Не так давно SiFive в новостном релизе сообщила, что для HPSC (High-Performance Spaceflight Computer) NASA выбрала чип на базе архитектуры RISC-V.
В этой заметке поговорим о ядре производства шведской компании Gaisler, который является основой бортового вычислителя космического сателлита TRISAT-R, разработанного в рамках совместного проекта Европейского космического агентства, компании CAES, Skylabs и Мариборского университета.
Компания GAISLER, хорошо знакома всем по семейству процессоров LEON, на базе SPARC архитектуры. Gaisler еще в далеком 2005 году выкладывала некоторые свои ядра в open-source. Про опыт интеграции ядер LEON в коммерческие проекты можете прочитать в статье на design-reuse.
Все свои ядра GAISLER разрабатывают исключительно на VHDL, что является визитной карточкой любых aero-space проектов. А как вы хотели? Без строгой типизации в космосе никуда 🛰
TRISAT-R CubeSat - это научно-образовательная миссия для составления карты ионизирующего излучения на средней околоземной орбите. Отследить текущее положение сателлита в космосе и ознакомиться с состоянием батареи можно на этом сайте.
Одноплатный бортовой компьютер NANOhpm-obc построен на базе процессорного ядра отказоустойчивого 32-bit NOEL-V CPU IP.
Бортовой компьютер (на рисунке) так же имеет 2 ГБ DD3 памяти с ECC-protected, энергонезависимая NVM flash EDAC-protected для хранения телеметрических данных, логов и.т.д.
Почему же RISC-V? Компания GAISLER почти 20 лет уже работала с ядрами на базе архитектуры SPARC и успешно реализовывала свои продукты в проектах с повышенными требованиями по отказоустойчивости. GAISLER объясняет свой переход на RISC-V так:
▫️под SPARC не разрабатывается новое программное обеспечение;
▫️для SPARC фактически остановилась разработка и поддержка компилятора;
▫️несколько лет назад такие крупные заказчики, как Fijutsu и Oracle прекратили поддержку SPARC;
NOEL-V с поддержкой signle-precision FPU блока реализован не в виде ASIC, а в качестве soft-ip на базе FPGA Microchip PolarFire. Почему FPGA, a не ASIC? Думаю, ответ в том, что в проекте используется только 1 сателлит, для которого выпускать 1 ASIC коммерчески невыгодно.
Ознакомиться с open-source решениями от Gaisler можно на сайте компании.
Какие продукты представляет компания GRLIP IP узнать из мануала на 2000 страниц🤌
Почему я считаю, что RISC-V отлично подходит для aero-space задач:
1) сохранение постоянства нахождения старшего бита для инструкций форматов
R, I, S, B, U, J, что уменьшает необходимое количество аппаратных ресурсов для извлечения знакового бита.2) Тут немного спорный аргумент, но почему бы не обсудить его в комментариях?🤓
Наличие расширения E, которое сокращает размер целочисленного регистрового файла с 32 регистров до 16. Как мы можем это использовать? Почему бы для отказоустойчивого ядра не дублировать регистровый файл, чтобы иметь возможность детектировать сбой аппаратуры, сравнивая рег.файлы?
По энергозатратам, не учитывая логику мультиплексирования сигналов получаем почти тоже самое энергопотребление. А как известно в load/store архитектурах регистровый файл можно назвать самым горячим с точки зрения энергопотребления и самым дорогим с точки зрения иерархии памяти.
Например если сателлит/искусственный спутник земли питается от солнечной панели, то данное решение, как мне кажется, смотрится неплохо. Порезав производительность ядра мы можем инвестировать освобожденный ресурс в другую контрольную логику для сбора телеметрии, например.
Безусловно это очень небольшой выигрыш в энергопотреблении, но возможно это применимо для задач малогабаритных спутников.
3) Постоянное развитие программной экосистемы, что упрощает выход на рынок программно-аппаратного комплекса на базе RISC-V CPU IP.
p.s. давно хотел поработать с Gaisler в проекте по разработке NOEL-V, но VHDL непреодолимая ноша для меня, особенно после SystemVerilog. Интересно с текущим верификационными инструментами есть ли компании, которые проектируют ядра для применения в космосе, но не на VHDL? Судя по тому, что я видел на linkedin ситуация никак не изменилась🧐
