当FPGA遇上开源RISC-V,工程师会得到什么?

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FPGA(Field-Programmable Gate Array),即现场可编程门阵列,它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点,广泛应用于工业、通信、国防军工等各个领域。

RISC-V是这两年来逐渐火热起来的一个开源处理器架构,由加州大学伯克利分校开发。 RISC-V项目负责人之一的David Patterson表示,RISC-V是一个关乎创新的项目。如今流行的芯片架构已经被英特尔、ARM和IBM(虽然IBM已经针对行业合作伙伴开放了一些OpenPower的基础)等各大公司利用严格的许可证规则牢牢地锁死。小型的公司或者研究者想要为自己特定的应用开发芯片,却又没有多少钱,这时,一个不受限制的指令集就至关重要了。Patterson表示RISC-V在很多方面能力更强也更有效率(甚至和一些私有的设计相比),现在是一个理想的时刻,因为它有一个小型的代码库和其他一些功能,这让它更适合芯片系统设计。

事实上,基于RISC-V的开发这两年来呈现出一派繁荣的景象。NVIDIA和高通已经在使用RISC-V架构开发自己的物联网处理器和GPU内存控制器。法国新创公司GreenWaves Technologies即将投片其GAP8多核心处理器,该公司声称是专为物联网(IoT)设计的处理器,该超低功耗IoT处理器GAP8内建8颗RISC-V核心。有消息指出,三星设备解决方案(Device SoluTIon)事业部正在为研发32位的MCU微控制器定制一种CPU内核,目标是可穿戴设备或物联网市场,据称,这个CPU内核基于开源的RISC-V指令集架构,而不是ARM架构。

Ted Marena - Microsemi (PR).jpg

美高森美SoC FPGA营销总监Ted Marena

不仅处理器设计公司们对RISC-V颇具青睐,FPGA厂商也意识到了开源RISC-V对他们的价值。美高森美公司(Microsemi Corporation)就推出了首个RISC-V IP内核。据介绍,其RV32IM RISC-V内核适用于美高森美 IGLOO 2 FPGA、 SmartFusion 2系统级芯片(SoC) FPGA或RTG4 FPGA。

不过,业界已经有很多的SoC FPGA内嵌了处理器(例如ARM内核),美高森美为什么还要推出RISC-V IP内核呢?

美高森美SoC FPGA营销总监Ted Marena在接受本刊专访时表示:“封闭结构的ARM处理器无法让设计人员得知低至逻辑门级别的细节,但RISC-V结构是完全开放,可供复查的。寄存器传输级(RTL)源代码可以用于检查、实现信任和确保可靠性,并且可以定制,从而在有需要时增添更多的保护功能。能够检查源代码,可从硬件层面实现设计的安全性。此外,RISC-V 的“干净(clean slate)”设计从软件层面提供了更高的安全性,这是因为用户和特权模式之间有清晰分隔。而且,使用美高森美FPGA器件意味着没有恶意软件的风险,原因在于这些器件能够从安全的片上闪存进行启动。”

这个RISC-V IP内核可以说为嵌入式设计人员打开了新一代创新之门,工程师可以依赖开放的ISA,不需要受制于单一供应商,并可利用开放源工具和硬件。

现在,寻求开发定制器件的客户可以将其设计集成到美高森美的FPGA内,让其解决方案更快地推出市场。

“将RISC-V IP内核集成进FPGA器件中是非常简单的一件事,”Ted Marena表示,“客户只需购买我们的FPGA器件,而后使用免费的内核,就能够启动设计了。然后,根据需求可用Libero开发环境来修改和更新设计。美高森美RISC-V解决方案的最终组件是基于Eclipse的 SoftConsole集成设计环境(IDE),它在Linux上运行,用于编写C语言代码,以及编译和调试。这全面的解决方案可让客户很快地启动设计并运行。”

据介绍,美高森美的IGLOO2 FPGA、SmartFusion2 SoC FPGA或RTG4 FPGA与其Libero SoC设计套件组合,为针对多种嵌入式应用的RISC-V内核建立了理想的平台,而且其尺寸和功耗使得其非常容易实施。美高森美安全的低功耗FPGA系列为客户提供了有效的架构,让其可以保护其IP,并确保其设计在工业、国防、安全和医疗市场可以获得长期支持。Libero SoC设计套件让设计人员能够实现其设计,并高效地利用FPGA逻辑单元(LE),得到经济高效的解决方案。基于Eclipse的SoftConsole IDE在Linux上运行,使用户能够编译和调试其源代码。

事实上,美高森美早期就参与了RISC-V Foundation的创建,在新标准和生态系统中建立了领导地位。美高森美SoC业务部门产品架构和规划负责人Ted Speers于2016年7月被任命为RISC-V Foundation的首届董事会成员,而接受本刊采访的Ted Marena最近亦获选为RISC-V营销委员会副主席。

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