LEÓN

LEON (del español : león ) es un núcleo de microprocesador de unidad central de procesamiento (CPU) de 32 bits tolerante a la radiación que implementa la arquitectura del conjunto de instrucciones (ISA) SPARC V8 desarrollada por Sun Microsystems . Fue diseñado originalmente por el Centro Europeo de Investigación y Tecnología Espacial (ESTEC), parte de la Agencia Espacial Europea (ESA), sin ninguna participación de Sun. Versiones posteriores han sido diseñadas por Gaisler Research , bajo diversos propietarios. Se describe en el lenguaje de descripción de hardware VHSIC sintetizable ( VHDL ). LEON tiene un modelo de licencia dual: una licencia de software libre y de código abierto (FOSS) GNU Lesser General Public License (LGPL) y GNU General Public License (GPL) que se puede usar sin costo de licencia, o una licencia propietaria que se puede adquirir para su integración en un producto propietario. ^{[ 3 ] [ 4 ]} El núcleo es configurable a través de genéricos VHDL y se utiliza en diseños de sistemas en un chip (SOC) tanto en entornos de investigación como comerciales. ^{[ 5 ]}

El proyecto LEON fue iniciado por la Agencia Espacial Europea (ESA) a finales de 1997 para estudiar y desarrollar un procesador de alto rendimiento para su uso en proyectos espaciales europeos. ^{[ 6 ]} Los objetivos del proyecto eran proporcionar un diseño de procesador abierto, portátil y no propietario, capaz de cumplir con los requisitos futuros de rendimiento, compatibilidad de software y bajo costo del sistema. Otro objetivo era poder fabricarlo en un proceso de semiconductores sensible tolerante a errores de evento único (SEU). Para mantener el funcionamiento correcto en presencia de SEU, se necesitaban amplias funciones de detección y manejo de errores. Los objetivos han sido detectar y tolerar un error en cualquier registro sin intervención de software, y suprimir los efectos de errores transitorios de evento único (SET) en lógica combinacional.

La familia LEON incluye el primer diseño LEON1 VHSIC en lenguaje de descripción de hardware (VHDL), que se utilizó en el chip de prueba LEONExpress, desarrollado con tecnología de 0,25 μm para demostrar el concepto de tolerancia a fallos. El segundo diseño LEON2 VHDL se utilizó en el procesador AT697 de Atmel (F) y en varios sistemas en chip. Estas dos implementaciones de LEON fueron desarrolladas por la ESA. Gaisler Research, ahora parte de Frontgrade (anteriormente Aeroflex y Cobham ), desarrolló el tercer diseño LEON3 y ha anunciado la disponibilidad de la cuarta generación de LEON, el procesador LEON4. ^{[ 7 ]}

Un procesador LEON puede implementarse en lógica programable, como una matriz de puertas programables en campo (FPGA), o fabricarse como un circuito integrado de aplicación específica (ASIC). Esta sección y las subsecciones subsiguientes se centran en los procesadores LEON como núcleos IP flexibles y resumen las características principales de cada versión del procesador y la infraestructura con la que se empaqueta, denominada distribución LEON .

Todos los procesadores de la serie LEON utilizan la arquitectura RISC ( conjunto de instrucciones reducido ) SPARC V8. LEON2(-FT) cuenta con una arquitectura de cinco etapas , mientras que las versiones posteriores incorporan una de siete etapas. LEON2 y LEON2-FT se distribuyen como un sistema en chip que puede modificarse mediante una herramienta de configuración gráfica. Si bien el diseño de LEON2(-FT) puede ampliarse y reutilizarse en otros diseños, su estructura no prioriza la reutilización de componentes como bloques de construcción ni permite a los diseñadores incorporar fácilmente nuevos núcleos IP.

La distribución estándar LEON2(-FT) incluye los siguientes núcleos de soporte: ^{[ 8 ]}

• Controlador de interrupciones
• Unidad de soporte de depuración con búfer de rastreo
• Dos temporizadores de 24 bits
• Dos transmisores-receptores asíncronos universales (UART)
• Puerto de E/S de 16 bits
• Controlador de memoria .

Los núcleos LEON3, LEON3FT y LEON4 se utilizan normalmente junto con la biblioteca IP GRLIB. Mientras que las distribuciones LEON2 contienen un diseño que puede utilizarse en varias tecnologías de destino, GRLIB contiene varios diseños de plantilla, tanto para placas de desarrollo FPGA como para destinos ASIC que pueden modificarse mediante una herramienta de configuración gráfica similar a la de la distribución LEON2. El paquete LEON/GRLIB contiene un mayor número de núcleos en comparación con las distribuciones LEON2 y también incluye una extensión plug and play (PnP) para el bus AMBA ( Advanced Microcontroller Bus Architecture ) integrado en el chip . Los núcleos IP disponibles en GRLIB también incluyen: ^{[ 9 ]}

• Controlador de memoria de acceso aleatorio dinámico síncrono (SDRAM) PC133 de 32 bits
• Puente de interconexión de componentes periféricos (PCI) de 32 bits con acceso directo a memoria (DMA).
• Dirección de control de acceso al medio Ethernet de 10/100/1000 Mbit ( dirección MAC )
• Controlador de memoria de solo lectura programable (PROM) de 8/16/32 bits y memoria de acceso aleatorio estática (SRAM).
• Controladores DDR/DDR2 de 16/32/64 bits
• Controladores de host y de dispositivo del Bus Serie Universal ( USB ) 2.0
• controlador de red de área de controlador (CAN)
• Controlador JTAG TAP
• Controlador de interfaz periférica serie (SPI)
• Controlador de circuitos integrados interconectados ( I²C )
• Transmisor-receptor asíncrono universal (UART) con primero en entrar, primero en salir ( FIFO ).
• Unidad de temporizador modular
• Controlador de interrupciones
• Puerto de E/S de propósito general (GPIO) de 32 bits

Los sistemas operativos en tiempo real que admiten el núcleo LEON son actualmente RTLinux , PikeOS , eCos , RTEMS , Nucleus, ThreadX , OpenComRTOS , VxWorks (un puerto de Gaisler Research), LynxOS (también un puerto de Gaisler Research), POK ^{[ 17 ]} (una implementación gratuita de ARINC653 publicada bajo la licencia BSD) y ORK+, ^{[ 18 ]} un kernel en tiempo real de código abierto para aplicaciones en tiempo real de alta integridad con el perfil Ravenscar , Embox ^{[ 19 ]} un sistema operativo en tiempo real configurable de código abierto que permite usar software Linux sin Linux.

• OpenSPARC
• Núcleo S1
• OpenRISC
• ERC32
• FeiTeng-1000
• microprocesador blando
• Schiaparelli EDM lander

• Cobham Gaisler
• GR740 : El microprocesador de próxima generación (NGMP) de la ESA
• Cobham: Soluciones resistentes a la radiación y componentes de alta fiabilidad. Archivado el 3 de marzo de 2021 en Wayback Machine.
• Tutorial de LEON3
• GNU/Linux en la arquitectura SPARC con puerto original en LEON