一款用于高性能太空應用的RISC-V處理器
2023-05-30 12:46:12 EETOP太空應用對電子系統提出了重大挑戰，因為它們一旦發射就必須應對無數的環境因素。這些因素包括極端溫度、輻射、沖擊和振動——電子系統必須承受所有這些因素才能滿足嚴格的可靠性標準。為了應對這些挑戰，專為空間應用設計的先進處理器變得至關重要。在這篇文章中，我們將探索一款專為太空任務量身定制的尖端 RISC-V 內核。
太空是一個嚴酷的環境，給工程師帶來了巨大的挑戰。火箭發射時本身就是極端的，使航天器受到強烈的振動和沖擊。一旦進入軌道，溫度可能會從極冷到酷熱不等。此外，太空中輻射的存在對電子設備構成了另一種威脅，可能導致性能下降或完全失效，這可能對任務造成災難性影響。
空間環境中的一個具體問題是單粒子干擾(SEU) 的發生。SEU 是由高能粒子（例如宇宙射線或太陽風）與敏感電子元件接觸的影響引起的錯誤。當這些粒子與半導體器件的硅基板碰撞時，它們會沉積電荷并破壞電路的正常運行。這種中斷可以表現為內存元素狀態的變化，從而導致數據改變或錯誤行為。
在過去幾年中，航天級處理器主要依賴于SPARC 和 PowerPC 指令集架構的實現。但是，出現了一個顯著的競爭者：RISC-V。RISC-V 開放式指令集架構(ISA) 類似于 SPARC，具有明顯的優勢，使其成為太空應用中替代SPARC 的首選。
快速擴大的開發者社區和RISC-V 的可擴展性為其日益增長的吸引力做出了貢獻。考慮到廣泛的應用空間以及 RISC-V 固有的靈活性和可配置性，該ISA 非常符合航天工業不斷發展的需求。
NOEL-V代表了航天級處理器技術的突破。它是一種先進的 RISC-V 內核，經過精心設計，可在苛刻的太空環境中提供高性能和可靠性。
這標志著與許多太空計算機中常用的半虛擬化解決方案的重大背離。通過將此功能與管理程序軟件結合使用，Frontgrade 的 NOEL-V 處理器使具有不同關鍵級別的不同應用程序能夠在同一硬件平臺上共存。
NOEL-V處理器的緩存存儲器旨在通過自定義糾錯方案承受輻射引起的 SEU。這種創新的方案能夠糾正單比特錯誤，檢測雙比特錯誤，甚至可以識別 3 比特和 4 比特的相鄰比特錯誤。糾錯過程在高速緩存控制器內無縫進行，無需軟件干預或額外的內存訪問。
緩存還配備了硬件“洗滌器”（scrubber），可以激活該scrubber以防止錯誤隨時間累積。這些功能，連同處理不可糾正的錯誤以快速做出反應并防止損壞狀態傳播到集成電路之外，對于數據完整性和電子系統的連續運行至關重要的空間應用至關重要。
Frontgrade的NOEL-V處理器既可以作為獨立 IP 核使用，也可以作為GRLIB IP 庫的一部分使用，GRLIB IP 庫包含 100 多個外設單元。Frontgrade 使用處理器和 IP 庫以空間級處理器的形式開發專用標準產品。Frontgrade 客戶也可以使用相同的構建塊來設計他們自己的適應性解決方案，既可以作為 ASIC 也可以作為 FPGA 實現。
