Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
SterControl
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

OnChip OpenV - crowdfunding 32 bitowego otwartego procesora RISC-V

ghost666 16 Gru 2016 22:57 1941 5
  • OnChip OpenV - crowdfunding 32 bitowego otwartego procesora RISC-V
    Mikrokontroler OnChip Open-V to w pełni otwarty, 32 bitowy układ oparty na architekturze RISC-V. Open-V wyposażony ma być w szerokie spektrum peryferii, jakie spotkać można w każdym mikrokontrolerze obecnie dostępnym na rynku. Został on zaprojektowany, tak aby nawiązać równą walkę z układami z rdzeniem ARM M0. Dzięki kampanii crowdfundingowej, układ ten trafić może do masowej produkcji, co sprawiłoby, że będzie on dostępny szerokiemu gronu developerów i programistów.

    Jeśli lubisz grzebać w elektronice, analizować działanie zamkniętych systemów itp to ten układ jest właśnie dla Ciebie. W pełni otwarta architektura układu daje totalną wolność developerom - architektura układu znana jest do poziomu poszczególnych tranzystorów. A może marzyłeś o zaprojektowaniu własnego układu scalonego? dzięki popularyzacji architektury RISC-V może to być wkrótce możliwe.

    Pierwszy masowo produkowany układ RISC-V

    Układy o zredukowanym zestawie instrukcji (RISC) egzystują już od dawna, sam paradygmat jest od dawna znany, a i układów tego rodzaju powstał już cały szereg. To czym RISC-V wyróżnia się na tle innych układów, to koncepcja otwartego hardware. Układ ten oparty jest o otwarty zestaw instrukcji. Jakkolwiek standard RISC-V opracowany został już kilka lat temu, w 2010 roku, to procesor taki nie został zaimplementowany w fizycznym układzie, który byłby dostępny komercyjnie.

    Stworzono już kilka układów scalonych opartych na RISC-V, ale były to podzespoły zarezerwowane jedynie dla prac badawczych na uczelniach. Dzięki Open-V ta sytuacja może ulec zmianie. Po raz pierwszy możliwy będzie zakup mikrokontrolera opartego o RISC-V i zastosować go we własnym projekcie w domu. Nie jest to projekt jednorazowy. Pierwsza partia układów to około 70 tysięcy elementów, ale będą one produkowane dalej, tak długo, jak będzie na nie popyt.

    OnChip OpenV - crowdfunding 32 bitowego otwartego procesora RISC-V


    Darmowy i otwarty projekt urządzenia półprzewodnikowego

    Cały projekt OnChip Open-V jest otwarty - wszystkie pliki źródłowe, włączając w to pliki RTL opisujące sam CPU i jego peryferia. Dostępne za darmo mają być także otwarte narzędzia developerskie i testowe dla układów. Wszystko dostępne będzie poprzez konto na GitHubie na licencji MIT.





    Otwarty projekt układu scalonego to zupełnie nowa jakość w przemyśle półprzewodnikowym. Pozwoli to na wejście w ten sektor zupełnie nowych graczy, działających na zupełnie nowatorskich zasadach w porównaniu z firmami komercyjnymi obecnymi na ugruntowanej pozycji w sektorze mikrokontrolerów. Zmiana ta ma być identyczna jak pojawienie się dwie dekady temu otwartego oprogramowania - przyczyniło się ono do lawinowego rozwoju nowych systemów. Open-V ma być właśnie krokiem w tym kierunku.

    Zalety otwartego krzemu:

    * W pełni zrozumiemy jak działa nasz sprzęt.
    * Możemy łatwo projektować nowe układy scalone.
    * Możliwość optymalizacji pracy z wykorzystaniem parametrów, które zazwyczaj są niedostępne w komercyjnych układach.
    * Możliwość uczenia nowego pokolenia inżynierów na realnym układzie.
    * Debugowanie układu i naprawianie błędów bez konieczności interwencji firmy/producenta.
    * Redukcja kosztów dzięki brakowi opłat licencyjnych.

    OnChip OpenV - crowdfunding 32 bitowego otwartego procesora RISC-V


    Układy i płytka prototypowa

    Kampania crowd-fundingowa obejmuje sam układ jak i płytkę rozwojową do testowania możliwości mikrokontrolera Open-V.

    Specyfikacja mikrokontrolera Open-V

    * Obudowa QFN-32
    * CPU RISC-V z ISA w wersji 2.1
    * Praca przy 1,2 V
    * 8 KB pamięci SRAM
    * Taktowane zegarem od 32 kHz do 160 MHz.
    * Dwie pętle PLL, sterowane programowo wraz z multiplekserami i dzielnikami częstotliwości oraz układami polaryzacji i taktowania.
    * Dwa przetworniki analogowo-cyfrowe (ADC) o rozdzielczości 10 bitów i częstotliwości próbkowania do 10 MS/s.
    * Dwa przetworniki cyfrowo-analogowe (DAC) o rozdzielczości 12 bitów.
    * 16 programowalnych pinów GPIO
    * Dwa zewnętrzne przerwania
    * Liczne interfejsy: SDIO (np. dla karty microSD), dwa porty SPI, I?C, UART
    * Liczne narzędzia do programowania i testowania układu
    * Interfejs JTAG
    * Programowalny generator PRBS-31/15/6 z modułem sprawdzającym.
    * Kompatybilność z Arduino IDE.



    Specyfikacja płytki rozwojowej dla Open-V

    * Kontroler USB 2.0
    * Stabilizatory napięcia 1,2 V i 3,3 V.
    * Zegar.
    * Wyprowadzenia kompatybilne z płytkami stykowymi.
    * Gniazdo dla karty microSD.
    * Złącze danych i zasilania - microUSB.
    * Złącze JTAG.
    * 32 KB pamięć EEPROM.
    * Wymiary 55 mm x 80 mm (bez gniazda USB).

    OnChip OpenV - crowdfunding 32 bitowego otwartego procesora RISC-V


    Kompatybilność z Arduino

    Rdzeń Open-V jest kompatybilny z Arduino, co oznacza, że można wykorzystywać szerokie zasoby udostępniane przez środowisko skupione wokół Arduino. Wraz z postępami w produkcji układu Open-V autorzy mają zamiar zaprezentować w jaki sposób wykorzystać można IDE i cały toolchain a także i inne zasoby Arduino do obsługi omawianego mikrokontrolera.

    Oczywiście, niezależnie od tej kompatybilności, możliwe jest wykorzystanie układu niezależnie, korzystając z dedykowanego i rozrastającego się cały czas ekosystemu RISC-V. Wraz z opracowywaniem kolejnych układów środowisko to z pewnością będzie się rozrastać.

    RISC-V

    W odróżnieniu od mikrokontrolerów dostępnych na rynku, Open-V wykorzystuje otwartą listę instrukcji, za którą nie trzeba uiszczać opłat licencyjnych. Dodatkowo, z uwagi na otwartość układu, nie ma problemu z modyfikowaniem rdzenia w celu np. dostosowywania go do konkretnych aplikacji.

    Zestaw instrukcji RISC-V opracowany został w Berkeley Architecture Group, którego głównym celem było wspierania badaczy i edukatorów. RISC-V jest w pełni publicznie dostępny. Układ wspiera równoległe łączenie wielu rdzeni, instrukcje o zmiennej długości i wyposażony jest w algorytmy pozwalające na zmniejszenie poboru energii przez system. Co więcej, z uwagi na fakt, że cała architektura jest otwarta to otwarte są także pliki RTL, opisujące jego implementację w krzemie. Oznacza to, że można również np. implementować procesory RISC-V w układach FPGA.

    Peryferia

    OnChip Open-V to pierwszy mikrokontroler, który wykorzystuje nie tylko otwarte CPU, ale także otwarte peryferia. Także warstwa łącząca peryferia z CPU (np. szyny danych) są otwarte - tak specyfikacja jak implementacja. Na pokładzie mikrokontrolera znajdziemy peryferia takie jak ADC, DAC, GPIO, PWM czy interfejsy SPI, UART czy I?C. Wszystkie przetestowane i w pełni działające. Autorzy pracują jeszcze nad opracowaniem kolejnych peryferiów, takich jak USB 2.0 oraz 3.0, wewnętrzny NVRAM, EEPROM czy sprzętowa sieć neuronowa(!).

    Standardowe szyny wewnętrzne

    Mikrokontroler w swojej strukturze wykorzystuje otwarty standard Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA), co oznacza, że tak CPU jak i peryferia wykorzystują standardowy interfejs. Dzięki temu możliwe jest wykorzystanie ich w innych układach, co daje nadzieję, że inne firmy mogą zainteresować się produkcją mikrokontrolerów RISC-V wykorzystując do tego np. peryferia, które zostały już opracowane i przetestowane np. z rdzeniami ARM.

    Porównanie z konkurencją

    Niskie zużycie mocy i mały fizyczny rozmiar to główne zalety architektury RISC-V. Open-V może zostać wykorzystany do zastąpienia mikrokontrolerów z rdzeniem ARM M0+ z uwagi na podobną wydajność. Poniższa tabelka podsumowuje jak opisywany układ wypada na tle konkurencji.

    STM32L0PIC32MXSAMD21EFM32ZLPC812MMSP430FATmega-328POpen-V
    ProducentSTMicrochipAtmelSilicon LabsNXPTIAtmelOnChip
    ArchitekturaARM M0+MIPS M4KARM M0+ARM M0+ARM M0+16-bit RISCmegaAVR 8-bitRISC-V
    IDEArduino, IAR, KeilMPLAB X IDEArduino, Atmel StudioSimplicity StudioLPCXpressoEnergia, CCS, IARArduino, Atmel StudioRISC-V toolchain
    Otwarty?NieNieNieNieNieNieNieTak
    Maksymalna częstotliwość zegara32 MHz80 MHz48 MHz24 MHz30 MHz16 MHz20 MHz160 MHz
    Pobór mocy240 ?A/MHz @ 4 MHz700 ?A/MHz @ 80 MHz179 ?A/MHz @ 48 MHz115 ?A/MHz @ 24 MHz110 ?A/MHz @ 30 MHz120 ?A/MHz @ 1 MHz700 ?A/MHz @ 8 MHz167 ?A/MHz @ 100 MHz*
    SRAM8 KB32 KB32 KB4 KB1 KB0.5 KB2 KB8 KB
    InterfejsySPI, I2C, JTAGSPI, I2C, JTAGSPI, I2C, SDIO, JTAGSPI, I2C, SDIO, JTAGSPI, I2C, SDIO, JTAGSPI, I2C, JTAGSPI, I2C, JTAGSPI, I2C, SDIO, JTAG
    ADC12-bit 1.1 MS/s10-bit 500 KS/s12-bit 350 KS/sNoneNone10-bit 200 KS/s10-bit 77 KS/s10-bit 10 MS/s
    DAC12-bitNone12-bit12-bitNoneNoneNone12-bit
    PWM4 x 16-bit5 x 16- or 32-bit8 x 16-bit6 x 16-bit2 x 16-bit or 1 x 32-bit3 x 16-bit6 x 8-bit2 x 16-bit
    GPIO11-8453-8526-5217-376-1812-832316


    Pamięć nieulotna

    W specyfikacji RISC-V zawarto wewnętrzną pamięć nieulotną. Niestety - nie jest prosto zaprojektować taki element półprzewodnikowy. Zaledwie kilka firm kontroluje cały rynek pamięci nieulotnych, a licencje są bardzo drogie. Dlatego też na płytce rozwojowej zawarto EEPROM o wielkości 32 KB. Autorzy projektu bardzo chcieliby zaimplementować w finalnej wersji mikrokontrolera pamięć nieulotną, ale może okazać się to niemożliwie z uwagi na brak dostępu do literatury czy niedrogich licencji na tego rodzaju pamięci wytwarzane w procesie CMOS.

    Implementacja pamięci EEPROM w układzie byłaby droga, gdyż zwiększyłaby koszt wykonania masek jak i koszt samego substratu krzemowego. Aktualnie autorzy projektu pracują nad opracowaniem pamięci NVRAM, której testy zaplanowano na marzec przyszłego roku.

    Zmienić przemysł półprzewodnikowy

    Autorzy projektu wierzą, że jego powodzenie może zmienić oblicze tego sektora. Najważniejszą, ich zdaniem, zmianą może być zwiększenie innowacyjności, ale także zmniejszenie kosztów produkcji nowych układów.

    OnChip OpenV - crowdfunding 32 bitowego otwartego procesora RISC-V


    Źródło: https://www.crowdsupply.com/onchip/open-v


    Fajne! Ranking DIY
  • SterControl
  • #2 17 Gru 2016 12:06
    piotr_go
    Poziom 28  

    ghost666 napisał:
    Autorzy projektu bardzo chcieliby zaimplementować w finalnej wersji mikrokontrolera pamięć nieulotną, ale może okazać się to niemożliwie z uwagi na brak dostępu do literatury czy niedrogich licencji na tego rodzaju pamięci wytwarzane w procesie CMOS.

    To niech dadzą dodatkowy RAM zamiast niej. 1-2MB RAMu i było by super. Do tego unikalny nr seryjny do szyfrowania FW w zewnętrznym QSPI flashu.

  • SterControl
  • #3 17 Gru 2016 12:10
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    piotr_go napisał:
    ghost666 napisał:
    Autorzy projektu bardzo chcieliby zaimplementować w finalnej wersji mikrokontrolera pamięć nieulotną, ale może okazać się to niemożliwie z uwagi na brak dostępu do literatury czy niedrogich licencji na tego rodzaju pamięci wytwarzane w procesie CMOS.

    To niech dadzą dodatkowy RAM zamiast niej. 1-2MB RAMu i było by super. Do tego unikalny nr seryjny do szyfrowania FW w zewnętrznym QSPI flashu.


    Chcą dodać NVRAM, co w sumie chyba rozwiąże obie kwestie naraz. Nie wiadomo jak duży ma być, ale minimalny plan zakłada umieszczenia tam bootloadera do czytania z zewnętrznej pamięci (EEPROM lub karta SD).

  • #4 17 Gru 2016 12:25
    piotr_go
    Poziom 28  

    ghost666 napisał:
    ale minimalny plan zakłada umieszczenia tam bootloadera do czytania z zewnętrznej pamięci (EEPROM lub karta SD).

    do tych całych 8KB :D

  • #5 20 Gru 2016 04:21
    sundayman
    Poziom 24  

    Pomysł jak pomysł. Przede wszystkim obawiam się, że niesprzedawalny. To jest coś, co zainteresuje nieliczne grono pasjonatów. 99,9 userów prywatnych i przemysłowych woli wybrać sprawdzony element spośród komercyjnych elementów. Sądzę, że pomysł zwyczajnie nie przejdzie.

  • #6 20 Gru 2016 09:51
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    sundayman napisał:
    Pomysł jak pomysł. Przede wszystkim obawiam się, że niesprzedawalny. To jest coś, co zainteresuje nieliczne grono pasjonatów. 99,9 userów prywatnych i przemysłowych woli wybrać sprawdzony element spośród komercyjnych elementów. Sądzę, że pomysł zwyczajnie nie przejdzie.


    Ciekawe czy 25 lat temu takie rzeczy mówili Linusowi Torvaldsowi :D