ЛЕОН

ЛЕОН
Общая информация
Запущен	1997 год ; 27 лет назад
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	Atmel (приобретена Microchip Technology ) ;
Производительность
Макс. процессора Тактовая частота	150 МГц до 1500 МГц
Архитектура и классификация
Набор инструкций	СПАРК V8
Физические характеристики
Ядра	1 ;
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

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 ]}

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-контроллеры 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)

Ход проектирования FPGA

Документация по проектированию LEON в FPGA доступна у производителя. ^{[ 10 ]} и со сторонних ресурсов. ^{[ 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:

GNU LGPL допускает высокую степень свободы вмешательства в свободно доступный исходный код.
Конфигурируемость является ключевой особенностью 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

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

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:

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

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

В разработке. ^{[ 17 ]}

Поддержка ОС реального времени

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

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б «Оценочная плата четырехъядерного микропроцессора следующего 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: ^а ^б «Aeroflex Gaisler анонсирует процессор LEON следующего поколения» (пресс-релиз). Аэрофлекс Гайслер. 27 января 2010 г.
^ 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 VHDL LEON3 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

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

[eval-board-1] Перейти обратно: ^а ^б «Оценочная плата четырехъядерного микропроцессора следующего поколения LEON4 GR-CPCI-LEON4-N2X» (PDF) . Аэрофлекс Гайслер АБ.

[gaisler-leon4-2] «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 выходит на «коммерческий уровень» » . 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.

[gaisler1-7] Перейти обратно: ^а ^б «Aeroflex Gaisler анонсирует процессор LEON следующего поколения» (пресс-релиз). Аэрофлекс Гайслер. 27 января 2010 г.

[leon2-ft-8] Перейти обратно: ^а ^б «ЛЕОН2-ФТ» . 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 Леон3» . Исследования Гайслера . Архивировано из оригинала 28 июня 2007 г.

[14] «ЛЕОН: космический чип, который построила Европа» . СпейсДейли . 10 января 2013 г.

[15] «Спускаемый 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» .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

v т и Архитектуры компьютеров с сокращенным набором команд (RISC)
Origins	IBM 801 Berkeley RISC Stanford MIPS
Active	Analog Devices Blackfin ARC ARM AVR eSi-RISC LatticeMico8, LatticeMico32 MIPS OpenRISC Power ISA Renesas M32R, SuperH, V850 RISC-V SPARC Sunway Unicore Xilinx MicroBlaze, PicoBlaze
Discontinued	Alpha AMD Am29000 Apollo PRISM Atmel AVR32 Clipper CR16 CRISP DEC PRISM Intel i860, i960 META MIPS-X Motorola 88000, M·CORE PA-RISC POWER, PowerPC, ROMP