ЛЕОН
 |
| Общая информация | |
|---|---|
| Запущен | 1997 год |
| Продается через | Airbus обороны и космоса |
| Разработано | Sun Microsystems (приобретена Oracle Corporation ) ( набор инструкций , оригинальный дизайн [ нужны разъяснения ] ) Европейское космическое агентство (ЕКА) Исследования Гайслера (процессор, производная конструкция [ нужны разъяснения ] ) |
| Общий производитель |
|
| Производительность | |
| Макс. процессора Тактовая частота | 150 МГц [1] до 1500 МГц [2] |
| Архитектура и классификация | |
| Набор инструкций | СПАРК V8 |
| Физические характеристики | |
| Ядра |
|
| История | |
| Предшественник | ERC32 |
LEON (от испанского : león означает лев ) — это радиационно-устойчивое 32-битное центрального процессора (ЦП) ядро микропроцессора , реализующее SPARC V8 архитектуру набора команд (ISA), разработанную Sun Microsystems . Первоначально он был разработан Европейским центром космических исследований и технологий (ESTEC), входящим в Европейское космическое агентство (ESA), 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 [ править ]
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 дистрибутивы и
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]
- Контроллер прерываний
- Блок поддержки отладки с буфером трассировки
- Два 24-битных таймера
- Два универсальных асинхронных приемопередатчика (UART)
- 16-битный порт ввода-вывода
- Контроллер памяти .
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 FPGA плат разработки , 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]
- (SDRAM) PC133 синхронной динамической памяти с произвольным доступом 32-битный контроллер
- 32-битный Peripheral Component Interconnect мост (PCI) с прямым доступом к памяти (DMA)
- 10/100/1000 Мбит Адрес управления доступом к среде Ethernet ( MAC-адрес )
- 8/16/32-битный программируемой постоянной памяти (PROM) и статической оперативной памяти (SRAM) контроллер
- 16/32/64-битные контроллеры DDR/DDR2
- Universal Serial Bus ( USB ) 2.0 Хост и контроллеры устройств
- Контроллер локальной сети контроллеров (CAN)
- JTAG TAP- контроллер
- последовательного периферийного интерфейса (SPI) Контроллер
- межинтегральной схемы ( I²C ) Контроллер
- Универсальный асинхронный приёмо-передатчик (UART) с принципом «первым пришёл — первым вышел» ( FIFO ).
- Модульный таймер
- Контроллер прерываний
- 32-битный порт ввода-вывода общего назначения (GPIO)
Процесс проектирования FPGA [ править ]
Документация по проектированию LEON в FPGA доступна у производителя. [10] и со сторонних ресурсов. [11]
Терминология [ править ]
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 [ править ]
LEON2 имеет следующие характеристики:
- GNU LGPL допускает высокую степень свободы вмешательства в свободно доступный исходный код.
- Конфигурируемость — ключевая особенность проекта, [12] и достигается за счет использования дженериков VHDL. [13]
- Он предлагает все основные функции конвейерного процессора упорядоченного действия.
- Это проект VHDL довольно большого размера (около 90 файлов для полного дистрибутива LEON2, включая периферийные IP-ядра).
Ядро процессора LEON2-FT [ править ]
Процессор LEON2-FT — это с одним событием устойчивая к сбоям (FT) версия процессора LEON2 . Триггеры защищены тройным модульным резервированием , а вся внутренняя и внешняя память защищена битами EDAC или четности . К этому IP применяются специальные лицензионные ограничения (распространяется Европейским космическим агентством). [8] ). Помимо других спутников, процессор использовался в промежуточном экспериментальном аппарате ЕКА (IXV) в 2015 году. [14] и китайский лунный посадочный модуль «Чанъэ-4» . [15]
Ядро процессора LEON3 [ править ]
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 [ править ]
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:
- Регистровый файл SEU, коррекция до 4 ошибок на 32-битное слово.
- Кэш-память с коррекцией до 4 ошибок на тег или 32-битное слово
- Автономная и программно прозрачная обработка ошибок
- Отсутствие влияния на время из-за обнаружения или исправления ошибок
Следующие функции стандартного процессора LEON3 не поддерживаются LEON3FT.
- Локальное оперативное ОЗУ (ни для инструкций, ни для данных)
- Блокировка кэша
- LRR (наименее недавно замененный) Алгоритм замены кэша
Ядро LEON3FT распространяется вместе со специальной FT-версией IP-библиотеки GRLIP. Возможно только распределение списка соединений.
Реализация FPGA под названием LEON3FT-RTAX была предложена для критически важных космических приложений. [16]
Ядро процессора LEON4 [ править ]
В январе 2010 года была выпущена четвертая версия процессора LEON. [7] В этом выпуске представлены следующие новые функции:
- Статическое предсказание ветвей добавлено в конвейер
- Дополнительный кэш уровня 2
- 64-битный или 128-битный путь к AMBA AHB интерфейсу
- Возможна более высокая производительность (заявленная производителем: 1,7 DMIPS /МГц в отличие от 1,4 DMIPS/МГц у LEON3)
- Рад ожесточился. [1]
Ядро процессора LEON5 [ править ]
В разработке. [17]
реального времени Поддержка ОС
Операционные системы реального времени , поддерживающие ядро LEON, в настоящее время: 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 высокоинтегральных приложений реального времени с профилем Ravenscar , Embox [20] настраиваемая операционная система реального времени с открытым исходным кодом, которая позволяет использовать программное обеспечение Linux без Linux.
См. также [ править ]
- ОпенСПАРК
- S1 ядро
- OpenRISC
- ERC32
- ФейТэн-1000
- Мягкий микропроцессор
- Посадочный модуль Schiaparelli EDM
Ссылки [ править ]
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «Оценочная плата четырехъядерного микропроцессора нового поколения LEON4 GR-CPCI-LEON4-N2X» (PDF) . Аэрофлекс Гайслер АБ.
- ^ «Процессор LEON4» . Кобхэм Гайслер, ООО . Проверено 12 января 2021 г.
До 150 МГц в FPGA и 1500 МГц в ASIC 32 нм
- ^ Кларк, Питер (6 марта 2000 г.). «Европейское космическое агентство запускает бесплатное ядро, подобное SPARC» . ЭЭ Таймс .
- ^ Кларк, Питер (24 февраля 2005 г.). «Разработчик бесплатного процессора SPARC выходит на «коммерческий уровень» » . ЭЭ Таймс .
- ^ Стонтон, Деклан. «Успешное использование процессора с открытым исходным кодом в коммерческой ASIC» . Проектирование и повторное использование .
- ^ Андерссон, Дж.; Гайслер, Дж.; Вейганд, Р. (2010). Многоцелевой микропроцессор нового поколения (PDF) . Системы данных в аэрокосмической отрасли 2010 (DASIA2010) . Проверено 17 марта 2020 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «Aeroflex Gaisler анонсирует процессор LEON следующего поколения» (пресс-релиз). Аэрофлекс Гайслер. 27 января 2010 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «ЛЕОН2-ФТ» . Европейское космическое агентство .
- ^ «IP-библиотека GRLIB» . Кобэм Гейслер . Проверено 17 марта 2020 г.
- ^ «Руководство пользователя IP-библиотеки GLIB» (PDF) . Кобэм Гейслер . Ноябрь 2019.
- ^ Буттельманн, Лутц. «Как настроить моделирование LEON3 VHDL с помощью Modelsim» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г.
- ^ «Разработка системы на кристалле (SOC)» . ЕКА Микроэлектроника .
- ^ «Процессор Леон3» . Исследования Гайслера . Архивировано из оригинала 28 июня 2007 г.
- ^ «ЛЕОН: космический чип, который построила Европа» . СпейсДейли . 10 января 2013 г.
- ^ «Спускаемый модуль «Чанъэ-4» . Европейское космическое агентство . Проверено 18 июля 2019 г.
- ^ «Отказоустойчивый процессор LEON3FT-RTAX» . Фронтград Гайслер . Проверено 1 июня 2023 г.
- ^ «ЛЕОН5» . www.gaisler.com .
- ^ «POK, ядро реального времени для безопасных встраиваемых систем» .
- ^ «ОРК+» . Группа СТРАСТ . Архивировано из оригинала 7 апреля 2022 г. Проверено 13 ноября 2014 г.
- ^ «Embox | Операционная система реального времени» .
Внешние ссылки [ править ]
- SPARC: открытый исходный код в Curlie
- Кобэм Гайслер
- GR740 : Микропроцессор нового поколения ESA (NGMP).
- Кобэм: радиационно-стойкие решения и компоненты высокой надежности
- Учебное пособие по ЛЕОН3
- GNU/Linux на архитектуре SPARC с оригинальным портом на LEON