Мультикор

Мультикор (англ. Multicore) — семейство сигнальных микропроцессоров, разработанное на российском предприятии ГУП НПЦ «Электронные Вычислительно-Информационные Системы» (ГУП НПЦ «ЭЛВИС»). Микропроцессоры имеют несимметричную многоядерную архитектуру, в них использовано 2 типа ядер: RISC и DSP.

RISC-ядро реализовано в полном соответствии со спецификацией RISC-ядер микроконтроллеров архитектуры MIPS32. Оно осуществляет функции управления DSP-ядрами. DSP-ядра (англ. Digital Signal Processor — Цифровой Сигнальный процессор) являются высокопроизводительными 32-битными устройствами, производящими операции с различными типами данных (плавающая точка в формате IEEE-754, фиксированная точка, 16-битная плавающая точка).

Кроме того, микропроцессоры содержат множество функциональных блоков, осуществляющих вспомогательные операции над данными. Среди них: Контроллер прямого доступа к памяти (англ. Direct Memory Access DMA), Link-порт, Serial-порт, порт внешней памяти и др.

Платформа «МУЛЬТИКОР» разработана в ГУП НПЦ «ЭЛВИС» и предназначена для проектирования широкого спектра сверхбольших интегральных микросхем (СБИС) для коммерческих, военных и космических применений, которые различаются по вычислительной мощности, стоимости и функциональным возможностям.

Ключевые черты платформы «МУЛЬТИКОР»

Постоянно пополняемые и открытые к наращиванию самые современные цифровые и цифро-аналоговые макробиблиотеки и библиотеки IP-ядер, ориентированные на изготовление спроектированных ИМС на отечественных и зарубежных фабриках;

• 6-9-месячный маршрут проектирования ИМС как «Систем-на-кристалле (СнК)» (SOC — System-On-Chip) на базе платформы от архитектуры до топологии (формат GDS II);
• поэтапная SW/HW (Software/Hardware — программно-аппаратная) верификация процесса проектирования для всех проектируемых ядер и в целом СнК с широким использованием собственных и покупных плат эмуляторов на базе XILINX FPGA;
• несколько серий («мини», «миди» и «макси»-конфигураций) однокристальных двухъядерных программируемых ИМС сигнальных контроллеров (DSC — Digital Signal Controllers) на базе MIPS-совместимых RISC-ядер, оригинальных масштабируемых DSP-ядер с фиксированной и плавающей точкой и стандартных интерфейсов (PCI, USB, UART, SHARC-байтные порты и т. д.);
• открытая возможность модификации Заказчиком уже существующих ядер и «Систем — на — кристалле» либо проектирование новых ИМС с использованием архитектурных спецификаций и ядер Заказчиков, сквозной цикл системной верификации;
• возможности построения систем на базе ИМС платформы «МУЛЬТИКОР» от маломощных встраиваемых систем до наращиваемых открытых параллельных систем реального времени многомиллиардной производительности, поддерживающих принципы резервирования и реконфигурации;

Инструментальное программное обеспечение (ПО), соответствующее зарубежным аналогам (например, TI), свободно распространяемая демо-версия;

Отладочный порт JTAG, накристальные средства отладки в проектируемых ИМС и отладочные модули на базе ИМС платформы «МУЛЬТИКОР».

«МУЛЬТИКОР» — это комплекс современных аппаратно-программных средств проектирования СБИС и систем на их основе, включая микро- и макро-субмикронные библиотеки для отечественных и зарубежных фабрик, а также набор свыше 30 стандартных цифровых и оригинальных IP — ядер (в виде «Soft Cores», «Hard Cores» и «FPGA-дизайнов»), объединяемых в «систему на кристалле» на основе стандартной системы внутренних шин AMBA, часто используемой для СнК. Библиотеки платформы постоянно пополняются за счет ядер, разрабатываемых потенциальными пользователями ИМС платформы «МУЛЬТИКОР» и партнерами фирмы. Макробиблиотеки и библиотеки ядер разрабатываются таким образом, что они совместимы с зарубежными электронными фабриками. Это допускает изготовление первых образцов ИМС за рубежом с последующим изготовлением в России. При этом все проекты остаются закрытыми для зарубежного изготовителя.

Стандартный подход к построению СнК на базе шин АМВА позволяет разработчикам ИМС на базе платформы эффективно использовать, наряду с собственными библиотеками, также и ядра, предоставляемые для лицензирования зарубежными центрами проектирования. Основополагающим подходом в такой стратегии проектирования является использование ранее разработанных и верифицированных функционально законченных блоков, которые извлекаются из базы системы проектирования и повторно используются для разработки ИМС. Такие повторно используемые блоки называются IP-ядрами (IP — Intellectual-Property reused cores), а платформа «МУЛЬТИКОР», основанная на таком подходе, является IP-ядерной.

MultiCoreStudio (MCStudio) — это современная модульная система Инструментального программного обеспечения для ИМС, спроектированных на базе платформы «МУЛЬТИКОР», включая аппаратно-программные средства разработки, отладки и верификации программ: Си-компиляторы, ассемблерные средства программирования, Программные симуляторы ядер и ИМС платформы, JTAG — отладчики, отладочные модули с FPGA-прототипами ядер проектируемых СнК и т. д.

«Мультикор» — это несколько проектируемых серий ИМС мини-, миди- и макси конфигурации (МС-12/24/0226/0226G/04) c фиксированной и плавающей точкой, принадлежащих к новому классу приборов — Цифровым Сигнальным Контроллерам или DSC (Digital Signal Controller), которые объединяют в одном кристалле RISC-ядро и цифровой процессор обработки сигналов (DSP-ядро).

ИМС серии «Мультикор» с плавающей и фиксированной точкой

• Мини — конфигурации:
  • SISD: MC-12;
  • 2SIMD: MC-24;
• Миди — конфигурации
  • MIMD: МС-0226/MC-0226G;
• Макси — конфигурации:
  • MC-04 n (RISCores) & m (DSP-Cores).

Снижение стоимости и увеличение жизненного цикла устройств на базе ИМС серий «Мультикор»

• Масштабируемость архитектуры — преемственность ПО;
• Доступность свободно распространяемого ПО для стандартного RISC-ядра — сокращение времени разработки ПО;
• Стандартное решение в ИМС — стандартные решения в системной аппаратуре;
• MCStudio TM — сокращение времени проектирования ПО;
• 2 в 1: RISC + DSP — новое качество обработки информационных потоков.

Возможности платформы «МУЛЬТИКОР» обеспечиваются:

• масштабируемостью архитектуры DSP-ядер в составе ИМС серий «Мультикор», что позволяет сохранять преемственность программного обеспечения при разработке новых модификаций на ее основе с улучшенными функциональными возможностями;
• доступностью использования свободно распространяемого ПО для программирования RISCore_xx, как стандартных RISC-ядер в составе любых ИМС серий «Мультикор»;
• принципиальным использованием в ИМС платформы «МУЛЬТИКОР» максимально возможного количества стандартных решений (интерфейсов, внутренних шин, форматов данных, диагностических средств); (*)
• развитым инструментальным ПО MCStudioTM (MultiCoreStudio) для ИМС серий «Мультикор».

Примечание.(*) К примеру, в сериях ИМС платформы «МУЛЬТИКОР» используются стандартные внешние интерфейсы: стандартный системный порт PCI (Local Bus Specification. Rev. 2.0.), порт UART, SHARC-совместимые линковые порты и последовательные порты (фирмы ADI), стандартная внутренняя шина для построения системы на кристалле (SOC) типа AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture Specification. Rev 2.0), диагностический и отладочный порт JTAG (стандарт IEEE 1149.1-1990), стандарт представления данных в формате с плавающей точкой (IEEE-754) и т. д.

Кроме того, ИМС серий «Мультикор» — это однокристальные двухпроцессорные цифровые сигнальные контроллеры, которые сочетают в себе как возможности микроконтроллеров, так и возможности DSP. Эта их особенность позволяет при значительно меньших проектных затратах строить максимально эффективные системы, обрабатывающие не только потоки сигналов и изображений, но и осуществляющие дополнительно функции управления информационными потоками.

На основе платформы «МУЛЬТИКОР» могут быть спроектированы ИМС для самых различных областей применений: от мобильных терминалов до мощных современных радарных систем.

Цифровой процессор обработки данных

Устройство DSP подразумевает наличие внутренней памяти в несколько килобайт, среди которой программная память и память данных. DSP имеет доступ только к своей внутренней памяти, RISC же имеет доступ как к памяти DSP, так и ко внешней памяти.

Недостатки процессоров Мультикор

Недостатком является отсутствие в ПО MCStudio компилятора с языка С/С++ для DSP ядра (в настоящее время есть MCStudio-ECL c C/C++ компилятором для 1892ВМ3Т и 1892ВМ2Я). То есть, программы для него можно писать только на языке ассемблера с ручной оптимизацией, что увеличивает сроки разработки.

См. также

• SIMD
• DSP
• RISC

Ссылки

• http://multicore.ru