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RTOS und RISC-V-Prozessor

20. März 2020, 08:10 Uhr   |  Iris Stroh

RTOS und RISC-V-Prozessor
© Mentor

Scot Morrison, General Manager of Embedded Platform Software bei Mentor

Das Echtzeitbetriebssystem Nucleus ist bereits in über 3 Mrd. Geräten im Einsatz. Jetzt hat Mentor dem RTOS ein paar wichtige Neuerungen verpasst.

Greenwaves wiederum hat mit seinem GAP9 einen IoT-Applikationsprozessor entwickelt, der im Vergleich zu GAP8 auf eine höhere Leistung bei weniger Stromverbrauch kommt.

Nucleus 4 ist mit einem Kernel Debug Agent ausgestattet, sodass ein JTAG-ähnliches Debuggen des Kernels und der Applikation auch ohne JTAG-Schnittstelle und externe Hardware möglich ist«, erklärt Scot Morrison, General Manager of Embedded Platform Software bei Mentor (A Siemens Business), und beschreibt damit eine der Neuerungen von Nucleus 4. Darüber hinaus nutzen die Nucleus-4-BSPs (Board Support Packages) jetzt erstmals Standard-Device-Tree-Dateien für die Bausteinkonfiguration, sodass »BSPs leichter portiert werden können, indem man bereits bestehende Konfigurationen verwenden kann«, so Morrison weiter.

Außerdem wurde Nucleus 4 in puncto Security aufgerüstet. Morrison: »Nucleus 4 verwendet die kleine und performante wolfSSL-Bibliothek zur SSL/TSL-Verschlüsselung, wodurch sich die Security für verbundene Geräte deutlich erhöht. Ich denke, Nucleus 4 ist das erste RTOS überhaupt, das auch TLS 1.3 unterstützt.« Zudem wurde laut Morrison auch noch ein GNU-Compiler-Upgrade durchgeführt, sodass die Entwickler in den Genuss der neueren Bug Fixes und Optimierungen kommen können.

Morrison erklärt außerdem, dass Nucleus 4 jetzt auch für heterogene Multiprozessorsysteme genutzt werden kann. Dafür steht das Mentor Embedded Multicore Framework (MEMF) als Add-on zur Verfügung. »Diese Möglichkeit bietet die Unterstützung unterschiedlicher Betriebssysteme auf heterogenen Prozessorkernen innerhalb eines Multicore-Systems, wie zum Beispiel dem i.MX8 von NXP oder den Ultrascale+-Komponenten von Xilinx«, fährt Morrison fort. Und als letzte interessante Neuerung verweist er darauf, dass Nucleus 4 jetzt auch für die RISC-V-Architektur verfügbar ist.

Leistungsfähiger Prozessor für IoT-Anwendungen

»GAP8 haben wir 2018 vorgestellt, jetzt ist er in voller Produktion. Mit GAP9 sind wir einen Schritt weitergegangen. Er bietet im Vergleich zu GAP8 eine deutlich höhere Speicherbandbreite und kann damit mehr Datenströme von unterschiedlichen Sensoren gleichzeitig analysieren«, erklärt Emmanuel Gresset, Vice President Business Development bei GreenWaves Technologies.

Mentor
© Mentor

Blockdiagramm von Nucleus

Das Unternehmen hatte den GAP9-Prozessor erstmals auf dem RISC-V Summit im Dezember letzten Jahres angekündigt, jetzt wurde er einem breiteren Publikum vorgestellt. Auch wenn der Grundaufbau bei beiden Prozessoren gleich ist, hat GreenWaves doch auch viele Neuerungen eingebracht, einschließlich einer neuen Prozesstechnik. Für GAP9 wird der 22-nm-FDX von Globalfoundries genutzt. Aber auch architektonische Neuerungen wurden durchgeführt, wie zum Beispiel ein neuer Master/Core8 (also jetzt 9 Cores anstatt 8 wie bisher), eine MPU (Memory Protection Unit) oder eine verbesserte HWCE (Hardware Engine für CNNs). Darüber hinaus kann GAP9 dank mehrerer neuer Transprecision Floating Point Units (TFPUs) jetzt auf allen Cores auch Fließkomma-Rechnungen durchführen, und zwar in verschiedenen Formaten (8, 16 und 32 bit) und mit der Möglichkeit zur Vektorisierung. Auch wenn es um Festkomma-Arithmetik geht, ist der GAP9 im Vergleich zum GAP8 verbessert worden, denn der neue Prozessor unterstützt auch vektorisierte 4- und 2-bit-Operationen.

GAP9 ist darüber hinaus mit bidirektionalen Mehrkanal-Schnittstellen für Audiosignale (3 × I2S mit TDM-Unterstützung) und MIPI- und CPI-Schnittstellen für eine Kameraanbindung ausgestattet. Damit eignet sich der Prozessor zur Szenenanalyse in Kameras mit geringer Auflösung und geringem Stromverbrauch.
Dank verbesserter HWCE eignet sich der GAP9 auch zur Verarbeitung anspruchsvoller neuronale Netze wie beispielsweise eine Bildklassifizierung mit MobileNet V1. GreenWaves gibt hierzu folgende Leistungsdaten an: 160×160-Bilder mit einer Kanalskalierung von 0,25 in nur 12 ms und einer Leistungsaufnahme von 806 μW/Bild/Sekunde. Gresset: »Wie schon angedeutet, GAP9 zeichnet sich durch eine höhere Speicherbandbreite aus. Genau gesagt liegt die effektive Speicherbandbreite bei GAP9 im Vergleich zu GAP8 um den Faktor 20 höher. Damit kann die Erkennungsgenauigkeit durch die gleichzeitige Analyse von Datenströmen von mehreren verschiedenen Sensoren erheblich verbessert werden.«

GAP9 wurde außerdem mit zusätzlichen Security-Funktionen ausgestattet, die die Firmware und Modelle der Gerätehersteller schützen und gleichzeitig die Geräte vor Manipulationen schützen. Dazu gehört beispielsweise eine Hardware-Unterstützung für die AES128/256-Kryptografie (On-the-Fly-Verschlüsselung und Entschlüsselung) und eine PUF-Einheit (Physically Unclonable Function), mit der Geräte eindeutig und sicher identifiziert werden können. Gresset abschließend: »In der ersten Hälfte dieses Jahres werden GAP9-Hardware-Entwicklungs-Kits verfügbar sein.«

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