Microchip Technology FPGA 和基于 SoC 的 RISC-V 生態系統簡介

介紹

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

Microchip Technology Mi-V 生態系統

不斷擴展的生態系統對于為開發人員提供完整的設計解決方案至關重要，這對于縮短產品上市時間至關重要。Microchip Mi-V 生態系統包括針對 FPGA 結構的軟核 RISC-V CPU（圖 1 ）和在 PolarFire SoC FPGA 中實現的硬核 CPU。此外，Mi-V 還提供了由 Microchip 及其合作伙伴開發的一套廣泛的設計工具和資源，以幫助開發人員采用和改進 RISC-V 應用程序設計。這些工具可與各種硬件套件結合使用——用于 PolarFire FPGA 的 PolarFire 評估套件和Icicle 套件PolarFire SoC FPGA——以及相關的 IP 和庫，用于簡化高速接口、數字信號處理、內存、電機控制，甚至嵌入式視覺的實施，以加速解決方案的開發。對實時 Linux 的支持是 Microchip Technology RISC-V 實施的重要優勢，具有確定性執行，這對實時應用程序至關重要。Mi-V 還為范圍廣泛的開發工具和資源提供了多個第三方支持。

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

Microchip Technology 的 RISC-V CPU 產品組合

Microchip Technology 的 RISC-V 軟 CPU 產品組合面向具有更低功耗和小尺寸的 FPGA 結構。當只需要一個 CPU 時，基于 FPGA 的實現可能是有利的。FPGA 實現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。當需要多個 CPU 時，也許是在高可靠性或高性能應用中，PolarFire SoC FPGA 提供了五個強化 RISC-V 內核。這種支持 Linux 的 SoC 具有跨內核的一致性內存子系統和可配置的分支預測功能，允許在每次都按時執行的單個多核 CPU 集群中靈活地混合確定性實時系統和 Linux。Mi-V 生態系統中軟 RISC-V 內核和硬內核的可用性使 Microchip Technology 產品組合成為業內最靈活的產品組合之一。硬核 CPU 實現的能效和 PolarFire FPGA 架構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先地位（圖 2）。

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

PolarFire SoC FPGA 擴展了 RISC-V 應用

大多數 FPGA 僅實現單個軟處理器，但在單個 FPGA 上利用多個內核允許集群共享資源并分配計算負擔。多核處理器已被證明能夠比其前身更高效地執行復雜的功能和操作，例如內存計算和大規模并行。PolarFire SoC FPGA 系列基于 Microchip 著名的中端 PolarFire FPGA 架構，提供高端安全性，同時為各種應用降低高達 50% 的功耗。SoC FPGA 具有確定性 RISC-V CPU 集群和確定性 L2 內存子系統，用于 Linux 兼容性和其他實時應用程序，范圍從 25k 到 460k LE（邏輯元素）。根據嵌入式微處理器基準聯盟' s (EMBC) 基準評分系統 CoreMark——本質上是一個反映處理器內核整體功能的個位數——25k LE 系列中的 PolarFire SoC FPGA 在 105W 時提供 5.5 CoreMark，而基于 SRAM 的 SoC 使用相同的功率交付零 CoreMarks。100k 和 460k LE 范圍內的 PolarFire SoC 在 CoreMark 規模上與競爭對手相比具有相似的優勢。PolarFire SoC 是一種安全且節能的解決方案，適用于從人工智能 (AI) 和機器學習到汽車和工業實施（包括物聯網和工業物聯網 (IIoT)）的各種應用。而使用相同功率的基于 SRAM 的 SoC 的 CoreMark 為零。100k 和 460k LE 范圍內的 PolarFire SoC 在 CoreMark 規模上與競爭對手相比具有相似的優勢。PolarFire SoC 是一種安全且節能的解決方案，適用于從人工智能 (AI) 和機器學習到汽車和工業實施（包括物聯網和工業物聯網 (IIoT)）的各種應用。而使用相同功率的基于 SRAM 的 SoC 的 CoreMark 為零。100k 和 460k LE 范圍內的 PolarFire SoC 在 CoreMark 規模上與競爭對手相比具有相似的優勢。PolarFire SoC 是一種安全且節能的解決方案，適用于從人工智能 (AI) 和機器學習到汽車和工業實施（包括物聯網和工業物聯網 (IIoT)）的各種應用。

MI-V 開發工具和設計支持資源

高效且易于使用的設計工具對于設計基于 RISC-V 的系統以及加快上市時間至關重要。Mi-V 生態系統包括用于使用 PolarFire FPGA 和 SoC FPGA 以及其他 FPGA 進行開發的 Librero SoC 設計套件。Mi-V 生態系統由基于 Eclipse 的 SoftConsole 集成開發環境 (IDE) 組成，并配有 GCC 編譯器和調試器。Librero 和 SoftConsole 提供開發人員將 Microchip Technology 的 RISC-V 軟 CPU 移植到 FPGA 以及測試和調試嵌入式固件所需的一切。

大量設計支持資源——包括教程、設計示例、數據表、功耗估算工具、白皮書、網絡研討會、視頻、來自 GreenHills、Mentor 和 WindRiver 的操作系統、Yocto 和 Buildroot Linux BSP、Hart 軟件服務、各種中間件和其他資源——完善 MI-V 生態系統并加快上市時間。

結論

RISC-V 是嵌入式計算的下一個前沿領域，而 Microchip Technology 在為應用程序設計人員開發完整解決方案方面處于領先地位。“Microchip 及其 Mi-V 合作伙伴推出業界首款基于 RISC-V 的 SoC FPGA 以及我們的 Mi-V 生態系統，正在推動嵌入式領域的創新，使設計人員能夠開發全新的節能應用， ”Microchip Technology FPGA 業務部副總裁 Bruce Weyer 說。“反過來，這將使我們的客戶能夠在網絡邊緣為通信、國防、醫療和工業自動化添加前所未有的功能。”

審核編輯黃昊宇