一款用于高性能太空应用的RISC-V处理器

太空应用对电子系统提出了重大挑战，因为它们一旦发射就必须应对无数的环境因素。这些因素包括极端温度、辐射、冲击和振动——电子系统必须承受所有这些因素才能满足严格的可靠性标准。为了应对这些挑战，专为空间应用设计的先进处理器变得至关重要。在这篇文章中，我们将探索一款专为太空任务量身定制的尖端 RISC-V 内核。

太空环境

太空是一个严酷的环境，给工程师带来了巨大的挑战。火箭发射时本身就是极端的，使航天器受到强烈的振动和冲击。一旦进入轨道，温度可能会从极冷到酷热不等。此外，太空中辐射的存在对电子设备构成了另一种威胁，可能导致性能下降或完全失效，这可能对任务造成灾难性影响。

空间环境中的一个具体问题是单粒子干扰(SEU) 的发生。SEU 是由高能粒子（例如宇宙射线或太阳风）与敏感电子元件接触的影响引起的错误。当这些粒子与半导体器件的硅基板碰撞时，它们会沉积电荷并破坏电路的正常运行。这种中断可以表现为内存元素状态的变化，从而导致数据改变或错误行为。

在过去几年中，航天级处理器主要依赖于SPARC 和 PowerPC 指令集架构的实现。但是，出现了一个显著的竞争者：RISC-V。RISC-V 开放式指令集架构(ISA) 类似于 SPARC，具有明显的优势，使其成为太空应用中替代SPARC 的首选。

快速扩大的开发者社区和RISC-V 的可扩展性为其日益增长的吸引力做出了贡献。考虑到广泛的应用空间以及 RISC-V 固有的灵活性和可配置性，该ISA 非常符合航天工业不断发展的需求。

一款适合太空应用的RISC-V处理器-- NOEL-V

NOEL-V代表了航天级处理器技术的突破。它是一种先进的 RISC-V 内核，经过精心设计，可在苛刻的太空环境中提供高性能和可靠性。

这标志着与许多太空计算机中常用的半虚拟化解决方案的重大背离。通过将此功能与管理程序软件结合使用，Frontgrade 的 NOEL-V 处理器使具有不同关键级别的不同应用程序能够在同一硬件平台上共存。

NOEL-V处理器的缓存存储器旨在通过自定义纠错方案承受辐射引起的 SEU。这种创新的方案能够纠正单比特错误，检测双比特错误，甚至可以识别 3 比特和 4 比特的相邻比特错误。纠错过程在高速缓存控制器内无缝进行，无需软件干预或额外的内存访问。

缓存还配备了硬件“洗涤器”（scrubber），可以激活该scrubber以防止错误随时间累积。这些功能，连同处理不可纠正的错误以快速做出反应并防止损坏状态传播到集成电路之外，对于数据完整性和电子系统的连续运行至关重要的空间应用至关重要。

Frontgrade的NOEL-V处理器既可以作为独立 IP 核使用，也可以作为GRLIB IP 库的一部分使用，GRLIB IP 库包含 100 多个外设单元。Frontgrade 使用处理器和 IP 库以空间级处理器的形式开发专用标准产品。Frontgrade 客户也可以使用相同的构建块来设计他们自己的适应性解决方案，既可以作为 ASIC 也可以作为 FPGA 实现。