ЛЕОН - LEON

Эта статья о семействе микропроцессоров. Для использования в других целях см. Леон (значения).
ЛЕОН
Общая информация
Запущен1997
ПродаетсяAirbus Defense and Space
РазработаноSun Microsystems (приобретено Корпорация Oracle )
(Набор инструкций, оригинальный дизайн[требуется разъяснение ])
Европейское космическое агентство (ЕКА)
Gaisler Research
(процессор, производная конструкция[требуется разъяснение ])
Общий производитель (и)
Спектакль
Максимум. ЦПУ тактовая частотаОт 1,4 до 150 МГц[1]
Архитектура и классификация
Набор инструкцийSPARC V8
Физические характеристики
Ядра
  • 1
История
ПредшественникERC32

ЛЕОН (из испанский: Леон смысл лев ) это радиационно-стойкий 32-битный ЦПУ микропроцессор ядро, реализующее SPARC V8 архитектура набора команд (ISA) разработано Sun Microsystems. Первоначально он был разработан Европейский центр космических исследований и технологий (ESTEC), часть Европейское космическое агентство (ESA), и после короткой продолжительности жизни в Gaisler Research (Sun не участвовала в разработке процессора). Он описан в синтезируемых VHDL. LEON имеет модель двойной лицензии: LGPL /GPL FLOSS лицензия, которую можно использовать без лицензионного сбора, или проприетарную лицензию, которую можно приобрести для интеграции в частный продукт.[2][3]Ядро настраивается с помощью универсальных шаблонов VHDL и используется в система на кристалле (SOC) дизайн как в исследовательских, так и в коммерческих целях.[4]

История

Проект LEON был начат Европейским космическим агентством (ESA) в конце 1997 года с целью изучения и разработки высокопроизводительного процессора, который будет использоваться в европейских космических проектах.[5]Цели проекта заключались в создании открытого, портативного и непатентованного процессора, способного удовлетворить будущие требования к производительности, совместимости программного обеспечения и низкой стоимости системы. Еще одна цель заключалась в том, чтобы иметь возможность производить в Одно событие расстроено (SEU) толерантный чувствительный полупроводниковый процесс. Для поддержания правильной работы при наличии SEU требовались обширные функции обнаружения и обработки ошибок. Цели заключались в том, чтобы обнаруживать и допускать одну ошибку в любом регистре без вмешательства программного обеспечения, а также подавлять эффекты от одиночных переходных ошибок (SET) в комбинационной логике.

Семейство LEON включает в себя первый дизайн языка описания оборудования LEON1 VHSIC (VHDL), который использовался в тестовой микросхеме LEONExpress, разработанной по технологии 0,25 мкм для подтверждения концепции отказоустойчивости. Вторая конструкция LEON2 VHDL использовалась в процессоре AT697 от Atmel (F) и различных устройствах типа система на кристалле. Эти две реализации LEON были разработаны ESA. Gaisler Research, теперь часть Cobham (до Aeroflex Gaisler), разработала третий дизайн LEON3 и объявила о выпуске четвертого поколения LEON, процессора LEON4.[6]

Модели процессоров LEON и дистрибутивы

Процессор LEON может быть реализован в программируемая логика например, FPGA или изготовлены в ASIC. Этот раздел и последующие подразделы посвящены процессорам LEON как программным IP ядра и кратко описать основные характеристики каждой версии процессора и инфраструктуру, с которой он упакован, называемую LEON распределение.

Все процессоры серии LEON используют набор команд SPARC V8 RISC. LEON2 (-FT) имеет пятиступенчатую трубопровод в то время как более поздние версии имеют семиступенчатый конвейер. LEON2 и LEON2-FT распространяются как система на кристалле, которую можно изменить с помощью графического инструмента настройки. Хотя дизайн LEON2 (-FT) может быть расширен и повторно использован в других проектах, его структура не делает упор на повторное использование частей дизайна в качестве строительных блоков и не позволяет дизайнерам легко включать новые IP-ядра в дизайн.

Стандартный дистрибутив LEON2 (-FT) включает следующие ядра поддержки:[7]

Ядра LEON3, LEON3FT и LEON4 обычно используются вместе с IP-библиотекой GRLIB. В то время как дистрибутивы LEON2 содержат один дизайн, который может использоваться в нескольких целевых технологиях, GRLIB содержит несколько дизайнов шаблонов, как для FPGA платы разработки и для ASIC цели, которые можно изменить с помощью графического инструмента настройки, аналогичного тому, который используется в дистрибутиве LEON2. Пакет LEON / GRLIB содержит большее количество ядер по сравнению с дистрибутивами LEON2, а также включает расширение plug and play для встроенного чипа AMBA автобус. IP-ядра, доступные в GRLIB, также включают:[8]

Схема проектирования ПЛИС

Технологическая документация для LEON в FPGA доступна у производителя.[9] и со сторонних ресурсов.[10]

Терминология

Термин LEON2 / LEON2-FT часто относится к конструкции системы на кристалле LEON2, которая представляет собой процессорное ядро ​​LEON2 вместе со стандартным набором периферийных устройств, доступным 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 это имя обычно относится только к ядру процессора, в то время как LEON / GRLIB используется для обозначения всей конструкции системы на кристалле.

Ядро процессора LEON2

LEON2 имеет следующие характеристики:

  • В GNU LGPL обеспечивает высокую степень свободы вмешательства в свободно доступный исходный код.
  • Конфигурируемость - ключевая особенность проекта,[11] и достигается за счет использования дженериков VHDL.[12]
  • Он предлагает все основные функции конвейерного процессора.
  • Это довольно большой проект VHDL (около 90 файлов для полного дистрибутива LEON2, включая периферийные IP-ядра).

Ядро процессора LEON2-FT

Процессор LEON2-FT - это одно событие расстроено отказоустойчивой (FT) версия процессора LEON2. Вьетнамки защищены тройное модульное резервирование и все внутренние и внешние воспоминания защищены EDAC или же биты четности. К этому IP применяются специальные лицензионные ограничения (распространяется Европейским космическим агентством[7]). Среди других спутников процессор использовался в ESA. Промежуточный экспериментальный автомобиль (IXV) в 2015[13] и Китая Чанъэ 4 лунный посадочный модуль.[14]

Ядро процессора LEON3

LEON3 - это синтезируемая модель VHDL 32-разрядного процессора, совместимая с архитектурой SPARC V8. Модель имеет широкие возможности настройки и особенно подходит для системы на кристалле (SoC ) конструкции. Полный исходный код доступен по лицензии GNU GPL, что позволяет использовать его в любых целях без лицензионных сборов. LEON3 также доступен по патентованной лицензии, что позволяет использовать его в проприетарных приложениях.

Между двумя моделями процессоров LEON2 и LEON3 есть несколько различий. LEON3 включает SMP поддержка и семиступенчатый конвейер, в то время как LEON2 не поддерживает SMP и имеет пятиступенчатый конвейер.

Ядро процессора LEON3FT

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

  • Зарегистрировать файл Исправление ошибок SEU до 4 ошибок на 32-битное слово
  • Кэш-память исправление до 4 ошибок на тег или 32-битное слово
  • Автономная и программная прозрачная обработка ошибок
  • Отсутствие влияния времени из-за обнаружения или исправления ошибок

Следующие функции стандартного процессора LEON3 не поддерживаются LEON3FT.

Ядро LEON3FT распространяется вместе со специальной версией FT библиотеки GRLIP IP. Возможно только распространение списка соединений.

Реализация ПЛИС под названием LEON3FT-RTAX предлагается для критических космических приложений.[15]

Ядро процессора LEON4

В январе 2010 года вышла четвертая версия процессора LEON.[6] В этом выпуске есть следующие новые функции:

  • Статический предсказание ветвления добавлен в трубопровод
  • Дополнительный кеш уровня 2
  • 64-битный или 128-битный путь к AMBA AHB интерфейс
  • Возможна более высокая производительность (заявлено производителем: 1,7 DMIPS / МГц в отличие от 1,4 DMIPS / МГц для LEON3)
  • Рад закалился.[1]

Ядро процессора LEON5

В разработке.[16]

Поддержка ОС в реальном времени

В Операционные системы реального времени которые поддерживают ядро ​​LEON в настоящее время RTLinux, PikeOS, eCos, RTEMS, Ядро, ThreadX, OpenComRTOS, VxWorks (согласно порту Gaisler Research), LynxOS (также по порту Gaisler Research), POK[17] (Бесплатный ARINC653 реализация выпущена под лицензией BSD) и ORK +,[18] ядро реального времени с открытым исходным кодом для приложений реального времени с высокой степенью интеграции с Ravenscar Профиль, Embox[19] настраиваемая ОС реального времени с открытым исходным кодом, которая позволяет использовать программное обеспечение Linux без Linux.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б "Оценочная плата четырехъядерного микропроцессора LEON4 GR-CPCI-LEON4-N2X" (PDF). Аэрофлекс Гайслер AB.
  2. ^ Питер Кларк (2000-03-06). «Европейское космическое агентство запускает бесплатное ядро ​​типа Sparc». EE Times.
  3. ^ Питер Кларк (24 февраля 2005 г.). Реклама "Разработчик бесплатного процессора Sparc уходит""". EE Times.
  4. ^ Деклан Стонтон. «Успешное использование процессора с открытым исходным кодом в коммерческой ASIC». Дизайн и повторное использование.
  5. ^ Дж. Андерссон; Дж. Гайслер; Р. Вейганд (2010). Многоцелевой микропроцессор нового поколения (PDF). Системы DAta в аэрокосмической отрасли 2010 (DASIA2010). Получено 2020-03-17.
  6. ^ а б «Aeroflex Gaisler объявляет о выпуске процессора LEON следующего поколения» (Пресс-релиз). Аэрофлекс Гайслер. 27 января 2010 г.
  7. ^ а б "ЛЕОН2-ФТ". Европейское космическое агентство.
  8. ^ «Библиотека IP GRLIB». Кобэм Гайслер. Получено 2020-03-17.
  9. ^ «Руководство пользователя IP-библиотеки GRLIB» (PDF). Кобэм Гайслер. Ноябрь 2019.
  10. ^ Лутц Буттельманн. «Как настроить моделирование LEON3 VHDL с помощью Modelsim» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2016-03-04.
  11. ^ "Разработка системы на кристалле (SOC)". ESA Microelectronics.
  12. ^ "Процессор Leon3". Gaisler Research. Архивировано из оригинал на 2007-06-28.
  13. ^ «ЛЕОН: космический чип, построенный Европой». SpaceDaily. 2013-01-10.
  14. ^ Посадочный модуль "Чанъэ-4". Европейское космическое агентство. Получено 2019-07-18.
  15. ^ «Отказоустойчивый процессор LEON3FT-RTAX». Кобэм Гайслер.
  16. ^ «ЛЕОН5». www.gaisler.com.
  17. ^ «POK, ядро ​​реального времени для защищенных встроенных систем».
  18. ^ "ОРК +". Группа STRAST.
  19. ^ "Embox | Операционная система реального времени".

внешняя ссылка