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RISC-V不断发展并提供稳定性,可扩展性和安全性
2020年12月01日    阅读量:324    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

RISC-V正在快速增长。Semico Research预计,到2025年,将售出624亿个RISC-V CPU内核。尽管这仅占整个CPU内核市场的6%,但RISC-V是新兴的技术,大多数设计人员都应遵循并逐渐熟悉中国机械网okmao.com。由于设计和验证工具的最新发展(这将是本系列的第二个FAQ的重点),RISC-V在商业上越来越具有吸引力。针对IoT和可穿戴设备,嵌入式系统,人工智能(AI),机器学习(ML),虚拟现实(VR)和增强现实(AR)等特定应用进行了优化的基于RISC-V的设备的出现在常见问题3和4中)。


RISC-V是软件;它是一种基于已建立的精简指令集计算机(RISC)原理的开放标准指令集体系结构(ISA)。与Arm和Intel的专有ISA相比,RISC-V的开源特性在稳定性,可伸缩性和安全性方面带来了潜在的好处。与专有ISA不同,RISC-V ISA是在开源许可证下提供的,不需要使用费用。

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RISC-V设计有一个小的固定基础ISA。它包括可与大多数代码一起使用的模块化固定标准扩展。这种体系结构允许开发特定于应用程序的扩展,而无需修改标准ISA内核。除了支持自定义之外,预计该方法还可以防止或至少最小化RISC-V软件生态系统的碎片化。


如今,RISC-V主要用于物联网,可穿戴设备,AI / ML和VR / AR等应用,这些应用可以带来巨大的近期收益。用于RISC-V的嵌入式系统中的应用程序才刚刚出现,并且它们通常使用RISC-V内核作为主内核(通常是Arm内核)的加速器或其他外围设备。


欧洲创新行动De-RISC正在为太空和航空市场准备一个基于RISC-V的完整软硬件平台。由于对开放源代码ISA的支持不断增加,而在传统上用于航空和航天系统的专有PowerPC和SPARC体系结构正经历着不断变化的时代,RISC-V的使用有望帮助该平台适应未来的发展。失去动力。结果,航天工业无法利用来自商业领域的软件,从而推动了向大批量商业市场中使用的体系结构转变的需求。最终平台将可移植到其他体系结构,并且还将提供出色的容错能力。


冻结的RISC-V稳定


基本指令集和内核的稳定性是RISC-V的主要目标和优势。RISC-V基本ISA和特权体系结构规范已经批准并“冻结”。RISC-V基本体系结构是应用程序软件和硬件之间的接口。即使体系结构通过开发新的扩展而发展,但按照该规范编码的软件仍有望永久地在RISC-V处理器上运行。


特权级别用于在不同软件堆栈组件之间提供保护,并且尝试执行当前特权模式不允许的操作将导致引发异常。RISC-V特权体系结构涵盖了基本ISA以外的RISC-V系统的所有方面,包括特权指令和运行操作系统和连接外部设备所需的其他功能。每个特权级别都有一组核心的特权ISA扩展,这些扩展具有可选的扩展和变体,包括计算机ISA,主管ISA和管理程序ISA。


特权架构规范的批准将直接支持Linux Foundation和RISC-V Foundation之间的现有协作。预期这种合作将为活跃的RISC-V社区带来更强大的支持和教育工具,并使操作系统,硬件实现和开发工具能够更快地扩展。RISC-V特权体系结构支持将RISC-V硬件与Linux和FreeBSD等软件一起使用。使用这些规范有望提高操作系统开发人员和硬件供应商对其工作将兼容的信心。


可扩展性和RISC-V


冻结的RISC-V的稳定性意味着开发人员可以以最小的内存需求和低功耗优化代码,同时保持可扩展性和兼容性,以适应未来的设计。也有机会开发基本ISA的扩展。这些扩展可能会以不同的延迟,大小和功耗的形式影响性能。尽管如此,由于冻结的RISC-V的固有稳定性,总会存在潜在的兼容性。


在RISC-V的开发过程中,优先考虑在整个ISA生态系统中保持长期稳定性。它是在考虑32位,64位和(最终)128位地址空间的情况下实现的,从而确保了将来保持兼容性。RISC-V也是从一开始就进行设计的,以实现扩展,支持可扩展性和灵活性,以适应未知的未来应用程序需求以及应用程序之间的差异化和优化需求。


128位ISA有意未定义。关于在嵌入式系统中使用128位内存容量和结构的实践知识很少。但是,RISC-V的路线图包含一个128位ISA的事实使设计人员感到欣慰,因为为RISC-V的当前迭代开发的所有代码都将能够在未来的类似RISC内核上运行。使用RISC-V“面向未来”的软件开发成果。


从一开始,安全性也被引入RISC-V。事后再没有考虑。如下一节所述,与传统专有ISA(如Intel和Arm)相比,RISC-V的开源特性使RISC-V在安全性上具有显着优势。


RISC-V可以降低安全风险


在最近的发展中,GlobalPlatform和RISC-V International签署了一项谅解备忘录,以帮助加快开发用于物联网(IoT)的连接设备中嵌入式组件的硬件设计的开放标准。其中包括嵌入了受信任执行环境(TEE)的处理器,并且这些处理器正在显着增长。


已授权GlobalPlatform支持IoT设备制造商和认证机构采用IoT平台安全评估标准(SESIP)方法并建立自己的IoT设备安全认证方案。SESIP提供了一种通用且经过优化的方法,用于评估所连接产品的安全性,从而满足不断发展的IoT生态系统面临的特定合规性,安全性,隐私性和可扩展性挑战。


RISC International的安全常务委员会召集了行业领导者,以分享调查结果,围绕最佳安全实践达成共识,并确定基于RISC-V的IoT设备,嵌入式系统,AI / ML和其他实施的潜在安全改进。该委员会最初包括25位RISC-V基金会成员,包括伯克利建筑集团,Bluespec,CSIRO的Data61,Dover,Draper,世界语技术,印度理工学院(IIT)Madras,内部ID,Galois,十六进制五安全性,Microsemi,Micron Technology ,NXP,Rambus,SecureRF Corporation,SiFive和Western Digital。


许多RISC-V成员组织已经引入了安全解决方案,例如Dover Microsystems CoreGuard和SecureRF WalnutDSA。由Rambus主持的安全常务委员会已经为RISC-V ISA的加密扩展制定了规范草案,并为深度嵌入式RISC-V设备的可信执行环境提出了一种建议的方法。此外,其他技术工作组正在进行的有关RISC-V特权体系结构,矢量扩展和指令集合规性规范的协作工作,也表明了业界对安全性的高度关注和合作。


ADAS,工业控制和航空/军事系统等各种应用都需要可信赖的组件。在许多情况下,这些芯片必须可验证地不含恶意代码。就这种类型的验证而言,RISC-V具有优于Intel或Arm处理器的优势。RISC-V是开源的,使供应商可以显示完整的寄存器传输级别(RTL)源代码,从而支持完整的验证。当使用其他技术(例如Intel或Arm)时,商业和/或许可限制通常会阻止对RTL的全面审查。


SiFive Shield是开放式,可扩展平台架构的另一个示例,旨在为RISC-V设计实现整个SoC安全性。现代SoC设计的需求决定了对可扩展安全解决方案的需求,该解决方案需要提供具有清晰信任根的可信赖计算基础,并且至关重要的是,它是可审核的。定制也是关键,因为适合所有方法的单一产品无法满足现在正在设计的下一代特定于域的处理器的需求。


在Rambus的CryptoManager信任根中,RISC-V内核与通用处理器位于同一芯片上,但在物理上由安全边界隔开。它可以在该安全范围内运行算法和进程,以防御各种攻击(包括边信道攻击),并防御软件漏洞和利用。它还可以防止设备克隆。


RISC-V有什么风险?


尽管RISC-V在开发和最初采用方面已取得了长足进步,但该技术仍处于初期。结果,存在未知数和一定程度的风险。


RISC-V的更广泛采用的一个关键挑战是缺乏完善的软件生态系统。这就是RISC-V早期在物联网和AI / ML空间中采用的原因之一;这些技术本身都是新兴技术,需要RISC-V提供的性能优势。


与来自Arm和Intel的其他ISA相比,RISC-V的历史非常短且相对不成熟。这一事实的结果是缺乏将RISC-V与其他平台进行比较或将各种RISC-V实现进行比较的性能基准。一旦制定了所需的基准,就会有人担心RISC-V的性能可能会比成熟得多且易于理解的替代产品低。


与成熟的ISA(例如Intel和Arm)相比,缺乏测试标准和工具。这是一个开始出现加速发展和进步的领域。降低工具使用RISC-V风险的工具的可用性不断增长,是本系列下一个常见问题解答的重点。


标签:今日头条机械应用技术中心设备与仪器配件与装备工业设备
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