RISC-V für den Industriemarkt

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Vorzüge des RISC-V-Befehlssatzes

Wegen der dominanten Position von Linux OS kann der Industriemarkt RISC-V schnell als Standard für eine neue Prozessorarchitektur für direkte Hardware-Implementierungen annehmen. Dies ist einer der Hauptgründe, aus denen RISC-V für den Industriemarkt attraktiv ist. Es gibt jedoch zusätzliche Faktoren, die RISC-V attraktiver als andere Prozessorarchitekturen machen. Im Folgenden werden diese Faktoren sowie Designbeispiele vorgestellt.

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Portabilität: Designs, die nach dem Ramp-up in die Serienfertigung überführt werden könnten, profitieren von der Portabilität von RISC-V. So kann ein Design in einem FPGA mit einer Soft-Gate-Version eines RISC-V-Core begonnen und die Auslieferung des Produkts gestartet werden. Das Beispiel einer Industriekamera macht dies deutlich (Bild 1).

Der RISC-V-Core der Kamera enthält alle klassischen Funktionen eines Mikrocontrollers. Er konfiguriert zunächst den Bildsensor und aktualisiert die Einstellungen periodisch, sobald Anpassungen erforderlich sind. Auf dem RISC-V-Core kann auch der Wifi- und der externe Memory Storage Stack laufen, um die Übertragung von Bildern oder Videobildern einzurichten. Da sich die Software über alle Bausteine mit einem RISC-V-Core portieren lässt, entsteht ein lizenzfreier Prozessor-Subsystem-RTL-Code, der in beliebige Hardware implementierbar ist. Sobald die Stückzahlen für die Kamera hoch genug sind, kann man ein Retargeting des RTL-Quellcodes auf ein ASIC durchführen, ohne dass Lizenzgebühren anfallen.

Langlebigkeit: Da der RISC-V ISA fest ist, kann bei Industriedesigns, die oft für mehrere Jahre und manchmal sogar für Jahrzehnte entwickelt sind, mit Software-Kontinuität gerechnet werden. Für die oben erwähnte Kamera bedeutet dies, dass, sobald der Software-Code geschrieben und geprüft ist, er ewig auf jedem RISC-V-Core laufen kann. Die anfängliche Fertigung kann mit einem Soft RISC-V-Core und einem IGLOO2-FPGA erfolgen und der Code ist vollständig kompatibel, wenn ein ASIC realisiert wird. Langlebigkeit heißt nicht nur, dass man sich auf die feste ISA verlassen kann, sondern bedeutet auch Schutz von Software-Investitionen.

Vertrauen: Für viele Regierungs-, Finanz- und Verteidigungsprogramme ist der Einsatz eines vertrauenswürdigen Prozessors entscheidend. Doch wie kann man einem Prozessor vertrauen, wenn der zugrunde liegende RTL-Code wie bei ARM nicht zugänglich ist? Man stelle sich das Design in Bild 2 für gesicherte Kommunikation vor.

Zum Sichern des Datenlinks wird der Embedded Verschlüsselungs-Co-Prozessor TeraFire 5200B verwendet. Um die sichere Datenkommunikation einzuleiten, nutzt die Schaltung einen Soft RISC-V-Core in der FPGA-Fabric. Der RISC-V-Core weist den Co-Prozessor an, welche Verschlüsselungsprotokolle er mit welchen Schlüsseln ausführen soll und übernimmt zudem weitere Steuerfunktionen. Auf dem TeraFire 5200B läuft dann der sichere Datenlink in und aus dem PolarFire FPGA. Da der RISC-V RTL-Quellcode zur Überprüfung verfügbar ist, können ihm Entwickler bei der Implementierung der sicheren Datenkommunikation vertrauen. In diesem Design kann der Boot Code für den RISC-V-Core auch in dem auf dem Chip integrierten sicheren NVM (Non Volatile Memory) gespeichert werden. Somit werden weder ein Rootkit, noch Schadsoftware eingeschleust. Ein RISC-V-Design wie dieses, kann als Root-of-Trust verwendet werden.

Zertifizierung und Datensicherheit: In Industriedesigns, die über eine hohe Funktionssicherheit verfügen müssen, ermöglicht RISC-V eine höhere Zuverlässigkeit. Da Entwickler die volle Flexibilität über die Mikroarchitektur haben, könnten sie SEU-Schutzmaßnahmen (Single Event Upsets) für den Daten- und Befehlsspeicher implementieren. Viele weitere sicherheitsrelevante Techniken lassen sich implementieren, da ein Soft RISC-V-Core, wie beispielsweise der RV32IM von Microsemi, den Zugang zum RTL-Quellcode erlaubt. Bei Industriedesigns, die zertifiziert sein müssen, ermöglicht die Verfügbarkeit des RTL-Quellcode die Überprüfung, was die Zertifizierung des Cores vereinfacht. Die Möglichkeit, den RISC-V RTL-Code überprüfen zu können, ist für Anwendungen vorteilhaft, die Zertifizierung oder Vertrauen erfordern.

Dies sind die Hauptvorteile der RISC-V ISA für Industrie-Applikationen. Damit Entwickler RISC-V für ihr nächstes Projekt erkunden können, gibt es mehrere Quellen. Hintergrundinformationen über RISC-V und seine Mitgliederorganisationen gibt es auf www.riscv.org.

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