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RISC-V statt ARM: Neues SoM setzt auf Open-Source-Prozessor

Redakteur: Michael Eckstein

RISC-V inside: Sundance hat ein System-on-Module für den Embedded-Einsatz entwickelt, das neben mehreren Security-Funktionen eine Besonderheit aufweist: Es basiert auf den neuen „Polarfire“-SoC-FPGAs von Microchip mit RISC-V-Kern.

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Offenes Herz: Das Polarberry-System-on-Module basiert auf den seit kurzem erhältlichen Polarfire-SoC-FPGAs von Microchip-Technology.
Offenes Herz: Das Polarberry-System-on-Module basiert auf den seit kurzem erhältlichen Polarfire-SoC-FPGAs von Microchip-Technology.
(Bild: Sundance)

Embedded-Modul-Hersteller Sundance hat ein System-on-Module (SoM) auf Basis des SoC-FPGAs „PolarFire“ von Microchip Technology entwickelt. Dieser Baustein kombiniert einen Linux-fähigen 64-Bit-Multicore-RISC-V-Prozessor mit programmierbarer Logik, also typischen FPGA-Funktionen. Laut Sundance ist das MPU-Subsystem besonders robust ausgelegt und explizit gegen potenzielle Hacker-Angriffe geschützt. In Kombination mit einem niedrigen Stromverbrauch soll es besonders für die Entwicklung eingebetteter Systeme geeignet sein.

Herzstück des neuen SoMs ist das System-on-Chip (SoC) PolarFire mit integriertem „Field Programmable Gate Array“ (FPGA). Microchip hat seinem Baustein ein deterministisches, kohärentes 64-Bit-RISC-V-CPU-Cluster und ein deterministisches Level-2-Speichersubsystem (L2 Cache) implementiert, so dass es sichere Linux- und Echtzeitanwendungen ausführen kann.

RISC-V-Prozessoren als Alternative zu ARM

Microchip hat 250.000 Logikelemente (LEs), vier Hochgeschwindigkeits-Transceiver mit 250 MBit/s bis 12,7 MBit/s in seinen Baustein integriert. Das Computing-Subsystem von Polarberry verbraucht nach Herstellerangaben bis zu 50 % weniger Strom als vergleichbare FPGAs: Laut Hersteller nimmt der Polarfire SoC-FPGA maximal 12 W Leistung auf. Diese Leistung stellt das Polarberry SoM nach Angaben von Sundance direkt bereit. Eine separate Stromversorgung entfällt, was den Aufbau von Embedded-Systemen vereinfachen soll.

Mit seiner RISC-V- statt ARM-Basis würden sich mit Polarberry zum Beispiel Anwendungen in den Bereichen Künstliche Intelligenz (KI) beziehungsweise Maschinelles Lernen (ML), (Tele-)Kommunikation, Automotive, industrielle Automatisierung, Luftfahrt, Bildverarbeitung sowie im Internet der Dinge realisieren lassen.

Mehrere integrierte Security-Funktionen

RISC-V habe mittlerweile ein disruptives Potenzial erreicht, sagt Krishnakumar Ramamoorthi, Mi-V Ecosystem Manager im FPGA-Geschäftsbereich von Microchip Technology: „Mit Polarberry können Ingenieure im Bereich Embedded Computing dieses Potenzial für vielfältige Produkte nutzen.“ Die Architektur erleichtere Entscheidungen für neue Schaltungsdesigns und schaffe zusätzliche Optionen: „Durch Zusammenarbeit auf Open-Source-Basis lassen sich sichere und energieeffiziente Designs schneller entwickeln.“

Zu den angeführten Security-Funktionen seines Polarberry zählt Sundance einen Anti-Kloning-Schutz, Anti-Manipulationsfunktionen auf Geräteebene, Bitstream-Schutz, Schlüsselverwaltung, FPGA-Hardware-Zugriffskontrolle, sicherer Bootvorgang und Schutz des physischen Speichers (PMP) sowie Supply Chain Assurance.

Flexibel einsetzbare Schnittstellen

Darüber hinaus hat er eine 40-polige RPI-Schnittstelle (RPI = Raspberry Pi), die einen eigenständigen Betrieb und eine schnelle Anwendungsentwicklung ermöglichen soll. Dafür stellt sie bis zu 26 GPIOs bereit, von denen 20 SPI-, UART-, CAN- oder anderen Schnittstellen zugewiesen werden können. Alle RPI-Signale sind in 3,3V-Logik ausgeführt.

Zu den Onboard-Peripheriegeräten der PolarberrySoM gehören 4 GByte 32-Bit breiter DDR4-Speicher, 128 MByte SPI Serial NOR FLASH zum Speichern des Boot-Images und programmierbare Taktgeber zur flexiblen Taktung des FPGAs und der Hochgeschwindigkeits-Transceiver. Außerdem gibt es eine RJ45-Ethernet-Buchse mit 100/1000Base-T-Schnittstelle, zwei physikalische CAN 2.0-Layer, eine JTAG-Schnittstelle zur Programmierung und 4 GB nichtflüchtigen eMMC-Speicher.

Samtec-Steckverbinder ermöglichen laut Hersteller „die Hochgeschwindigkeitskommunikation mit einer Trägerkarte für eine leistungsstarke Peripherieanpassung“. Die Leistungsaufnahme des Moduls beträgt 16 W, wobei die Leistung über die PRI-Schnittstelle oder die Trägerkarte eingespeist werden kann.

„Potenzial des RISC-V-Ökosystems nutzen“

Das Polarberry-SoM misst 55 mm x 85 mm, Sundance gibt einen Betriebstemperaturbereich von 0 °C und +70 °C an. Es kann auch auf dem PCIe SoM-Träger von Sundance installiert werden, um Zugang zu einem FMC und zusätzlichen Schnittstellen zu ermöglichen.

Laut Flemming Christensen, Geschäftsführer von Sundance in UK, können Entwickler mit dem Polarberry leichter als bisher „auf das Potenzial des RISC-V-Ökosystems zugreifen“ und es als Alternative für ARM-basierte Komponenten beim Entwickeln von Embedded-Systemen einsetzen. „Entwickler können dem Befehlssatz nach Bedarf Funktionen hinzufügen und ihn zum Beispiel auf einen geringeren Stromverbrauch oder einen höheren Durchsatz abstimmen.“

Polarberry ist Teil der „Get Launched“-Kampagne von Microchip und wurde jetzt für Early Adaptors zu einem Preis von 995 US-$ für die Lieferung im Januar 2021 vorgesehen.

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