Microchip Technology FPGA 和基于 SoC 的 RISC-V 生態(tài)系統(tǒng)簡介

介紹

RISC-V 是一種精簡的 ISA（指令集架構(gòu)），旨在為廣泛的應(yīng)用程序和用例提供可擴(kuò)展性和多功能性。RISC-V 作為更成熟的指令集架構(gòu) (ISA) 的開源替代方案正在迅速獲得認(rèn)可，并提供更高的處理速度和更低的延遲，同時(shí)降低功耗。圍繞 RISC-V 的支持框架也在不斷發(fā)展，Microchip Technology正在構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)以支持其 RISC-V 軟計(jì)算機(jī)處理單元 (CPU) 和PolarFire ?片上系統(tǒng) (SoC) FPGA產(chǎn)品組合。因此，基于 RISC-V 的設(shè)計(jì)具有更低的功耗、更高的靈活性、更快的上市時(shí)間，并提供 Linux 支持，而無需其他解決方案所需的折衷。

Microchip Technology Mi-V 生態(tài)系統(tǒng)

不斷擴(kuò)展的生態(tài)系統(tǒng)對(duì)于為開發(fā)人員提供完整的設(shè)計(jì)解決方案至關(guān)重要，這對(duì)于縮短產(chǎn)品上市時(shí)間至關(guān)重要。Microchip Mi-V 生態(tài)系統(tǒng)包括針對(duì) FPGA 結(jié)構(gòu)的軟核 RISC-V CPU（圖 1 ）和在 PolarFire SoC FPGA 中實(shí)現(xiàn)的硬核 CPU。此外，Mi-V 還提供了由 Microchip 及其合作伙伴開發(fā)的一套廣泛的設(shè)計(jì)工具和資源，以幫助開發(fā)人員采用和改進(jìn) RISC-V 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。這些工具可與各種硬件套件結(jié)合使用——用于 PolarFire FPGA 的 PolarFire 評(píng)估套件和Icicle 套件PolarFire SoC FPGA——以及相關(guān)的 IP 和庫，用于簡化高速接口、數(shù)字信號(hào)處理、內(nèi)存、電機(jī)控制，甚至嵌入式視覺的實(shí)施，以加速解決方案的開發(fā)。對(duì)實(shí)時(shí) Linux 的支持是 Microchip Technology RISC-V 實(shí)施的重要優(yōu)勢(shì)，具有確定性執(zhí)行，這對(duì)實(shí)時(shí)應(yīng)用程序至關(guān)重要。Mi-V 還為范圍廣泛的開發(fā)工具和資源提供了多個(gè)第三方支持。

圖 1：帶有 RISC-V IP 內(nèi)核的 FPGA（來源：Microchip Technology）

Microchip Technology 的 RISC-V CPU 產(chǎn)品組合

Microchip Technology 的 RISC-V 軟 CPU 產(chǎn)品組合面向具有更低功耗和小尺寸的 FPGA 結(jié)構(gòu)。當(dāng)只需要一個(gè) CPU 時(shí)，基于 FPGA 的實(shí)現(xiàn)可能是有利的。FPGA 實(shí)現(xiàn)還提供額外的靈活性和定制，包括在 CPU 附近添加專用硬件加速的選項(xiàng)。當(dāng)需要多個(gè) CPU 時(shí)，也許是在高可靠性或高性能應(yīng)用中，PolarFire SoC FPGA 提供了五個(gè)強(qiáng)化 RISC-V 內(nèi)核。這種支持 Linux 的 SoC 具有跨內(nèi)核的一致性內(nèi)存子系統(tǒng)和可配置的分支預(yù)測(cè)功能，允許在每次都按時(shí)執(zhí)行的單個(gè)多核 CPU 集群中靈活地混合確定性實(shí)時(shí)系統(tǒng)和 Linux。Mi-V 生態(tài)系統(tǒng)中軟 RISC-V 內(nèi)核和硬內(nèi)核的可用性使 Microchip Technology 產(chǎn)品組合成為業(yè)內(nèi)最靈活的產(chǎn)品組合之一。硬核 CPU 實(shí)現(xiàn)的能效和 PolarFire FPGA 架構(gòu)固有的低功耗特性確保 Microchip Technology RISC-V 解決方案在降低功耗方面處于領(lǐng)先地位（圖 2）。

圖 2：PolarFire SoC FPGA 框圖（來源：Microchip Technology）

PolarFire SoC FPGA 擴(kuò)展了 RISC-V 應(yīng)用

大多數(shù) FPGA 僅實(shí)現(xiàn)單個(gè)軟處理器，但在單個(gè) FPGA 上利用多個(gè)內(nèi)核允許集群共享資源并分配計(jì)算負(fù)擔(dān)。多核處理器已被證明能夠比其前身更高效地執(zhí)行復(fù)雜的功能和操作，例如內(nèi)存計(jì)算和大規(guī)模并行。PolarFire SoC FPGA 系列基于 Microchip 著名的中端 PolarFire FPGA 架構(gòu)，提供高端安全性，同時(shí)為各種應(yīng)用降低高達(dá) 50% 的功耗。SoC FPGA 具有確定性 RISC-V CPU 集群和確定性 L2 內(nèi)存子系統(tǒng)，用于 Linux 兼容性和其他實(shí)時(shí)應(yīng)用程序，范圍從 25k 到 460k LE（邏輯元素）。根據(jù)嵌入式微處理器基準(zhǔn)聯(lián)盟' s (EMBC) 基準(zhǔn)評(píng)分系統(tǒng) CoreMark——本質(zhì)上是一個(gè)反映處理器內(nèi)核整體功能的個(gè)位數(shù)——25k LE 系列中的 PolarFire SoC FPGA 在 105W 時(shí)提供 5.5 CoreMark，而基于 SRAM 的 SoC 使用相同的功率交付零 CoreMarks。100k 和 460k LE 范圍內(nèi)的 PolarFire SoC 在 CoreMark 規(guī)模上與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比具有相似的優(yōu)勢(shì)。PolarFire SoC 是一種安全且節(jié)能的解決方案，適用于從人工智能 (AI) 和機(jī)器學(xué)習(xí)到汽車和工業(yè)實(shí)施（包括物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT)）的各種應(yīng)用。而使用相同功率的基于 SRAM 的 SoC 的 CoreMark 為零。100k 和 460k LE 范圍內(nèi)的 PolarFire SoC 在 CoreMark 規(guī)模上與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比具有相似的優(yōu)勢(shì)。PolarFire SoC 是一種安全且節(jié)能的解決方案，適用于從人工智能 (AI) 和機(jī)器學(xué)習(xí)到汽車和工業(yè)實(shí)施（包括物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT)）的各種應(yīng)用。而使用相同功率的基于 SRAM 的 SoC 的 CoreMark 為零。100k 和 460k LE 范圍內(nèi)的 PolarFire SoC 在 CoreMark 規(guī)模上與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比具有相似的優(yōu)勢(shì)。PolarFire SoC 是一種安全且節(jié)能的解決方案，適用于從人工智能 (AI) 和機(jī)器學(xué)習(xí)到汽車和工業(yè)實(shí)施（包括物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT)）的各種應(yīng)用。

MI-V 開發(fā)工具和設(shè)計(jì)支持資源

高效且易于使用的設(shè)計(jì)工具對(duì)于設(shè)計(jì)基于 RISC-V 的系統(tǒng)以及加快上市時(shí)間至關(guān)重要。Mi-V 生態(tài)系統(tǒng)包括用于使用 PolarFire FPGA 和 SoC FPGA 以及其他 FPGA 進(jìn)行開發(fā)的 Librero SoC 設(shè)計(jì)套件。Mi-V 生態(tài)系統(tǒng)由基于 Eclipse 的 SoftConsole 集成開發(fā)環(huán)境 (IDE) 組成，并配有 GCC 編譯器和調(diào)試器。Librero 和 SoftConsole 提供開發(fā)人員將 Microchip Technology 的 RISC-V 軟 CPU 移植到 FPGA 以及測(cè)試和調(diào)試嵌入式固件所需的一切。

大量設(shè)計(jì)支持資源——包括教程、設(shè)計(jì)示例、數(shù)據(jù)表、功耗估算工具、白皮書、網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)、視頻、來自 GreenHills、Mentor 和 WindRiver 的操作系統(tǒng)、Yocto 和 Buildroot Linux BSP、Hart 軟件服務(wù)、各種中間件和其他資源——完善 MI-V 生態(tài)系統(tǒng)并加快上市時(shí)間。

結(jié)論

RISC-V 是嵌入式計(jì)算的下一個(gè)前沿領(lǐng)域，而 Microchip Technology 在為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)人員開發(fā)完整解決方案方面處于領(lǐng)先地位。“Microchip 及其 Mi-V 合作伙伴推出業(yè)界首款基于 RISC-V 的 SoC FPGA 以及我們的 Mi-V 生態(tài)系統(tǒng)，正在推動(dòng)嵌入式領(lǐng)域的創(chuàng)新，使設(shè)計(jì)人員能夠開發(fā)全新的節(jié)能應(yīng)用， ”Microchip Technology FPGA 業(yè)務(wù)部副總裁 Bruce Weyer 說?！胺催^來，這將使我們的客戶能夠在網(wǎng)絡(luò)邊緣為通信、國防、醫(yī)療和工業(yè)自動(dòng)化添加前所未有的功能?！?/p>

審核編輯黃昊宇