Defensie-grade FPGA debuteert met vroege toegang

Microchip Technology Inc. biedt beveiliging op defensieniveau voor embedded systemen aan de rand en biedt een programma voor vroege toegang (EAP) voor de PolarFire SoC FPGA. Dit platform is het eerste geharde realtime, op Linux gebaseerde, op RISC-V gebaseerde microprocessorsubsysteem in de middenklasse PolarFire FPGA-familie. Dit platform kan worden gebruikt in communicatie-, defensie-, medische en industriële automatiseringstoepassingen.

De chip is de eerste SoC FPGA in de branche met een deterministisch, coherent RISC-V CPU-cluster en een deterministisch L2-geheugensubsysteem, waardoor Linux plus realtime toepassingen mogelijk zijn. Het geheugensubsysteem van 2 MB kan worden geconfigureerd als cache, kladblok of direct toegankelijk geheugen. Dit betekent dat embedded ontwikkelaars de voordelen van Linux krijgen in een deterministische architectuur in combinatie met de beveiliging en energiezuinige functies van de PolarFire FPGA.

Bovendien omvat de PolarFire SoC-architectuur betrouwbaarheids- en beveiligingsfuncties zoals enkele foutcorrectie en dubbele foutdetectie (SEC-DED) op alle geheugens, fysieke geheugenbescherming, een differentiële vermogensanalyse (DPA)-resistente cryptokern, veilig opstarten van defensiekwaliteit , en 128 Kb flash-opstartgeheugen.

Een belangrijke behoefte die door RISC-V werd opgelost, was dit concept van één processor die Linux zou kunnen draaien en aan realtime-vereisten zou kunnen voldoen, zei Ted Speers, technisch medewerker en hoofd productarchitectuur en planning voor Microchip's FPGA-bedrijfseenheid. "We hadden al een laag vermogen en betrouwbaarheid in de tas met de PolarFire-technologie, maar om dit echt uit het park te halen, hadden we de realtime-processor nodig. We wilden één processor die tegelijkertijd zou voldoen aan de behoeften van [Linux en realtime-applicaties naast elkaar draaien.”

Ontwerpen met een FPGA + CPU op een enkele chip is de afgelopen jaren blijven groeien, dankzij verschillende belangrijke voordelen voor embedded ontwerpers. Het verbetert de verwerking van specifieke taken en maakt maatwerk en flexibiliteit mogelijk, terwijl het aantal componenten, het stroomverbruik en de bordruimte worden verminderd.

De deterministische en veiligheidskritieke PolarFire SoC levert energie-efficiëntie die tot 50 procent minder stroom levert dan concurrerende apparaten in de industrie. Als gevolg hiervan vermindert het de materiaallijst door de noodzaak voor ventilatoren en koellichamen te elimineren.

"Onze PolarFire-technologie biedt in veel gevallen 50% minder vermogen dan concurrerende FPGA's", zegt Speers. Ze kunnen worden gebruikt in omgevingen met een kleine vormfactor waar het verwijderen van warmte een enorm probleem is, waardoor klanten de ventilatoren uit het systeem kunnen verwijderen, wat kosten bespaart en veel systeembeperkingen oplost die erg moeilijk zijn om mee te ontwerpen, voegde hij eraan toe.

Klanten laten overstappen alleen omdat je minder stroom levert was moeilijk, maar in deze toepassingen stelt de PolarFire-technologie hen in staat om onmiddellijk over te stappen vanwege de extra voordelen, zei Speers.

Wanneer de CPU en FPGA op een enkele chip zitten, is er minder bordruimte, maar ook verbeterde verwerking voor specifieke taken, en minder latentie omdat het allemaal op één chip zit in plaats van chip naar chip op een bord te gaan, zei Speers. “Met de programmeerbare stof biedt het je ook veel maatwerk en flexibiliteit die je normaal niet zou hebben. Dit is met name belangrijk voor opkomende technologieën waar de normen nog niet helemaal zijn vastgesteld en u mogelijk enkele wijzigingen in het veld moet aanbrengen.

"Het deterministische subsysteem is waar alle magie gebeurt", zei Speers. "Microchip heeft een chip ontworpen die het reguliere Linux-besturingssysteem en al zijn applicaties naast een realtime kern zou kunnen draaien, binnen een deterministisch en coherent geheugensubsysteem." En door de L2-cache van 1 MB naar 2 MB te verplaatsen, kunnen klanten 1 MB als lokaal geheugen gebruiken voor deterministische realtime-applicatie door elk van de vier applicatie-cores.

Als bijkomend voordeel kunnen bestaande klanten van Microchip's SmartFusion 2 – de eerste SoC FPGA-architectuur in de branche met een volledig processorsubsysteem – eenvoudig migreren naar PolarFire SoC. Het 2 MB L2-geheugensubsysteem van PolarFire SoC kan worden geconfigureerd als een lokaal geheugen, en beide platforms gebruiken gemeenschappelijke randapparatuur met firmwarestuurprogramma's en dezelfde ontwikkelingstools.

Toepassingen zijn onder meer thermisch belaste omgevingen zoals industriële IoT-switches en externe radiokoppen; op batterijen werkende omgevingen zoals draagbare warmtebeeldcamera's, draagbare ultrasone apparaten, beveiligde militaire radio's en draagbare testen en meten, evenals machine learning en root of trust-toepassingen zoals wapenplatforms, beveiligde militaire radio's en UAV's.

De chip maakt deel uit van Microchip's groeiende steun voor RISC-V-ontwerp. Mi-V-partners zijn onder meer WindRiver, Mentor Graphics, WolfSSL, ExpressLogic, Veridify, Hex-Five en FreeRTOS, evenals ontwikkelingstools van IAR-systemen en AdaCore.

Als onderdeel van het Early Access Program (EAP) kunnen gekwalificeerde klanten nu beginnen met ontwerpen met Microchip's Libero SoC 12.3 FPGA-ontwerpsuite en SoftConsole 6.2 geïntegreerde ontwikkelomgeving. Ze kunnen ook fouten opsporen in hun embedded applicaties met Renode, een virtueel model van het microprocessor-subsysteem.

Debug-mogelijkheden voor de PolarFire SoC omvatten instructietracering en passieve runtime configureerbare Advanced eXtensible Interface (AXI) busmonitors van Mi-V-partner UltraSoC, 50 breekpunten, FPGA-fabricmonitors en Microchip's ingebouwde tweekanaals logic-analysator SmartDebug.

Om in aanmerking te komen voor het programma voor vroege toegang, kunnen klanten contact opnemen met [email protected]. Klanten kunnen nu beginnen met ontwerpen met toegang tot het schema en Gerber-bestanden voor de PolarFire Icicle Kit die in Q3 2020 beschikbaar zal zijn, evenals richtlijnen voor bordontwerp. De MPFS250T zal in Q3 2020 beginnen met samplen.