Defense FPGA-Debüts mit Early Access

Microchip Technology Inc. bietet ein Early Access Program (EAP) für den PolarFire SoC FPGA, das verteidigungsfähige Sicherheit für eingebettete Systeme am Edge bietet. Diese Plattform ist das erste gehärtete Echtzeit-Linux-fähige, RISC-V-basierte Mikroprozessor-Subsystem auf der Mittelklasse-PolarFire-FPGA-Familie. Diese Plattform kann in Kommunikations-, Verteidigungs-, Medizin- und Industrieautomatisierungsanwendungen verwendet werden.

Der Chip ist das erste SoC-FPGA der Branche mit einem deterministischen, kohärenten RISC-V-CPU-Cluster und einem deterministischen L2-Speichersubsystem, das Linux plus Echtzeitanwendungen ermöglicht. Das 2-MB-Speichersubsystem kann als Cache, Scratchpad oder Direktzugriffsspeicher konfiguriert werden. Das bedeutet, dass Embedded-Entwickler die Vorteile von Linux in einer deterministischen Architektur in Kombination mit den Sicherheits- und Energiesparfunktionen des PolarFire FPGA nutzen können.

Darüber hinaus umfasst die PolarFire SoC-Architektur Zuverlässigkeits- und Sicherheitsfunktionen wie Einzelfehlerkorrektur und Doppelfehlererkennung (SEC-DED) für alle Speicher, physischen Speicherschutz, einen gegen Differential Power Analysis (DPA) resistenten Kryptokern, sicheres Booten auf Verteidigungsniveau , und 128 KB Flash-Boot-Speicher.

Ein von RISC-V gelöstes Schlüsselbedürfnis war dieses Konzept eines Prozessors, der Linux ausführen und Echtzeitanforderungen erfüllen kann, sagte Ted Speers, technischer Mitarbeiter und Leiter der Produktarchitektur und -planung für die FPGA-Geschäftseinheit von Microchip. „Mit der PolarFire-Technologie hatten wir bereits geringe Leistung und Zuverlässigkeit in der Tasche, aber um das wirklich aus dem Park zu holen, brauchten wir den Echtzeitprozessor. Wir wollten, dass ein Prozessor gleichzeitig die Anforderungen von [Linux und Echtzeitanwendungen nebeneinander] erfüllt.“

Das Design mit einem FPGA + CPU auf einem einzigen Chip hat in den letzten Jahren dank mehrerer wichtiger Vorteile für Embedded-Designer weiter zugenommen. Es verbessert die Verarbeitung spezifischer Aufgaben und ermöglicht Anpassung und Flexibilität, während die Anzahl der Komponenten, der Stromverbrauch und der Platz auf der Platine reduziert werden.

Der deterministische und sicherheitskritische PolarFire SoC bietet eine Energieeffizienz, die bis zu 50 Prozent weniger Strom liefert als vergleichbare Geräte der Branche. Als Ergebnis reduziert es die Stückliste, indem es Lüfter und Kühlkörper überflüssig macht.

„Unsere PolarFire-Technologie bietet in vielen Fällen 50 % weniger Strom als konkurrierende FPGAs“, sagt Speers. Sie können in Umgebungen mit kleinem Formfaktor verwendet werden, in denen die Wärmeabfuhr ein großes Problem darstellt, sodass Kunden die Lüfter aus dem System entfernen können, was Kosten spart und viele Systemeinschränkungen löst, mit denen die Entwicklung sehr schwierig ist, fügte er hinzu.

Kunden dazu zu bringen, zu wechseln, nur weil Sie eine geringere Leistung anbieten, war schwierig, aber in diesen Anwendungen ermöglicht ihnen die PolarFire-Technologie aufgrund der zusätzlichen Vorteile, sofort zu wechseln, sagte Speers.

Wenn sich CPU und FPGA auf einem einzigen Chip befinden, wird der Platz auf der Platine reduziert, aber auch die Verarbeitung für bestimmte Aufgaben verbessert und die Latenz verringert, da sich alles auf einem Chip befindet, anstatt Chip-to-Chip auf einer Platine, sagte Speers. „Mit dem programmierbaren Fabric bietet es Ihnen auch viele Anpassungsmöglichkeiten und Flexibilität, die Sie normalerweise nicht hätten. Dies ist besonders wichtig für neue Technologien, bei denen die Standards noch nicht ganz festgelegt sind und Sie möglicherweise einige Änderungen vor Ort vornehmen müssen.

„Im deterministischen Subsystem passiert die ganze Magie“, sagte Speers. „Microchip hat einen Chip entwickelt, der das Mainstream-Linux-Betriebssystem und alle seine Anwendungen Seite an Seite mit einem Echtzeit-Kern in einem deterministischen und kohärenten Speicher-Subsystem ausführen kann.“ Und durch den Wechsel von 1 MB auf 2 MB L2-Cache können Kunden 1 MB als lokalen Speicher für deterministische Echtzeitanwendungen durch jeden der vier Anwendungskerne verwenden.

Als zusätzlichen Vorteil können bestehende Kunden von SmartFusion 2 von Microchip – der branchenweit ersten SoC-FPGA-Architektur mit einem vollständigen Prozessor-Subsystem – problemlos auf PolarFire SoC migrieren. Das 2 MB L2-Speichersubsystem des PolarFire SoC kann als lokaler Speicher konfiguriert werden, und beide Plattformen verwenden gemeinsame Peripheriegeräte mit Firmware-Treibern und denselben Entwicklungstools.

Zu den Anwendungen gehören thermisch belastete Umgebungen wie industrielle IoT-Switches und Remote-Funkköpfe; batteriebetriebene Umgebungen wie tragbare Wärmebildkameras, tragbare Ultraschallgeräte, sichere Militärfunkgeräte und tragbare Tests und Messungen sowie maschinelles Lernen und Root-of-Trust-Anwendungen wie Waffenplattformen, sichere Militärfunkgeräte und UAVs.

Der Chip ist Teil der wachsenden Unterstützung von Microchip für das RISC-V-Design. Zu den Mi-V-Partnern zählen WindRiver, Mentor Graphics, WolfSSL, ExpressLogic, Veridify, Hex-Five und FreeRTOS sowie Entwicklungstools von IAR-Systemen und AdaCore.

Als Teil des Early Access Program (EAP) können qualifizierte Kunden jetzt mit dem Design mit der Libero SoC 12.3 FPGA Design Suite von Microchip und der integrierten Entwicklungsumgebung SoftConsole 6.2 beginnen. Sie können auch ihre eingebetteten Anwendungen mit Renode debuggen, einem virtuellen Modell des Mikroprozessor-Subsystems.

Zu den Debug-Funktionen des PolarFire-SoC gehören Instruktions-Trace und konfigurierbare Advanced eXtensible Interface (AXI)-Busmonitore des Mi-V-Partners UltraSoC, 50 Breakpoints, FPGA-Fabric-Monitore und der integrierte Zweikanal-Logikanalysator SmartDebug von Microchip.

Um sich für das Early Access-Programm zu qualifizieren, können Kunden [email protected] kontaktieren. Kunden können jetzt mit dem Design beginnen und haben Zugriff auf die Schaltplan- und Gerber-Dateien für das PolarFire Icicle Kit, das im dritten Quartal 2020 erhältlich sein wird, sowie auf die Richtlinien für das Leiterplattendesign. Der MPFS250T wird im 3. Quartal 2020 mit der Bemusterung beginnen.