stringtranslate.com

ЛЕОН

LEON (от испанского : león означает лев ) — это радиационно-устойчивое 32-битное ядро ​​микропроцессора центрального процессора (ЦП) , реализующее архитектуру набора команд SPARC V8 (ISA), разработанную Sun Microsystems . Первоначально он был разработан Европейским центром космических исследований и технологий (ESTEC), входящим в Европейское космическое агентство (ЕКА), без какого-либо участия Sun. Более поздние версии были разработаны Gaisler Research под разными владельцами. Он описан на синтезируемом языке описания оборудования VHSIC ( VHDL ). LEON использует модель двойной лицензии: лицензия GNU Lesser General Public License (LGPL) и GNU General Public License (GPL) на бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом (FOSS), которую можно использовать без лицензионной платы, или проприетарную лицензию, которую можно приобрести. для интеграции в собственный продукт. [3] [4] Ядро настраивается с помощью дженериков VHDL и используется в конструкциях систем на кристалле (SOC) как в исследовательских, так и в коммерческих целях. [5]

История

Проект LEON был начат Европейским космическим агентством (ЕКА) в конце 1997 года с целью изучения и разработки высокопроизводительного процессора для использования в европейских космических проектах. [6] Целью проекта было создание открытого, портативного и непатентованного процессора, способного удовлетворить будущие требования к производительности, совместимости программного обеспечения и низкой стоимости системы. Другая цель заключалась в том, чтобы иметь возможность производить чувствительные полупроводниковые процессы, устойчивые к однократному сбою (SEU). Для поддержания корректной работы при наличии СЭУ были необходимы расширенные функции обнаружения и обработки ошибок. Цель заключалась в том, чтобы обнаружить и допустить одну ошибку в любом регистре без вмешательства программного обеспечения, а также подавить последствия ошибок единичного переходного процесса (SET) в комбинационной логике.

Семейство LEON включает в себя первый язык описания оборудования (VHDL) LEON1 VHSIC, который использовался в тестовом чипе LEONExpress, разработанном по технологии 0,25 мкм для подтверждения концепции отказоустойчивости. Вторая конструкция LEON2 VHDL использовалась в процессорном устройстве AT697 от Atmel (F) и различных устройствах «система-на-кристалле». Эти две реализации LEON были разработаны ESA. Компания Gaisler Research, которая теперь является частью Cobham (а ранее Aeroflex Gaisler), разработала третий дизайн LEON3 и объявила о доступности четвертого поколения LEON, процессора LEON4. [7]

Модели процессоров LEON и дистрибутивы

Процессор LEON может быть реализован в виде программируемой логики , такой как программируемая вентильная матрица (FPGA), или изготовлен в виде интегральной схемы специального назначения (ASIC). В этом разделе и последующих подразделах основное внимание уделяется процессорам LEON как программным IP-ядрам , а также суммируются основные характеристики каждой версии процессора и инфраструктура, в которую входит процессор, называемая дистрибутивом LEON .

Все процессоры серии LEON используют компьютер с сокращенным набором команд SPARC V8 (RISC) ISA. LEON2(-FT) имеет пятиэтапный конвейер , а более поздние версии имеют семиэтапный конвейер. LEON2 и LEON2-FT распространяются как система-на-кристалле, которую можно модифицировать с помощью инструмента графической конфигурации. Хотя конструкция LEON2(-FT) может быть расширена и повторно использована в других конструкциях, ее структура не предполагает повторного использования частей конструкции в качестве строительных блоков и не позволяет разработчикам легко включать в конструкцию новые IP-ядра.

Стандартный дистрибутив LEON2(-FT) включает следующие ядра поддержки: [8]

Ядра LEON3, LEON3FT и LEON4 обычно используются вместе с IP-библиотекой GRLIB. В то время как дистрибутивы LEON2 содержат один дизайн, который можно использовать в нескольких целевых технологиях, GRLIB содержит несколько дизайнов шаблонов, как для плат разработки FPGA , так и для целей ASIC , которые можно изменить с помощью инструмента графической конфигурации, аналогичного тому, который есть в дистрибутиве LEON2. Пакет LEON/GRLIB содержит большее количество ядер по сравнению с дистрибутивами LEON2, а также включает расширение Plug and Play (PnP) для встроенной шины Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA). IP-ядра, доступные в GRLIB, также включают: [9]

Процесс проектирования FPGA

Документацию по проектированию LEON в FPGA можно получить у производителя [10] и на сторонних ресурсах. [11]

Терминология

Термин LEON2/LEON2-FT часто относится к конструкции системы на кристалле LEON2, которая представляет собой ядро ​​процессора LEON2 вместе со стандартным набором периферийных устройств, доступных в дистрибутиве LEON2(-FT). Более поздние процессоры серии LEON используются в самых разных конструкциях и поэтому не так тесно связаны со стандартным набором периферийных устройств. В случае LEON3 и LEON4 название обычно относится только к ядру процессора, тогда как LEON/GRLIB используется для обозначения всей конструкции системы на кристалле.

Ядро процессора LEON2

LEON2 имеет следующие характеристики:

Ядро процессора LEON2-FT

Процессор LEON2-FT — это устойчивая к сбоям (FT) версия процессора LEON2 с одним событием . Триггеры защищены тройным модульным резервированием , а вся внутренняя и внешняя память защищена битами EDAC или четности . К этому IP (распространяемому Европейским космическим агентством [8] ) применяются специальные лицензионные ограничения. Помимо других спутников, процессор использовался в промежуточном экспериментальном аппарате ЕКА (IXV) в 2015 году [14] и китайском лунном корабле «Чанъэ-4» . [15]

Ядро процессора LEON3

LEON3 — это синтезируемая модель 32-битного процессора VHDL, совместимая с архитектурой SPARC V8. Модель обладает широкими возможностями настройки и особенно подходит для систем на кристалле ( SoC ). Полный исходный код доступен по лицензии GNU GPL, что позволяет использовать его для любых целей без лицензионной платы. LEON3 также доступен по собственной лицензии, что позволяет использовать его в собственных приложениях.

Между двумя моделями процессоров LEON2 и LEON3 есть несколько различий. LEON3 включает поддержку SMP и семиэтапный конвейер, тогда как LEON2 не поддерживает SMP и имеет пятиэтапный конвейер.

Ядро процессора LEON3FT

LEON3FT — это отказоустойчивая версия стандартного процессора LEON3 SPARC V8. Он был разработан для работы в суровых космических условиях и включает в себя функции обнаружения и исправления ошибок единичного события (SEU) во всей встроенной оперативной памяти. Процессор LEON3FT поддерживает большую часть функций стандартного процессора LEON3 и добавляет следующие возможности:

Следующие функции стандартного процессора LEON3 не поддерживаются LEON3FT.

Ядро LEON3FT распространяется вместе со специальной FT-версией IP-библиотеки GRLIP. Возможно только распределение по спискам соединений.

Реализация FPGA под названием LEON3FT-RTAX была предложена для критически важных космических приложений. [16]

Ядро процессора LEON4

В январе 2010 года была выпущена четвертая версия процессора LEON. [7] В этом выпуске представлены следующие новые функции:

Ядро процессора LEON5

В разработке. [17]

Поддержка ОС реального времени

Операционными системами реального времени , поддерживающими ядро ​​LEON, в настоящее время являются RTLinux , PikeOS , eCos , RTEMS , Nucleus, ThreadX , OpenComRTOS , VxWorks (порт от Gaisler Research), LynxOS (также порт от Gaisler Research), POK [18] (бесплатная реализация ARINC653 , выпущенная под лицензией BSD) и ORK+, [19] ядро ​​реального времени с открытым исходным кодом для приложений реального времени с высокой степенью целостности с профилем Ravenscar , Embox [20] настраиваемое ядро ​​реального времени с открытым исходным кодом. ОС, которая позволяет использовать программное обеспечение Linux без Linux.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ ab «Оценочная плата четырехъядерного микропроцессора следующего поколения LEON4 GR-CPCI-LEON4-N2X» (PDF) . Аэрофлекс Гайслер АБ.
  2. ^ "Процессор LEON4" . Кобхэм Гайслер, ООО . Проверено 12 января 2021 г. До 150 МГц в FPGA и 1500 МГц в ASIC 32 нм
  3. ^ Кларк, Питер (6 марта 2000 г.). «Европейское космическое агентство запускает бесплатное ядро, подобное SPARC». ЭЭ Таймс .
  4. ^ Кларк, Питер (24 февраля 2005 г.). «Разработчик бесплатного процессора SPARC становится «коммерческим»» . ЭЭ Таймс .
  5. ^ Стонтон, Деклан. «Успешное использование процессора с открытым исходным кодом в коммерческой ASIC». Проектирование и повторное использование .
  6. ^ Андерссон, Дж.; Гайслер, Дж.; Вейганд, Р. (2010). Многоцелевой микропроцессор нового поколения (PDF) . Системы данных в аэрокосмической отрасли 2010 (DASIA2010) . Проверено 17 марта 2020 г.
  7. ^ ab «Aeroflex Gaisler анонсирует процессор LEON следующего поколения» (пресс-релиз). Аэрофлекс Гайслер. 27 января 2010 г.
  8. ^ ab "LEON2-FT". Европейское космическое агентство .
  9. ^ "IP-библиотека GRLIB" . Кобэм Гейслер . Проверено 17 марта 2020 г.
  10. ^ «Руководство пользователя IP-библиотеки GLIB» (PDF) . Кобэм Гейслер . Ноябрь 2019.
  11. ^ Буттельманн, Лутц. «Как настроить моделирование VHDL LEON3 с помощью Modelsim» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г.
  12. ^ «Разработка системы на кристалле (SOC)» . ЕКА Микроэлектроника .
  13. ^ "Процессор Leon3" . Исследования Гайслера . Архивировано из оригинала 28 июня 2007 г.
  14. ^ «ЛЕОН: космический чип, построенный Европой» . СпейсДейли . 10 января 2013 г.
  15. ^ "Посадочный модуль "Чанъэ-4"". Европейское космическое агентство . Проверено 18 июля 2019 г.
  16. ^ «Отказоустойчивый процессор LEON3FT-RTAX» . Фронтград Гайслер . Проверено 1 июня 2023 г.
  17. ^ "ЛЕОН5". www.gaisler.com .
  18. ^ «POK, ядро ​​реального времени для безопасных встраиваемых систем» .
  19. ^ "ОРК+". Группа СТРАСТ . Архивировано из оригинала 7 апреля 2022 г. Проверено 13 ноября 2014 г.
  20. ^ «Embox | Операционная система реального времени» .

Внешние ссылки