Введение

32-битное микропроцессорное ядро CPU, первоначально разработанное Европейским космическим агентством. Семейство микропроцессоров LEON (от lang es, что означает «лев») — это радиационно-устойчивое 32-битное центральное процессорное устройство (CPU), реализующее архитектуру набора команд SPARC V8 (ISA), разработанную Sun Microsystems. Оно было первоначально разработано Европейским центром космических исследований и технологий (ESTEC), входящим в Европейское космическое агентство (ESA), без какого-либо участия Sun. Более поздние версии были разработаны Gaisler Research, под разными владельцами. Описание ядра представлено на синтезируемом языке описания аппаратуры VHSIC (VHDL). LEON имеет двойную модель лицензирования: лицензию GNU Lesser General Public License (LGPL) и лицензию GNU General Public License (GPL) для свободного и открытого программного обеспечения (FOSS), которую можно использовать без лицензионных отчислений, или проприетарную лицензию, которую можно приобрести для интеграции в проприетарный продукт. Ядро конфигурируется с помощью VHDL-параметров и используется в системах на кристалле (SoC) как в исследовательских, так и в коммерческих целях.

История

Проект LEON был начат Европейским космическим агентством (ESA) в конце 1997 года для изучения и разработки высокопроизводительного процессора, предназначенного для использования в европейских космических проектах. Целями проекта были создание открытой, переносимой и не проприетарной архитектуры процессора, способной удовлетворить будущие требования к производительности, совместимости программного обеспечения и низкой стоимости системы. Другой целью было обеспечение возможности производства с использованием устойчивого к однократным сбоям (SEU) чувствительного полупроводникового процесса. Для поддержания корректной работы в условиях воздействия SEU требовались обширные функции обнаружения и обработки ошибок. Задачи проекта включали обнаружение и устойчивость к одной ошибке в любом регистре без вмешательства программного обеспечения, а также подавление эффектов от ошибок однократных переходных процессов (SET) в комбинационной логике. Семейство LEON включает в себя первый дизайн LEON1 на языке описания аппаратуры VHSIC (VHDL), который был использован в тестовом чипе LEONExpress, разработанном по технологии 0,25 мкм для подтверждения концепции отказоустойчивости. Второй дизайн LEON2 на VHDL был использован в процессоре AT697 производства Atmel (Франция) и в различных системах на кристалле. Эти две реализации LEON были разработаны ESA. Компания Gaisler Research, теперь входящая в состав Cobham (ранее Aeroflex Gaisler), разработала третий дизайн LEON3 и объявила о доступности процессора LEON4 четвертого поколения.

Процесс проектирования FPGA

Документация по процессу проектирования LEON для FPGA доступна от производителя и из сторонних источников.

Терминология

Термин LEON2/LEON2 FT часто относится к аппаратно-программной платформе LEON2, представляющей собой ядро процессора LEON2 в сочетании со стандартным набором периферийных устройств, доступным в дистрибутиве LEON2(FT). Более поздние процессоры серии LEON используются в широком спектре разработок и поэтому не так тесно связаны со стандартным набором периферийных устройств. В случае LEON3 и LEON4 название обычно относится только к ядру процессора, а LEON/GRLIB используется для обозначения полной системы на кристалле.

Ядро процессора LEON2-FT

Процессор LEON2 FT — это версия процессора LEON2, устойчивая к однократным сбоям (FT). Триггеры защищены тройной модульной избыточностью, а вся внутренняя и внешняя память — кодами коррекции ошибок (EDAC) или битами четности. На данное ядро интеллектуальной собственности (IP) распространяются специальные лицензионные ограничения (распространяется Европейским космическим агентством и китайским лунным посадочным аппаратом "Чанъэ-4").

Ядро процессора LEON3

LEON3 – это синтезируемая модель на VHDL 32-битного процессора, соответствующая архитектуре SPARC V8. Модель обладает высокой степенью конфигурируемости и особенно подходит для разработки систем на кристалле (SoC). Полный исходный код доступен по лицензии GNU GPL, что позволяет использовать его для любых целей без лицензионных отчислений. LEON3 также доступен по проприетарной лицензии, позволяющей использовать его в коммерческих разработках. Существует ряд отличий между двумя моделями процессоров LEON2 и LEON3. LEON3 включает поддержку SMP и семиступенчатый конвейер, в то время как LEON2 не поддерживает SMP и имеет пятиступенчатый конвейер.

Ядро процессора LEON4

В январе 2010 года была выпущена четвертая версия процессора LEON.

Поддержка операционных систем в режиме реального времени

Операционные системы реального времени, поддерживающие ядро LEON, в настоящее время включают RTLinux, PikeOS, eCos, RTEMS, Nucleus, ThreadX, OpenComRTOS, VxWorks (порт, разработанный Gaisler Research), LynxOS (также порт, разработанный Gaisler Research), POK (бесплатная реализация стандарта ARINC653, распространяемая под лицензией BSD) и ORK+, – открытое ядро реального времени для высоконадежных приложений реального времени, соответствующих профилю Ravenscar, а также Embox – конфигурируемую операционную систему реального времени с открытым исходным кодом, позволяющую использовать программное обеспечение Linux без использования самого Linux.