eng
Выпуск #7/2017
Н.Кузьмина
Встраиваемые компьютеры Fastwel на базе микропроцессора Baikal-t1
Встраиваемые компьютеры Fastwel на базе микропроцессора Baikal-t1
Просмотры: 2117
Важное направление деятельности компании Fastwel – создание встраиваемых промышленных компьютеров. Недавно компания представила новую разработку – встраиваемые процессорные модули на базе отечественных процессоров Baikal-T1, предназначенные для использования в жестких условиях.
УДК 004.384
ВАК 05.13.00
DOI: 10.22184/1992-4178.2017.168.7.100.104
УДК 004.384
ВАК 05.13.00
DOI: 10.22184/1992-4178.2017.168.7.100.104
Теги: baikal-t1 baikal-t1 processor embedded processor modules fastwel встраиваемый процессорный модуль процессор
МИКРОПРОЦЕССОР BAIKAL-T1[1]
О выпуске микропроцессора Baikal-T1 компания "Байкал Электроникс" объявила в мае 2015-го, а с 1 июня того же года для разработчиков были доступны инженерные образцы этого устройства [2]. Микропроцессор построен на базе двухпроцессорных суперскалярных ядер архитектуры MIPS Warrior P5600 компании Imagination Technologies. MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages) является дальнейшим развитием RISC-архитектуры, а аббревиатура MIPS означает "микропроцессор без задержек ожидания конвейера". Важнейшее свойство этой архитектуры – сбалансированность тракта выборки команд с функциональными узлами процессора [3].
Процессорное ядро MIPS P5600 представляет собой первую модификацию процессорных ядер MIPS поколения Warrior. Данное 32-разрядное ядро отличается низким энергопотреблением и имеет размеры на 30% меньше, чем аналогичные ядра, имеющиеся на рынке. P5600 разработано, в первую очередь, для использования в телекоммуникационном и сетевом оборудовании, например в роутерах и управляемых коммутаторах [3].
В основе MIPS-ядра лежит гарвардская архитектура, к особенностям которой относятся физическое разделение хранилища инструкций и хранилища данных, физическое разделение каналов инструкций и каналов данных, а также набор команд RISC. Структурно конвейер MIPS32 состоит из пяти уровней: выбор команды, выполнение, доступ к памяти данных, выравнивание или накопление и обратная запись в файл регистров. Благодаря этому еще до завершения обработки обеспечивается быстрый доступ к данным, использующимся следующей инструкцией. Таким образом, все арифметические и сдвиговые операции выполняются за один цикл [4]. Функциональная схема микропроцессора Baikal-T1 представлена на рис.1.
В процессор встроено три контроллера Ethernet, два из них гигабитные и один 10-гигабитный. Встроенный контроллер памяти DDR3-1600 поддерживает до 8 Гбайт с функцией контроля ошибок ECC. Также процессор оснащен контроллером шины PCIe Gen 3 с четырьмя линиями, контроллером SATA 3.0 (6 Гбит) и USB2.0. Рабочая частота процессора Baikal-T1 достигает 1,2 ГГц. Процессор имеет встроенную кеш-память объемом 1 Мбайт. Для уменьшения нагрузки на контроллер в конфигурацию микропроцессора Baikal-T1 входит модулярный сопроцессор, позволяющий ускорить арифметические операции с длинными целыми числами. Основные характеристики микропроцессора Baikal-T1 представлены в табл.1.
Согласно тесту на производительность Coremark консорциума EEMBC, проведенному компанией "Байкал Электроникс", процессор Baikal-T1 набрал 10 342 балла для двух потоков [5]. Этот результат сопоставим с результатами, которые демонстрируют Intel Atom, а также процессоры для современных смартфонов (рис.2). На этом рисунке представлено соотношение мощностей, рассеиваемой сравниваемыми процессорами.
Процессоры Baikal-T1 стали прототипом для создания программной среды prplSecurity, которая была разработана с целью обеспечения безопасности встраиваемых систем, подключаемых к сети, и устройств Интернета вещей для процессоров с архитектурой MIPS. Среда создавалась фондом prpl – общественной некоммерческой организацией, объединяющей компании, инвестирующие в инновации, направленные на повышение эффективности, переносимости и совместимости ПО и виртуализированных архитектур [6].
Основная идея обеспечения безопасности с помощью среды prplSecurity заключается в использовании аппаратной виртуализации и изоляции данных и ресурсов на одном процессоре. Демонстрация этого подхода впервые состоялась с помощью системы-на-кристалле Baikal-T1 на выставке Mobile World Congress 2016 в Барселоне [7].
Микропроцессор Baikal-T1 поддерживает аппаратную виртуализацию и до семи одновременно исполняющихся виртуальных машин. Среда prplSecurity дает возможность нескольким копиям дистрибутива операционных систем функционировать параллельно на разных виртуальных машинах на одном процессоре. В созданных таким образом защищенных доменах приложения и операционные системы могут работать независимо друг от друга, что в случае несанкционированного доступа к одной из систем исключает возможность взлома других компонентов.
ИЗДЕЛИЯ FASTWEL НА БАЗЕ ОТЕЧЕСТВЕННОГО МИКРОПРОЦЕССОРА BAIKAL-T1
Примерами применения микропроцессора Baikal-T1 в качестве процессора для ответственных телекоммуникационных и сетевых приложений являются новые устройства компании Fastwel – процессорные платы CPC313 стандарта StackPC (рис.3) и CPC516 в форм-факторе Compact PCI Serial 3U (CPCI-S.0) (рис.4).
Модуль CPC313 разработан для использования в широком диапазоне рабочих температур, отличается высокой стойкостью к ударным и вибрационным нагрузкам. Процессорный модуль поддерживает ОС Linux с ядром v3.19, ОС реального времени QNX 6.5 и встраиваемую операционную систему жесткого реального времени FX-RTOS. Основные характеристики модуля приведены в табл.2.
Процессорная плата CPC313 предназначена для использования при создании систем реального времени, бортовых систем, средств безопасности и связи, систем контроля производства, высокоскоростного сбора данных и других систем ответственного применения, рассчитанных для работы в жестких условиях. Модуль имеет конструктив StackPC и позиционируется как эволюционная модификация модуля CPC309 на базе процессора Intel Atom D510 в целях дальнейшего замещения, что делает возможным его применение в бортовом модульном компьютере МК300.
Благодаря небольшому энергопотреблению микропроцессора Baikal-T1 процессорный модуль CPC313 имеет невысокую потребляемую мощность. CPC313 будет долго доступен на рынке, гарантированный жизненный цикл платформы составляет от семи до десяти лет.
Процессорный модуль CPC516 предназначен для организации высокопроизводительных систем, функционирующих в жестких условиях. Модуль также работает в широком диапазоне температур от –40 до 85 °C, отличается высокой стойкостью к ударным и вибрационным нагрузкам.
CPC516 выполнен в стандарте CompactPCI Serial (CPCI-S.0). Характерная для него высокая скорость передачи данных позволяет создавать быстрые промышленные системы с использованием топологий типа "звезда" и Mesh (рис.5).
Топология типа "звезда" позволяет одному процессорному модулю контролировать до восьми периферийных слотов без использования дополнительных мостовых схем или специальных кросс-плат. Схема подключения Mesh основана на принципе "каждый с каждым". С помощью Ethernet может быть подключено между собой до девяти устройств, образующих таким образом мультипроцессорный комплекс обработки данных.
Модуль CPC516 имеет пять портов PCIe x1 5 Гбит/с (PCIe Base Spec. Rev 2.0), порт PCIe x4, 5 Гбит/с (PCIe Base Spec. Rev 2.0), порт SATA III (6 Гбит/с Gen. III), два порта 1 Гбит/с Ethernet и порт I2C. Такие возможности модуля CPC516, построенного на базе платформы MIPS32, позволяют использовать его в системах реального времени, контроля производства, сбора и обработки данных для жестких условий эксплуатации и ответственных применений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Анимица Е. Г., Анимица П. Е., Глумов А. А. Импортозамещение в промышленном производстве региона: концептуально-теоретические и прикладные аспекты // Экономика региона. 2015. № 3.
2. Шунков В. Вышел российский микропроцессор Baikal-T1. – https://geektimes.ru/post/250930/
3. P-Class P5600 Multiprocessor Core. –
https://imgtec.com/mips/warrior/p-class-p5600-multiprocessor-core/
4. Evanczuk S. Evolving a classic RISC architecture. – http://www.edn.com/electronics-blogs/systems-interface/4402961/ Evolving-a-classic-RISC-architecture
5. Надежин А. Российский процессор "Байкал". –
https://geektimes.ru/post/273192/
6. На процессорах "Байкал" начали испытывать технологию безопасности Интернета вещей. –
http://iecp.ru/news/item/403140/
7. Prpl Foundation продемонстрировал защиту информации с помощью аппаратной виртуализации в области Интернета вещей и сетевых встроенных систем на чипе "Байкал-T1". – http://www.baikalelectronics.ru/about/press-center/news/PRPL-virtualization/
О выпуске микропроцессора Baikal-T1 компания "Байкал Электроникс" объявила в мае 2015-го, а с 1 июня того же года для разработчиков были доступны инженерные образцы этого устройства [2]. Микропроцессор построен на базе двухпроцессорных суперскалярных ядер архитектуры MIPS Warrior P5600 компании Imagination Technologies. MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages) является дальнейшим развитием RISC-архитектуры, а аббревиатура MIPS означает "микропроцессор без задержек ожидания конвейера". Важнейшее свойство этой архитектуры – сбалансированность тракта выборки команд с функциональными узлами процессора [3].
Процессорное ядро MIPS P5600 представляет собой первую модификацию процессорных ядер MIPS поколения Warrior. Данное 32-разрядное ядро отличается низким энергопотреблением и имеет размеры на 30% меньше, чем аналогичные ядра, имеющиеся на рынке. P5600 разработано, в первую очередь, для использования в телекоммуникационном и сетевом оборудовании, например в роутерах и управляемых коммутаторах [3].
В основе MIPS-ядра лежит гарвардская архитектура, к особенностям которой относятся физическое разделение хранилища инструкций и хранилища данных, физическое разделение каналов инструкций и каналов данных, а также набор команд RISC. Структурно конвейер MIPS32 состоит из пяти уровней: выбор команды, выполнение, доступ к памяти данных, выравнивание или накопление и обратная запись в файл регистров. Благодаря этому еще до завершения обработки обеспечивается быстрый доступ к данным, использующимся следующей инструкцией. Таким образом, все арифметические и сдвиговые операции выполняются за один цикл [4]. Функциональная схема микропроцессора Baikal-T1 представлена на рис.1.
В процессор встроено три контроллера Ethernet, два из них гигабитные и один 10-гигабитный. Встроенный контроллер памяти DDR3-1600 поддерживает до 8 Гбайт с функцией контроля ошибок ECC. Также процессор оснащен контроллером шины PCIe Gen 3 с четырьмя линиями, контроллером SATA 3.0 (6 Гбит) и USB2.0. Рабочая частота процессора Baikal-T1 достигает 1,2 ГГц. Процессор имеет встроенную кеш-память объемом 1 Мбайт. Для уменьшения нагрузки на контроллер в конфигурацию микропроцессора Baikal-T1 входит модулярный сопроцессор, позволяющий ускорить арифметические операции с длинными целыми числами. Основные характеристики микропроцессора Baikal-T1 представлены в табл.1.
Согласно тесту на производительность Coremark консорциума EEMBC, проведенному компанией "Байкал Электроникс", процессор Baikal-T1 набрал 10 342 балла для двух потоков [5]. Этот результат сопоставим с результатами, которые демонстрируют Intel Atom, а также процессоры для современных смартфонов (рис.2). На этом рисунке представлено соотношение мощностей, рассеиваемой сравниваемыми процессорами.
Процессоры Baikal-T1 стали прототипом для создания программной среды prplSecurity, которая была разработана с целью обеспечения безопасности встраиваемых систем, подключаемых к сети, и устройств Интернета вещей для процессоров с архитектурой MIPS. Среда создавалась фондом prpl – общественной некоммерческой организацией, объединяющей компании, инвестирующие в инновации, направленные на повышение эффективности, переносимости и совместимости ПО и виртуализированных архитектур [6].
Основная идея обеспечения безопасности с помощью среды prplSecurity заключается в использовании аппаратной виртуализации и изоляции данных и ресурсов на одном процессоре. Демонстрация этого подхода впервые состоялась с помощью системы-на-кристалле Baikal-T1 на выставке Mobile World Congress 2016 в Барселоне [7].
Микропроцессор Baikal-T1 поддерживает аппаратную виртуализацию и до семи одновременно исполняющихся виртуальных машин. Среда prplSecurity дает возможность нескольким копиям дистрибутива операционных систем функционировать параллельно на разных виртуальных машинах на одном процессоре. В созданных таким образом защищенных доменах приложения и операционные системы могут работать независимо друг от друга, что в случае несанкционированного доступа к одной из систем исключает возможность взлома других компонентов.
ИЗДЕЛИЯ FASTWEL НА БАЗЕ ОТЕЧЕСТВЕННОГО МИКРОПРОЦЕССОРА BAIKAL-T1
Примерами применения микропроцессора Baikal-T1 в качестве процессора для ответственных телекоммуникационных и сетевых приложений являются новые устройства компании Fastwel – процессорные платы CPC313 стандарта StackPC (рис.3) и CPC516 в форм-факторе Compact PCI Serial 3U (CPCI-S.0) (рис.4).
Модуль CPC313 разработан для использования в широком диапазоне рабочих температур, отличается высокой стойкостью к ударным и вибрационным нагрузкам. Процессорный модуль поддерживает ОС Linux с ядром v3.19, ОС реального времени QNX 6.5 и встраиваемую операционную систему жесткого реального времени FX-RTOS. Основные характеристики модуля приведены в табл.2.
Процессорная плата CPC313 предназначена для использования при создании систем реального времени, бортовых систем, средств безопасности и связи, систем контроля производства, высокоскоростного сбора данных и других систем ответственного применения, рассчитанных для работы в жестких условиях. Модуль имеет конструктив StackPC и позиционируется как эволюционная модификация модуля CPC309 на базе процессора Intel Atom D510 в целях дальнейшего замещения, что делает возможным его применение в бортовом модульном компьютере МК300.
Благодаря небольшому энергопотреблению микропроцессора Baikal-T1 процессорный модуль CPC313 имеет невысокую потребляемую мощность. CPC313 будет долго доступен на рынке, гарантированный жизненный цикл платформы составляет от семи до десяти лет.
Процессорный модуль CPC516 предназначен для организации высокопроизводительных систем, функционирующих в жестких условиях. Модуль также работает в широком диапазоне температур от –40 до 85 °C, отличается высокой стойкостью к ударным и вибрационным нагрузкам.
CPC516 выполнен в стандарте CompactPCI Serial (CPCI-S.0). Характерная для него высокая скорость передачи данных позволяет создавать быстрые промышленные системы с использованием топологий типа "звезда" и Mesh (рис.5).
Топология типа "звезда" позволяет одному процессорному модулю контролировать до восьми периферийных слотов без использования дополнительных мостовых схем или специальных кросс-плат. Схема подключения Mesh основана на принципе "каждый с каждым". С помощью Ethernet может быть подключено между собой до девяти устройств, образующих таким образом мультипроцессорный комплекс обработки данных.
Модуль CPC516 имеет пять портов PCIe x1 5 Гбит/с (PCIe Base Spec. Rev 2.0), порт PCIe x4, 5 Гбит/с (PCIe Base Spec. Rev 2.0), порт SATA III (6 Гбит/с Gen. III), два порта 1 Гбит/с Ethernet и порт I2C. Такие возможности модуля CPC516, построенного на базе платформы MIPS32, позволяют использовать его в системах реального времени, контроля производства, сбора и обработки данных для жестких условий эксплуатации и ответственных применений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Анимица Е. Г., Анимица П. Е., Глумов А. А. Импортозамещение в промышленном производстве региона: концептуально-теоретические и прикладные аспекты // Экономика региона. 2015. № 3.
2. Шунков В. Вышел российский микропроцессор Baikal-T1. – https://geektimes.ru/post/250930/
3. P-Class P5600 Multiprocessor Core. –
https://imgtec.com/mips/warrior/p-class-p5600-multiprocessor-core/
4. Evanczuk S. Evolving a classic RISC architecture. – http://www.edn.com/electronics-blogs/systems-interface/4402961/ Evolving-a-classic-RISC-architecture
5. Надежин А. Российский процессор "Байкал". –
https://geektimes.ru/post/273192/
6. На процессорах "Байкал" начали испытывать технологию безопасности Интернета вещей. –
http://iecp.ru/news/item/403140/
7. Prpl Foundation продемонстрировал защиту информации с помощью аппаратной виртуализации в области Интернета вещей и сетевых встроенных систем на чипе "Байкал-T1". – http://www.baikalelectronics.ru/about/press-center/news/PRPL-virtualization/
Отзывы читателей
