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航空航天和國防設(shè)計領(lǐng)域極其廣泛，包括手持、便攜式、車載、海事、航空和航天等設(shè)備；用于戰(zhàn)術(shù)或戰(zhàn)略應(yīng)用的有人操縱和無人操縱系統(tǒng)。航空航天和國防設(shè)計有許多共同之處，比如在關(guān)鍵任務(wù)期間對惡劣環(huán)境的高可靠性的需求，但每種類型的系統(tǒng)都有其獨特的挑戰(zhàn)。

設(shè)計人員可能需要應(yīng)對便攜式系統(tǒng)的嚴格功耗限制，或工作于高溫環(huán)境，或無強制通風設(shè)備中對系統(tǒng)的嚴格熱限制。終端設(shè)備可能受到極端的沖擊或振動、極端溫度、極端濕度，或極端的輻射量。

除了環(huán)境因素外，航空航天和國防系統(tǒng)的設(shè)計者還需要處理供應(yīng)鏈的問題，比如愿意投入實現(xiàn)多種航空航天和國防系統(tǒng)所需的高水平認證資格的供應(yīng)商越來越少。近年來，各種政府國防項目也開始越來越關(guān)注他們購買的系統(tǒng)中設(shè)計的組件和IP的可信度。

FPGA

FPGA為設(shè)計人員提供了靈活的邏輯集成平臺，可用于整個航空航天和國防設(shè)計領(lǐng)域，解決了上述諸多挑戰(zhàn)。許多國防系統(tǒng)依賴FPGA進行高速信號處理、硬件加速、I/O擴展和嵌入式處理。

FPGA中最靈活、適應(yīng)性最強的嵌入式處理方法是使用軟IP處理器內(nèi)核。使用軟IP核在FPGA中實現(xiàn)微處理器的優(yōu)點是，與硬核處理器相比，它提供了高度的靈活性，而硬核處理器是永久配置的，無法由設(shè)計人員修改。

軟IP處理器內(nèi)核的另一個優(yōu)點是處理器的硬件描述語言（HDL）代碼的可用性，允許設(shè)計人員或其他第三方檢查處理器IP，以確保其僅包含執(zhí)行其預(yù)期功能所需的邏輯，做到不多也不少。這是用于諸如在商業(yè)航空應(yīng)用中遇到的設(shè)計保證和某些國防應(yīng)用中遇到的可信賴性的關(guān)鍵原則。

然而，這種靈活性帶來了高昂的代價，因為大多數(shù)微處理器IP供應(yīng)商為其HDL版本的處理器IP收取非常非常高的費用，而且?guī)缀鯊牟辉试S為了優(yōu)化而修改IP。

RISC-V

新型RISC-V開放指令集體系結(jié)構(gòu)(ISA)的出現(xiàn)給設(shè)計人員提供了更大的自由度來調(diào)整和優(yōu)化微體系結(jié)構(gòu)，使其最優(yōu)地滿足開發(fā)程序的需要。從而最佳地滿足其開發(fā)計劃的需求。它還允許設(shè)計人員對HDL代碼進行全面檢查，以確保設(shè)計的安全性和可靠性，從而避免了交付給IP供應(yīng)商巨額費用。

RISC-V是一個開放式指令集，可在Berkeley Software Distribution（BSD）許可下使用。設(shè)計人員可以使用或創(chuàng)建任何實現(xiàn)RISC-V指令集的IP，不需要使用指令集的版稅或許可證。指令集的標準擴展已被凍結(jié)，這意味著將來編寫的軟件將始終能夠使用當前存在的這些標準化擴展。

由于指令集是開放的，并且還有大量的操作代碼空間，設(shè)計人員可以選擇擴展指令集以滿足他們自己系統(tǒng)的確切需求，并使用他們自己的自定義指令。例如，如果在為特定應(yīng)用程序創(chuàng)建的代碼中經(jīng)常出現(xiàn)特定的指令序列，則設(shè)計人員可以選擇創(chuàng)建一個新的自定義指令來實現(xiàn)這些經(jīng)常使用的序列。

設(shè)計人員可以為微處理器IP創(chuàng)建額外的邏輯，以便快速有效地實現(xiàn)新指令。這可以顯著提高性能并減少可執(zhí)行代碼的代碼空間。在RISC-V出現(xiàn)之前，對處理器軟IP的這種修改僅適用于持有架構(gòu)許可證的組織，而這些許可證通常非常昂貴。

許多國防項目都要求使用來自可信供應(yīng)商的電子組件和嵌入式IP。但是很少有產(chǎn)品符合這一要求。具有可用于以HDL形式檢查的IP，對于允許設(shè)計人員驗證IP只包含實現(xiàn)所需功能的代碼將非常有用。

對HDL代碼的檢查還可以幫助實現(xiàn)對安全關(guān)鍵應(yīng)用軟件IP的驗證，如商用航空系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要經(jīng)過嚴格的適航認證程序。

結(jié)論

RISC-V可以通過優(yōu)化指令集，為每個特定的應(yīng)用程序提供最有效的實現(xiàn)，從而幫助軍事和航空航天設(shè)計人員將功耗、BOM成本和電路板面積降到最低。