研究人員為IoT打造開放源碼的處理器核心

　　蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETH Zurich)與義大利波隆納大學(xué)(University of Bologna)的研究人員共同開發(fā)出一款開放源碼的處理器PULPino，專為低功耗的穿戴式裝置與物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用最佳化。

　　開放源碼和協(xié)同開發(fā)是當(dāng)今軟體世界的標(biāo)準(zhǔn)作法，例如Linux。盡管也有一些像OpenRISC與Opencores等硬體計(jì)劃，開放源碼的硬體在板級開發(fā)時(shí)更能取得較大動能。例如Arduino與Raspberry Pi的PCB設(shè)計(jì)可公開取得。然而，這些開發(fā)板上所采用的晶片仍然是專有的。

　　如今，這支由ETH Zurich教授Luca Benini帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)已將其微處理器系統(tǒng)的一項(xiàng)完整設(shè)計(jì)公開在公共領(lǐng)域了，這就是PULP計(jì)劃(平行超低功耗)的衍生系統(tǒng)。

　　32位元的PULPino是專為以電池供電的超低功耗裝置而設(shè)計(jì)，其算術(shù)指令也是開放源碼的：研究人員們打造的這款處理器可相容于加州大學(xué)柏克萊分校(UC Berkeley)所開發(fā)的RISC-V開放源碼指令集。

　　PULP采用4 核心的處理器設(shè)計(jì)

　　PULPino是更通用的PULP之簡化版，內(nèi)建單一處理元素以取代4處理元素叢集，而且也簡化了指令與資料RAM，并于2015年時(shí)采用FPGA建置。根據(jù)官網(wǎng)的簡報(bào)資料，PULPino核心稱為RI5CY，是一種RISC-V的4階循序管線建置。

　　研究人員開發(fā)的處理器核心可媲美ARM Cortex-M4核心，擁有趨近于1 的每周期數(shù)指令集，支援基礎(chǔ)整數(shù)指令集(RV32I)、壓縮指令集(RV32C)以及部份支援乘法指令集擴(kuò)展(RV32M)。它為硬體回路建置了非標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展、后遞增加載與儲存指令集、ALU與MAC作業(yè)。為了執(zhí)行FreeRTOS等嵌入式作業(yè)系統(tǒng)，并支援特權(quán)規(guī)格子集。當(dāng)核心閑置時(shí)，該平臺可切換至低功耗模式，在出現(xiàn)事件/中斷時(shí)僅啟動單一事件單元并喚醒核心作業(yè)。

　　PULP四核心IC采用Globalfoundries的28nm制程，已于2015年11月投片;首批ULPino核心設(shè)計(jì)則在2016年1月采用聯(lián)電(UMC)的65nm CMOS制程投片。PULPino平臺可用于RTL模擬，實(shí)現(xiàn)FPGA與SoC。擁有完整的除錯(cuò)支援，包括FreeRTOS;作業(yè)于400MHz時(shí)脈頻率與1.2V的電壓，晶片功耗約32.8mW。

　　PULPino (Imperio)晶片圖

　　根據(jù)研究人員表示，使用PULPino的授權(quán)將會“十分寬松”，而且也與正開發(fā)中的另一開放源碼處理器lowRISC一致。

　　“從最近許多開放源碼硬體的例子來看，使用權(quán)經(jīng)常受到獨(dú)家銷售權(quán)與非競爭條款的限制，”Benini說，“但我們開發(fā)的系統(tǒng)并未針對授權(quán)附加任何限制條件。”

　　研究人員預(yù)計(jì)，PULPino可以用來驅(qū)動智慧手表、監(jiān)測生理功能的感測器或物聯(lián)網(wǎng)傳感器。 PULPino目前已經(jīng)用于瑞士與歐洲研究機(jī)構(gòu)的其他研究計(jì)劃，以及英國劍橋大學(xué)(Cambridge University)。

　　Benini認(rèn)為，歐洲的中小企業(yè)(SME)應(yīng)該也會對PULPino感興趣，因?yàn)樗麄兘?jīng)常無法負(fù)擔(dān)開發(fā)ASIC的成本。透過開放來源的免授權(quán)費(fèi)設(shè)計(jì)，可望大幅降低開發(fā)成本，從而使SME與ETH受惠。