RISC-V: naujos naujovių diegimo įterpto dizaino idėjos atidarymas

Volvo Trucks - The Volvo FH promise to the customers (Volvo FH 25 years) (Liepa 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

RISC-V: naujos naujovių diegimo įterpto dizaino idėjos atidarymas


Šiame straipsnyje aptariama nauda, ​​kurią suteikia "RISC-V" atvirojo kodo aparatinės įrangos modelis, aptariant jo ilgaamžiškumą, perkeliamumą ir patikimumą.

Neįsivaizduojamas "RISC-V" įterptųjų programų greitis. Šiandien "RISC-V Foundation" turi daugiau kaip 100 kompanijų už laisvos ir atviros RISC-V komandų komplekto architektūros (ISA), o jos nariai sparčiai auga, nes daugiau įrankių, programinės įrangos, aparatinės įrangos ir operacinių sistemų tiekėjų šokinėja. "RISC-V", besiplečianti ekosistemą, suteikia tiek programinės įrangos, tiek ir aparatūros kūrėjams įtikinamą alternatyvą esamiems įterptiems procesoriams, sukuriant naują procesorių naujovių diegimo procese įdiegtus dizainus, kai auga priėmimo procesas.

1 pav . RISC-V fondo rinkodaros pirmininkė Ted Marena pristato RISC-V naudą.

RISC-V priežastys, dėl kurių atsiranda nauja era, suskaidė į tris pagrindinius veiksnius: ilgaamžiškumą, perkeliamumą ir patikimumą. Visos trys priežastys yra susietos su tuo, kas daro RISC-V ypač įdomų. Skirtingai nuo jau sukurtų procesorių architektūrų, kurios dažnai prideda nurodymus su kiekviena kartos, dizaineriai gali remtis fiksuota ISA su RISC-V, užtikrinančiu jų investicijų į programinę įrangą ilgaamžiškumą. Šis ilgaamžiškumas yra ypač naudingas įmontuotoms programoms, kai svarbi funkcinė sauga, sertifikavimas ir ilgas produkto gyvavimo ciklas.

Užšaldyta ISA

Kad būtų galima plačiai naudoti RISC-V ir leisti rinkai diktuoti procesorių architektūras, UC Berkeley inžinierių komanda už RISC-V užšaldė ISA netrukus prieš pristatydama technologijas 25-ajame "Hot Chips" simpoziume 2014 m. ne pelno RISC-V fondas 2015 m., nariams bus pavesta valdyti būsimą HW / SW specifikacijų ir ekosistemos kūrimą, taip pat vairuoti TSA priėmimą. Kadangi bazinis ISA yra nustatytas akmenimis, o pasirinktini plėtiniai yra prieinami, dizaineriai gali įdiegti procesorius, pritaikytus pagal konkretų jų darbo krūvį, o ne dirbti standartiniu, ištisiniu procesoriaus dizainu, kuris palieka mažai, jei yra bet kokio pritaikymo vietos.

Šiuo metu daugelis RTOS ir visos operacinės sistemos palaiko RISC-V. RISC-V yra ypač patrauklus įdėtoms programoms, nes vis dažniau naudojama "Linux" operacinė sistema. Tai leidžia dizaineriams greitai priimti ISA kaip naują atvirą standartinę architektūrą tiesioginiams gimtojo aparatūros realizacijoms. Tačiau net jei "Linux" nenaudojama, pagrindiniai veiksniai, kuriuos reikia apsvarstyti, yra sušaldyta architektūra, ilgaamžiškumas, perkeliamumas ir patikimumas, kurį gali suteikti ISA.

RISC-V pratęsimai

Įšaldyta ISA reiškia, kad programinė įranga gali būti sukurta vieną kartą ir paleisti neribotą laiką bet kuriame RISC-V įrenginyje, kuris palaiko naudojamus plėtinius (jei yra). Plėtiniai yra vienintelis būdas, kuriuo galima pridėti naujų instrukcijų. Šiuo metu yra penki pratęsimai, kurie taip pat buvo užšaldyti. Šie plėtiniai apima:

  • M sveikasis skaičius daugina ir padalija.
  • A atominėms instrukcijoms
  • F viengubai tiksliam plūduriuojančiam taškui
  • D - dvigubo tikslumo plūduriuojantis taškas
  • C suspaustų instrukcijų

RISC-V procesoriaus privalumai

Šis nuspėjamumo ir paprastumo lygis turi daug naudos procesorių dizainams ir programinės įrangos kūrimui. Pažvelkime į kiekvieną po vieną.

Ilgaamžiškumas

RISC-V ISA siūlo stabilią, švarią šiferio dizaino platformą su aiškiu ir saugiu vartotojo ir privilegijuotų režimų atskyrimu, nes ISA yra fiksuotas ir juose yra mažiau nei 50 instrukcijų. Jei įdiegti visi keli standartiniai plėtiniai, bendras skaičius vis dar yra mažesnis nei 200. Vietoje naujų ISA versijų įvedimo papildymai į standartinį instrukcijų rinkinį atliekami per plėtinius, todėl ateityje tolesniam dizainui suteikiamas papildomas stabilumas. Mažiau instrukcijų reiškia, kad gali būti sukurta paprastesnė architektūra, kuri procesoriaus įgyvendinimui užtikrins rentabilumą ir energijos vartojimo efektyvumą. Programinės įrangos kūrėjams tai reiškia išsaugotas investicijas. Įrašykite programinę įrangą vieną kartą ir paleiskite ją amžinai bet kuriame RISC-V branduolyje. Tai dažnai būdinga produktams, kurių ilgaamžis produktas yra gyvybingumas, kurį reikia palaikyti dešimtmečius, taip pat programoms, kurios turi atitikti griežtus sertifikavimo reikalavimus, kai programinė įranga negali būti keičiama.

Perkeliamumas

RISC-V sukuria daug lengvesnę konstrukciją, leidžiančią pakelti iki didelio tūrio. Pavyzdžiui, dizainas gali pradėti tiekti į FPGA, kuriame veikia minkštas RISC-V branduolys (1 pav.). Kadangi programinė įranga bus visiškai nešiojama bet kuriuose įrenginiuose, kuriuose yra RISC-V branduolys, dizaineriai turi iš esmės "neapmokestinamą" procesoriaus posistemio RTL kodą, paruoštą naudoti aparatinėje įrangoje. Dizaineriai gali modifikuoti, pritaikyti ir perkelti savo dizainą į geriausią savo produkto platformą. Jei pasirinktą FPGA reikia pakeisti naujos kartos įrenginiu, nebūtina perrašyti programinės įrangos kodo. Esamą šaltinio RTL tiesiog reikia nukreipti į kitą FPGA. Be to, jei apimtis pasiekia pakankamai aukštą lygį, tas pats RTL šaltinis gali būti nukreiptas į ASIC, nereikalaujant mokėti jokių honorarų. Šis scenarijus neįmanomas naudojant ARM arba x86 tipo procesorius.

2 pav . RISC-V IP pagrindinė diagrama.

Patikimumas ir saugumas

"RISC-V" lankstumas suteikia unikalių sprendimų, ypač įterptiems dizainams, kuriems reikalinga funkcinė sauga. Pavyzdžiui, sistemose, turinčiose daugybę funkciniu požiūriu lygiaverčių branduolių, kurie yra autonomiškai suprojektuoti maksimaliam atleidimui iš darbo. Vienas iš tokių pagrindų galėtų būti "Microsemi Mi-V RV32IM", o kitas branduolys galėtų būti funkcionaliai lygiavertis, tačiau visiškai kitoks, vidinis dizainas. RISC-V taip pat leidžia visiškai lanksčiai taikyti mikroarchitektūrą; taigi vienas branduolys gali suteikti vienkartinių įvykių sutrikimų (angl. SEU) apsaugines duomenų ir instrukcijų kešimo atminties priemones. Daugelis kitų saugos prevencijos metodų gali būti naudojami, nes RISC-V suteikia prieigą prie RTL.

Nors gerai žinomi "Intel x86" ir "ARM" procesorių architektūros variantai greičiausiai nebus išnykti, RISC-V procesoriaus ekosistema yra pasirengusi sparčiai augti įterptoje rinkoje, nes dizaineriai turi pritaikyti laisvę. Procesoriaus architektūros dizainas iš esmės yra lankstus, todėl įgyvendinimas gali pagreitinti kai kurias operacijas aparatinėje įrangoje arba, pavyzdžiui, optimizuoti specialiai mažos galios atžvilgiu. Dizaineriai taip pat turi lankstumo pritvirtinti bet kokią norimą autobuso sąsają, o ne susieti tik su autobusais, kuriuos nustatė procesoriaus tiekėjai. Dėl nuolatinio ISA pobūdžio priimtinas bet koks RISC-V mikroarchitektūros variantas.

RISC-V ištekliai

Norėdami sužinoti daugiau apie RISC-V savo kitam dizainui, galite pradėti dirbti keliose vietose.

Fizinės informacijos apie RISC-V ir jos narius rasite RISC-V fondo svetainėje. Jei norite ištiesti ir pradėti C kodavimą RISC-V branduolio, eikite į "Microsemi" "Github" svetainę ir apsilankykite "IGLOO2" kūrybinės plėtros tarybos RISC-V projektuose. "Microsemi" buvo pirmasis FPGA tiekėjas, siūlantis atviros architektūros RISC-V IP pagrindą ir išsamų programinės įrangos IDE sprendimą. Dizaineriai gali įdiegti RISC-V IP pagrindą keliuose "flash" pagrindu veikiančiuose FPGA, įskaitant "PolarFire FPGA", "IGLOO2" ir "RTG4" įrenginius. "Mi-V Creative" lange (2 pav.) Yra IGLOO2 FPGA, iš anksto užprogramuotas su RISC-V branduoliu, kuris iš lauko "sveiki pasaulis" veikia.

Programinės įrangos kodo kūrimui "Linux" arba "Windows" platformoje įdiegta "Eclipse" pagrįsta "Soft Console" integruotos plėtros aplinka (IDE) teikia išsamią plėtros pagalbą, įskaitant C ir C + + kompiliatorių ir debugerių galimybes. Microsemi RISC-V IP pagrindai, "Libero SoC" kūrimo programinė įranga ir "Soft Console" IDE visi gali būti atsisiųsti nemokamai iš "Microsemi Github" svetainės.

3 pav. M2GL025 "Creative Board" su iš anksto užprogramuoto RISC-V Core

Naudodamiesi įšaldytu ISA, paprastumu, perkeliamumu ir patikimumu, "RISC-V" suteikia dizaineriams visiškai naują procesoriaus paradigmą, iš kurios galima pasiekti daugiau nei nustatyto procesoriaus status quo apribojimai ir paspartinti inovacijų ribas.


Pramonės straipsniai yra turinio forma, leidžianti pramonės partneriams dalintis naudingomis naujienomis, pranešimais ir technologijomis "All About Circuits" skaitytojams, nes redakcinis turinys netinkamas. Visiems pramonės straipsniams taikomi griežti redakciniai nurodymai, siekiant suteikti skaitytojams naudingų naujienų, techninių žinių ar istorijų. Pramonės straipsniuose išreikšti požiūriai ir nuomonės yra partnerio, o nebūtinai "All About Circuits" ar jo autorių nuomonės.