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RISC-V軟核+FPGA 航天軍工產品設計新機遇

2019-03-22 12:22:39 來源:EETOP 翻譯自 eletimes
RISC-V開放指令集可以幫助航空航天和國防設計人員通過優化指令集,為每個特定的應用程序提供最有效的實現,從而最大限度地降低功耗、BOM成本和電路板面積。

航空航天和國防設計領域極其廣泛,包括手持、便攜式、車載、海事、航空和航天等設備;用于戰術或戰略應用的有人操縱和無人操縱系統。航空航天和國防設計有許多共同之處,比如在關鍵任務期間對惡劣環境的高可靠性的需求,但每種類型的系統都有其獨特的挑戰。

設計人員可能需要應對便攜式系統的嚴格功耗限制,或工作于高溫環境,或無強制通風設備中對系統的嚴格熱限制。終端設備可能受到極端的沖擊或振動、極端溫度、極端濕度,或極端的輻射量。

除了環境因素外,航空航天和國防系統的設計者還需要處理供應鏈的問題,比如愿意投入實現多種航空航天和國防系統所需的高水平認證資格的供應商越來越少。近年來,各種政府國防項目也開始越來越關注他們購買的系統中設計的組件和IP的可信度。

 

FPGA

FPGA為設計人員提供了靈活的邏輯集成平臺,可用于整個航空航天和國防設計領域,解決了上述諸多挑戰。許多國防系統依賴FPGA進行高速信號處理、硬件加速、I/O擴展和嵌入式處理。

FPGA中最靈活、適應性最強的嵌入式處理方法是使用軟IP處理器內核。使用軟IP核在FPGA中實現微處理器的優點是,與硬核處理器相比,它提供了高度的靈活性,而硬核處理器是永久配置的,無法由設計人員修改。

軟IP處理器內核的另一個優點是處理器的硬件描述語言(HDL)代碼的可用性,允許設計人員或其他第三方檢查處理器IP,以確保其僅包含執行其預期功能所需的邏輯,做到不多也不少。這是用于諸如在商業航空應用中遇到的設計保證和某些國防應用中遇到的可信賴性的關鍵原則。

然而,這種靈活性帶來了高昂的代價,因為大多數微處理器IP供應商為其HDL版本的處理器IP收取非常非常高的費用,而且幾乎從不允許為了優化而修改IP。

RISC-V

新型RISC-V開放指令集體系結構(ISA)的出現給設計人員提供了更大的自由度來調整和優化微體系結構,使其最優地滿足開發程序的需要。從而最佳地滿足其開發計劃的需求。它還允許設計人員對HDL代碼進行全面檢查,以確保設計的安全性和可靠性,從而避免了交付給IP供應商巨額費用。

RISC-V是一個開放式指令集,可在Berkeley Software Distribution(BSD)許可下使用。設計人員可以使用或創建任何實現RISC-V指令集的IP,不需要使用指令集的版稅或許可證。指令集的標準擴展已被凍結,這意味著將來編寫的軟件將始終能夠使用當前存在的這些標準化擴展。

由于指令集是開放的,并且還有大量的操作代碼空間,設計人員可以選擇擴展指令集以滿足他們自己系統的確切需求,并使用他們自己的自定義指令。例如,如果在為特定應用程序創建的代碼中經常出現特定的指令序列,則設計人員可以選擇創建一個新的自定義指令來實現這些經常使用的序列。

設計人員可以為微處理器IP創建額外的邏輯,以便快速有效地實現新指令。這可以顯著提高性能并減少可執行代碼的代碼空間。在RISC-V出現之前,對處理器軟IP的這種修改僅適用于持有架構許可證的組織,而這些許可證通常非常昂貴。

許多國防項目都要求使用來自可信供應商的電子組件和嵌入式IP。但是很少有產品符合這一要求。具有可用于以HDL形式檢查的IP,對于允許設計人員驗證IP只包含實現所需功能的代碼將非常有用。

對HDL代碼的檢查還可以幫助實現對安全關鍵應用軟件IP的驗證,如商用航空系統,該系統需要經過嚴格的適航認證程序。

結論

RISC-V可以通過優化指令集,為每個特定的應用程序提供最有效的實現,從而幫助軍事和航空航天設計人員將功耗、BOM成本和電路板面積降到最低。

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