SoC-FPGA-Architektur für RISC-V Echtzeit-Anwendungen mit RISC-V unter Linux

SoC-FPGAs mit komplettem Mikroprozessor-Subsystem auf Basis RISC-V
SoC-FPGAs mit komplettem Mikroprozessor-Subsystem auf Basis RISC-V

Mit einer neuen Klasse von SoC-FPGAs ermöglicht Microsemi deterministisches Echtzeitverhalten auf einer umfangreichen Linux-Plattform. Sie enthalten ein komplettes Mikroprozessor-Subsystem auf RISC-V-Basis.

Microchip kündigt über seine Tochtergesellschaft Microsemi die Erweiterung seines Mi-V-Ökosystems an, wobei auf dem RISC-V Summit vom 4. bis 5. Dezember 2018 die Architektur einer neuen Klasse von SoC-FPGAs vorgestellt wird. Die neue Baureihe umfasst die stromsparenden PolarFire-FPGAs für den mittleren Leistungsbereich, die ein komplettes Mikroprozessor-Subsystem auf Basis der offenen, lizenzfreien RISC-V-Befehlssatzarchitektur (ISA) enthalten.

Die auf dem RISC-V Summit in Santa Clara, Kalifornien, vorgestellte PolarFire-SoC-Architektur stattet Linux-Plattformen mit deterministischem asymmetrischen Echtzeit-Multiprocessing (AMP) in einem kohärenten Multicore-CPU-Cluster aus. Die zusammen mit SiFive entwickelte Architektur verfügt über ein flexibles 2MB-L2-Speichersubsystem, das sich als Cache, Scratchpad oder Direktzugriffsspeicher (DMA) konfigurieren lässt. Entwickler können somit deterministische Embedded-Echtzeitanwendungen gleichzeitig mit einem umfangreichen Betriebssystem für verschiedene thermisch- und platzbeschränkte Anwendungen in gemeinschaftlich vernetzten IoT-Systemen umsetzen.

In einer neuen Ära des Computing, die durch das Zusammenwirken von 5G, Maschinenlernen und das Internet der Dinge (IoT) getrieben wird, benötigen Entwickler von Embedded-Systemen die Vielfalt Linux-basierter Betriebssysteme. Diese müssen den Anforderungen deterministischer Systeme in immer energieeffizienteren, thermisch beschränkten Design-Umgebungen entsprechen und hohe Anforderungen hinsichtlich der Sicherheit und Zuverlässigkeit erfüllen. Herkömmliche SoC-FPGAs kombinieren rekonfigurierbare Hardware mit Linux-fähiger Verarbeitung auf einem einzigen Chip, um die idealen Bausteine für eine individuelle Anpassung bereitzustellen. Sie verbrauchen jedoch viel zu viel Strom, bieten keine nachgewiesene Sicherheit und Zuverlässigkeit oder basieren auf unflexiblen und teuren Datenverarbeitungsarchitekturen.

Die PolarFire-SoCs bieten umfangreiche Debug-Funktionen, einschließlich Befehls-Trace, 50 Breakpoints, passive Laufzeit-konfigurierbare AXI-Bus-Monitore (Advanced eXtensible Interface) und FPGA-Fabric-Monitore sowie den 2-Kanal-Logikanalysator SmartDebug von Microchip.

Die PolarFire-SoC-Architektur umfasst Funktionen für mehr Zuverlässigkeit und Sicherheit, z.B. Einzelfehlerkorrektur und Doppelfehlererkennung (SEC-DED) für alle Speicher, physischen Speicherschutz, einen sicheren Verschlüsselungs-Core mit differenzieller Leistungsanalyse (DPA), hochsicheres Booten und 128 KB Flash-Boot.

Die Evaluierung und Entwicklung mit PolarFire-SoCs wird über die antmicro Renode-Systemmodellierungsplattform unterstützt, die jetzt in Microchips integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) SoftConsole für Embedded-Designs auf Basis der PolarFire-SoCs integriert ist. Ab sofort ist auch ein PolarFire-SoC-Entwicklungskit erhältlich, das aus dem PolarFire-FPGA-fähigen HiFive-Unleashed-Erweiterungsboard und SiFives HiFive-Unleashed-Entwicklungsboard mit seinem RISC-V Mikroprozessor-Subsystem besteht.

Microchip stellt auch ein neues Mi-V Embedded-Experts-Programm bereit, ein weltweites Partnernetzwerk, das Kunden bei der Entwicklung von Hardware/Software für PolarFire-SoCs unterstützt. Das Programm bietet Support während des gesamten Produktlebenszyklus beim Kunden und hilft, Designs zu beschleunigen und die Markteinführungszeit zu verkürzen. Mitglieder erhalten auch Zugang zu direktem technischen Support und frühzeitigen Zugang zu Entwicklungsplattformen und Halbleiterbauelementen.