A LEON (a spanyol león szóból, jelentése oroszlán) egy sugárzás elleni védelemmel ellátott 32 bites processzor mag és mikroprocesszor-sorozat, mely a Sun Microsystems által fejlesztett SPARC V8 utasításkészlet-architektúrát (ISA) valósítja meg. Eredetileg a European Space Research and Technology Centre (ESTEC) tervezte, mely az Európai Űrügynökség (ESA) része, majd a tervek rövid életút után a Gaisler Research céghez kerültek (a Sun nem volt érintett a processzor kialakításban). Leírása szintetizálható VHDL hardverleíró nyelven készült. A LEON processzornak kettős licencmodellje van: egy GNU Lesser General Public License (LGPL) és GNU General Public License (GPL) free and open-source software (FOSS) licenc, amely licencdíj nélkül használható, vagy egy védett termékbe történő integráláshoz megvásárolható védett licenc. A mag VHDL generikus modulokkal konfigurálható, egylapkás rendszer (SOC) kialakításokban használják, mind kutatási, mind kereskedelmi célú rendszerekben.
Története Az LEON projektet az Európai Űrügynökség (ESA) indította 1997 végén, az európai űrprojektekben felhasználható nagy teljesítményű processzor tanulmányozása és kifejlesztése céljából. A projekt céljai között szerepelt egy olyan nyílt, hordozható és nem tulajdonosi processzorkialakítás létrehozása, amely képes megfelelni a teljesítményre, a szoftverkompatibilitásra és az alacsony rendszerköltségre vonatkozó jövőbeli követelményeknek. Egy másik cél az volt, hogy a gyártás egyszeri hibaeseményeket (single-event upset, SEU) tűrő félvezető folyamatban történjen. A helyes működés fenntartásához a hibaesemények fellépésével számolva széleskörű hibajelző és hibakezelő funkciókra van szükség. A cél az volt, hogy bármely regiszterben egy hibát szoftveres beavatkozás nélkül észleljen és eltűrjön a rendszer, valamint hogy a kombinációs logikában elnyomják az egyszeri átmeneti (single event transient, SET) analóg hibák hatásait.
A LEON család első tagja, a LEON1, egy VHDL hardverleíró nyelven készült kialakítás volt. A -es technológiával legyártott LEONExpress tesztcsip a hibatűrési koncepció bizonyítására szolgált. A második, LEON2 VHDL-kialakítást az Atmel AT697 processzoros eszközében és különböző egylapkás rendszerekben használták. Ezt a két LEON megvalósítást az ESA fejlesztette ki. A harmadik, LEON3 tervezetet már a Gaisler Research (jelenleg a Cobham plc. része, korábban Aeroflex Gaisler) fejlesztette ki, és ugyanez jelentette be a negyedik generációs LEON, a LEON4 processzor megjelenését is.
LEON processzor modellek és disztribúciók A LEON processzor programozható logikában, például egy FPGA-ban (field-programmable gate array) vagy alkalmazásspecifikus integrált áramkörben (ASIC) valósítható meg. Ez a szakasz és a következő alfejezetek a LEON processzorokra mint szoftveres jogvédett IP-magokra (soft IP core) összpontosítanak, és összefoglalják az egyes processzorváltozatok fő jellemzőit, valamint a processzor kiszerelésére/tokozására szolgáló infrastruktúrát, melyet LEON-disztribúciónak neveznek.
A LEON sorozat összes processzora a SPARC V8 csökkentett utasításkészletű (RISC) ISA-t használja. A LEON2(-FT) öt fokozatú, míg a későbbi változatok hét fokozatú futószalagot tartalmaznak. A LEON2 és a LEON2-FT egy grafikus konfigurációs eszközzel módosítható egylapkás rendszer kialakításként kerül forgalmazásra. Bár a LEON2(-FT) kialakítás bővíthető és más kialakításokban újrafelhasználható, a felépítése nem hangsúlyozza a terv egyes részeinek építőelemként való újrafelhasználását, és a tervezők számára nem engedi meg új IP-magok könnyű beépítését a kialakításba.
A szabványos LEON2(-FT) disztribúció a következő támogató magokat tartalmazza: megszakításvezérlő hibakeresést támogató egység nyomkövetési pufferrel két 24 bites időzítő két univerzális aszinkron adóvevő (UART) 16 bites memóriába leképzett I/O port memóriavezérlő
A LEON3, LEON3FT és LEON4 magokat jellemzően a GRLIB IP-könyvtárral együtt használják. Míg a LEON2 disztribúciók egyetlen, több megcélzott technológián is használható dizájnt tartalmaznak, addig a GRLIB több sablon kialakítást tartalmaz, FPGA fejlesztőkártyákhoz és ASIC célokhoz egyaránt, és ezek a LEON2 disztribúcióhoz hasonló grafikus konfigurációs eszközzel módosíthatók. A LEON/GRLIB csomag a LEON2 disztribúciókhoz képest több magot tartalmaz, és tartalmazza a csipen lévő Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA) busz plug and play (PnP) kiterjesztését is. A GRLIB csomagban elérhető IP magok közé tartoznak még: 32 bites PC133 SDRAM (szinkron dinamikus RAM) vezérlő 32 bites PCI híd DMA-val 10/100/1000 Mbites Ethernet MAC-cím 8/16/32 bites PROM és SRAM vezérlő 16/32/64 bites DDR/DDR2 vezérlők USB 2.0 host- és eszközvezérlők Controller area network (CAN) vezérlő JTAG TAP vezérlő Serial Peripheral Interface (SPI) vezérlő I²C vezérlő univerzális aszinkron adóvevő (UART) FIFO-val moduláris időzítő egység megszakításvezérlő 32 bites GPIO általános célú I/O port FPGA tervezési folyamat A LEON FPGA-n való felépítéséhez szükséges tervezési folyamat dokumentációja elérhető a gyártótól és harmadik féltől származó forrásokból.
Terminológia A LEON2/LEON2-FT kifejezés gyakran a LEON2 egylapkás rendszer kialakításra utal, mely a LEON2 processzormagot jelenti a LEON2(-FT) disztribúcióban elérhető szabványos perifériakészlettel együtt. A LEON sorozat későbbi processzorai a kialakítások széles körében vannak alkalmazva, ezért nem kapcsolódnak olyan szorosan a szabványos perifériakészlethez. A LEON3 és LEON4 esetében a név jellemzően csak a processzormagra utal, míg a LEON/GRLIB a teljes egylapkás rendszer kialakításra vonatkozik.
LEON2 processzormag A LEON2 processzormag jellemzői: A GNU LGPL nagyfokú szabadságot biztosít a szabadon hozzáférhető forráskódba való beavatkozáshoz. A konfigurálhatóság a projekt egyik alapvető jellemzője, és a VHDL generikusok használatával valósul meg. Egy futószalagos sorrendi végrehajtású processzor minden alapvető funkcióját kínálja. A projekt VHDL kódja meglehetősen nagy méretű (körülbelül 90 fájl, a teljes LEON2 disztribúcióhoz, beleértve a perifériás IP-magokat is).
LEON2-FT processzormag A LEON2-FT processzor a LEON2 processzor egyszeri hibaeseményre (SEU) hibatűrő (fault tolerant, FT) változata. A flip-flopokat háromszoros moduláris redundancia védi, és minden belső és külső memória EDAC vagy paritásbitek segítségével védett. Erre az Európai Űrügynökség által forgalmazott IP-re speciális licenckorlátozások vonatkoznak. A processzort különböző műholdakban, az ESA 2015-ös Intermediate eXperimental Vehicle (IXV) kísérleti űrrepülőgépében és a kínai Csang-o–4 holdszondában is használták.
LEON3 processzormag A LEON3 a SPARC V8 architektúrának megfelelő 32 bites processzor szintetizálható VHDL modellje. A modell nagymértékben konfigurálható, és különösen alkalmas egylapkás rendszerek (system-on-a-chip, SoC) tervezésére. A teljes forráskód a GNU GPL licenc alatt érhető el, ami lehetővé teszi a bármilyen célú felhasználást licencdíj nélkül. A LEON3 saját licenc alatt is elérhető, ami lehetővé teszi a saját alkalmazásokban való felhasználást.
A két LEON2 processzormodell és a LEON3 között számos különbség van. A LEON3 SMP-támogatást és hétfokozatú futószalagot tartalmaz, míg a LEON2 nem támogatja az SMP-t és futószalagja öt fokozatú.
LEON3FT processzormag A LEON3FT a szabványos LEON3 SPARC V8 processzor hibatűrő változata. Kemény űrkörnyezetben való működésre tervezték, és olyan funkciókat tartalmaz, melyek az összes csipen lévő RAM-memóriában felismerik és kijavítják az egyszeri eseményből adódó hibákat (SEU).A kozmikus sugárzás a félvezető memóriában bithibákat okoz, ez általában átmeneti hibaesemény. A LEON3FT processzor támogatja a szabványos LEON3 processzor legtöbb funkcióját, és a következő funkciókkal lett bővítve: a regiszterfájl SEU hibajavítása 32 bites szavanként legfeljebb 4 hibával, a gyorsítótár-memória hibajavítása címkénként vagy 32 bites szavanként legfeljebb 4 hiba esetén, autonóm és szoftveresen átlátszó hibakezelés, a hiba felismerése vagy javítása nincs hatással az időzítésre.
A LEON3FT nem támogatja a szabványos LEON3 processzor következő funkcióit: helyi átmeneti tár (scratchpad RAM, belső gyorsmemória, nincs, sem utasítás, sem adat számára), gyorsítótár zárolás, LRR (least recently replaced) gyorsítótár-helyettesítő algoritmus.
A LEON3FT magot a GRLIP IP könyvtár speciális FT verziójával együtt forgalmazzák. Csak netlista disztribúció lehetséges.
A kritikus űrtechnikai alkalmazásokhoz a LEON3FT-RTAX nevű FPGA implementáció javasolt.
LEON4 processzormag 2010 januárjában megjelent a LEON processzor negyedik verziója. Ez a változat a következő új jellemzőkkel rendelkezik: statikus elágazás-előrejelzés hozzáadva a futószalaghoz, opcionális 2. szintű gyorsítótár (L2), 64 bites vagy 128 bites útvonal az AMBA AHBAz Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA) egy szabadon elérhető, nyílt szabvány a System-on-Chip (SoC) funkcionális blokkok összekapcsolására és kezelésére. interfészhez, nagyobb teljesítmény lehetséges (a gyártó állítása szerint: , szemben a LEON3 -ével), sugárzástűrő.
LEON5 processzormag Fejlesztés alatt áll.
Valós idejű operációsrendszer-támogatás A LEON magot jelenleg a következő valós idejű operációs rendszerek támogatják: RTLinux, PikeOS, eCos, RTEMS, Nucleus, ThreadX, OpenComRTOS, VxWorks (a Gaisler Research portja), LynxOS (szintén a Gaisler Research portja), POK (egy BSD licenc alatt kiadott szabad ARINC653 implementáció) és ORK+, egy nyílt forráskódú valós idejű kernel a Ravenscar profilú,A Ravenscar profil az Ada feladatmegoldási jellemzőinek egy részhalmaza, amelyet a biztonságkritikus, kemény valós idejű számításokhoz terveztek. Az Ada 95-ben külön technikai jelentésben határozták meg; jelenleg az Ada 2012 szabvány része. Nevét az angol Ravenscar faluról kapta, amely a 8. Nemzetközi Valós Idejű Ada Műhely (IRTAW 8) helyszíne volt. nagy integráltságú valós idejű alkalmazásokhoz, és Embox nyílt forráskódú konfigurálható valós idejű operációs rendszer, amely lehetővé teszi Linux szoftver Linux nélkül történő használatát.
Jegyzetek
Fordítás
Források Ld. jegyzetek További információk DMOZ Curlie: SPARC: Open Source Cobham Gaisler GR740: Az ESA Következő generációs mikroprocesszora (NGMP) Cobham: Radiation Hardened Solutions and High Reliability Components LEON3 tutorial GNU/Linux a SPARC architektúrán, eredeti LEON porttal Kapcsolódó szócikkek
OpenSPARC S1 Core (a Simply RISC által kifejlesztett nyílt forráskódú mikroprocesszor hardver, a Sun Microsystems UltraSPARC T1-en alapul) OpenRISC ERC32 FeiTeng-1000 Schiaparelli EDM leszállóegység
Kategória:Európai űrprogram Kategória:Avionika Kategória:Sugárzásálló mikroprocesszorok Kategória:Beágyazott mikroprocesszorok Kategória:Nyílt mikroprocesszorok Kategória:Szoft mikroprocesszorok Kategória:SPARC mikroprocesszorok Kategória:1997 az űrkutatásban