま す。 ビ ッ ト ス ト リ ーム長 (^{ワ ー ド}) ^{は、 コ ン フ ィ} ギ ュ レーシ ョ ン ア レ イサ イ ズ (ワ ー ド) に コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン オーバーヘ ッ ド (ワ ー ド) を足 し た も のにほぼ等 し く な り ます。 ビ ッ ト ス ト リ ーム長 (^{ビ ッ ト}) は、 ビ ッ ト ス ト リ ーム長 (^{ワー ド}) ^に 32 を掛けた も のにほぼ等 し く な り ます。

表 5-21 : V_FSピ ンのバイ ア ス条件

eFUSE ^{モー ド} V_FS ^{ピ ンのバイ ア ス}

読み出 し ま たは未使用 V_CC/GND (推奨) ま たは未接続

プ ロ グ ラ ム 3.3V

表 5-22 : ^{デバイ ス リ ソ ース}

デバイ ス ブ ロ ッ ク RAM ^{列 コ アの} フ レーム数

ブ ロ ッ ク RAM

の フ レーム数 I/O ^数 I/O ^の

フ レーム長 ビ ッ ト 総数

XC6SLX4 1 794 9360 120 577 2,724,832

XC6SLX9 2 2028 37440 200 897 2,724,832

XC6SLX16 2 2976 37440 244 1,073 3,713,568