Курс на импортозамещение всё больше набирает обороты. В соответствии с экономическими законами рационального использования потенциала национальной экономики, а также из соображений политической и экономической безопасности, государство всегда старается заменить товары, которые приходится импортировать, товарами собственного производства [1].
Не являются исключением и российские производители встраиваемых систем, которые под воздействием внутренних и внешних факторов стремятся переходить на отечественные компоненты. Естественно, решения, созданные на отечественных компонентах, должны быть конкурентоспособными, надёжными и доступными.
Микропроцессор Baikal-T1
В мае 2015 года компания Baikal Electronics объявила о выпуске микропроцессора Baikal-T1. С 1 июня 2015 года для разработчиков были доступны инженерные образцы Baikal-Т1 [2]. Он построен на базе двухпроцессорных суперскалярных ядер архитектуры MIPS Warrior P5600 компании Imagination Technologies. Аббревиатура MIPS расшифровывается как “microprocessor without Interlocked Pipeline Stages”, что переводится как микропроцессор без задержек ожидания конвейера. Это подчёркивает важнейшее свойство данной RISC-архитектуры – сбалансированность тракта выборки команд с функциональными узлами процессора [3].
Процессорное ядро MIPS P5600 является первой модификацией процессорных ядер MIPS поколения Warrior. Данное 32-разрядное ядро обладает низким энергопотреблением и имеет размеры на 30% меньше, чем аналогичные ядра 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, основными характеристиками которой являются физическое разделение хранилища инструкций и хранилища данных, а также физическое разделение каналов инструкций и каналов данных, и набор команд RISC. Конвейер MIPS содержит 5 уровней и логические схемы, обеспечивающие ещё до завершения обработки инструкции быстрый доступ к данным, которые используются следующей инструкцией. Таким образом, все арифметические и сдвиговые операции выполняются за один цикл [4].
Функциональная схема микропроцессора Baikal-T1 представлена на рис. 1.
Условные обозначения:
P5600 Core – ядро процессора;
DDR3 PHY 32bit+ECC – 32-битовый интерфейс модуля памяти DDR3-1600 с 8-битовым кодом исправления ошибок;
SATA 6G 2 порта – двухпортовый контроллер SATA поколения 3.1;
1G Ethernet 2×MAC – 2 контроллера 1 Гбит/с Ethernet;
10G Ethernet –контроллер 10 Гбит/с Ethernet;
PCIe Gen3 4 линии – шина PCI Express третьего поколения, 4 тракта с пропускной способностью 8 Гбит/с каждый;
PMU – блок мониторинга производительности;
GPIO – контроллер ввода-вывода GPIO;
UART×2 – два последовательных порта;
SPI×3 – три контроллера Serial Peripheral Interface;
I²C×3 – три контроллера интерфейса I2C;
WDT – программируемый сторожевой таймер;
Таймер×3 – контроллер с тремя независимыми таймерами;
Boot Ctrl – контроллер загрузки.
Рис. 1. Функциональная схема Baikal-T1
В процессор встроены три контроллера Ethernet, два из которых гигабитные и один 10-гигабитный. Встроенный контроллер памяти DDR3-1600 поддерживает до 8 Гбайт с функцией контроля ошибок ECC. Также процессор оснащён контроллером шины PCIe Gen 3 с 4 линиями, контроллером SATA 3.0 (6 Гбит), USB 2.0. Рабочая частота Baikal-T1 составляет до 1,2 ГГц. Процессор имеет встроенную кэш-память размером 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.
Одной из самых важных характеристик процессора является его производительность. Для измерения производительности процессоров существуют различные эталонные тесты, как, например, Coremark консорциума EEMBC. Данный тест позволяет оценить производительность центральных процессоров, используя общие для всех приложений структуры данных и алгоритмы.
Согласно тесту, проведённому самой компанией, Baikal-T1 набрал 10342 балла для двух потоков [5]. Эти результаты по производительности Baikal-T1 сопоставимы с результатами процессора Intel Atom и процессорами современных смартфонов. На рис. 2 представлена диаграмма сравнения производительности Baikal-T1 с другими процессорами согласно тесту Coremark, а также соотношение мощностей, рассеиваемых каждым процессором.
Безопасность передачи данных
Широкое взаимодействие устройств с глобальной сетью Интернет, внедрение таких технологий, как Интернет вещей и облачные серверы хранения данных, заставляет усовершенствовать методы защиты информации от несанкционированного доступа и взлома.
В начале 2016 года некоммерческая организация prpl представила решение для обеспечения безопасности устройств Интернета вещей и подключаемых к сети Интернет встроенных систем для процессоров с архитектурой MIPS.
Фонд prpl является открытой общественной некоммерческой организацией, которая объединяет компании в индустрии высоких технологий, инвестирующие в инновации в области эффективности, переносимости и совместимости ПО и виртуализированных архитектур. Основные сферы интереса prpl включают ЦОДы, сети и устройства хранения данных, подключаемую потребительскую и встраиваемую электронику, Интернет вещей [6].
В начале 2016 года prpl Foundation представила концепцию обеспечения безопасности устройств, подключаемых к сети встроенных систем, и устройств Интернета вещей. Демонстрация данного подхода впервые была осуществлена с помощью системы на кристалле Baikal-T1 на выставке Mobile World Congress в Барселоне [7].
Основная идея создания безопасности с помощью среды prplSecurity заключается в использовании аппаратной виртуализации и обеспечении контроля на аппаратном уровне: заслуживающие доверия компоненты системы “root of trust”, защищённая загрузка, гипервизор, позволяющий одновременное и параллельное выполнение нескольких операционных систем на одном и том же хост-компьютере, и защищённый обмен данными между виртуальными машинами. Микропроцессор Baikal-T1 поддерживает аппаратную виртуализацию и до 7 одновременно исполняющихся виртуальных машин. Среда prplSecurity даёт возможность нескольким копиям дистрибутива операционных систем функционировать параллельно на разных виртуальных машинах на одном процессоре. В созданных таким образом защищённых 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. Таким образом, описанный и продемонстрированный механизм обеспечения безопасности позволяет создавать защищённые от взлома телекоммуникационные и сетевые устройства и встраиваемые системы, подключаемые к сети Интернет.
Изделия FASTWEL на базе отечественного микропроцессора Baikal-T1
Зарекомендовав себя в качестве процессора для ответственных телекоммуникационных и сетевых приложений, микропроцессор Baikal-T1 уже сейчас нашёл своё применение в отечественных устойствах. Примером является новая процессорная плата FASTWEL CPC313 стандарта StackPC (рис. 3).
Модуль CPC313 разработан для использования в широком диапазоне рабочих температур и имеет высокую стой-кость к ударным и вибрационным нагрузкам. Процессорный модуль под-держивает Linux с ядром v3.19, операционную систему реального времени QNX 6.5 и встраиваемую операционную систему жёсткого реального времени FX-RTOS. Основные характеристики модуля приведены в табл. 2.
Модуль CPC313 предлагается использовать при построении систем реального времени, бортовых систем, средств безопасности и связи, контроля производства, высокоскоростного сбора данных и для других ответственных применений, предназначенных для работы в жёстких условиях.
Модуль имеет конструктив StackPC и позиционируется как эволюционная модификация модуля CPC309 на базе процессора Intel Atom D510 с целью его дальнейшего замещения, что делает возможным применение его в бортовом модульном компьютере МК300.
Благодаря небольшому энергопотреблению микропроцессора Baikal-T1 процессорный модуль CPC313 имеет невысокую потребляемую мощность. CPC313 будет иметь длительную доступность на рынке с гарантированным временем жизни платформы от 7 до 10 лет. ●
Литература
- Анимица Е.Г., Анимица П.Е., Глумов А.А. Импортозамещение в промышленном производстве региона: концептуально-теоретические и прикладные аспекты // Экономика региона. – 2015. – № 3.
- Шунков В. Вышел российский микропроцессор Baikal-T1 [Электронный ресурс] // Сайт Geektimes. – Режим доступа : https://geektimes.ru/post/250930/.
- P-Class P5600 Multiprocessor Core // Сайт Imagination Technologies Limited. – Режим доступа: https://imgtec.com/mips/warrior/p-class-p5600-multiprocessor-core/
- Evanczuk S. Evolving a classic RISC architecture // Сайт EDN Network. – Режим доступа: http://www.edn.com/electronics-blogs/systems-interface/4402961/Evolving-a-classic-RISC-architecture.
- Надежин А. Российский процессор «Байкал» [Электронный ресурс] // Сайт Geek-times. – Режим доступа : https://geektimes.ru/post/273192.
- На процессорах «Байкал» начали испытывать технологию безопасности Интернета вещей [Электронный ресурс] // Единый портал электронной подписи. – Режим доступа : http://iecp.ru/news/item/403140.
- prpl Foundation продемонстрировал защиту информации с помощью аппаратной виртуализации в области интернета вещей и сетевых встроенных систем на чипе «Байкал-T1» [Электронный ресурс] // Baikal Electronics. – Режим доступа: www.baikalelectronics.ru/about/press-center/news/PRPL-virtualization/.
Автор – сотрудник фирмы ПРОСОФТ
Телефон: (495) 234-0636
E-mail: info@prosoft.ru
автоматизация
автоматизация
автоматизация
автоматизация
