Sonata v1.0 : แพลตฟอร์ม RISC-V ที่รวม FPGA AMD Artix-7 และ MCU Raspberry Pi RP2040

lowRISC เปิดตัว Sonata v1.0 ซึ่งเป็นแพลตฟอร์มที่มีความเสถียรที่พัฒนาภายใต้โครงการ Sunburst ออกแบบมาสำหรับวิศวกรระบบฝังตัว (Embedded Systems Engineers) โดยแพลตฟอร์มนี้รองรับเทคโนโลยี CHERIoT ช่วยเพิ่มคุณสมบัติการแบ่งส่วน (Compartmentalization) และความปลอดภัยของหน่วยความจำ (Memory Safety) เพื่อเป็นรากฐานที่มั่นคงสำหรับการสร้างระบบฝังตัวที่มีความปลอดภัยสูง

CHERIoT เป็นเทคโนโลยีที่มุ่งเน้นความปลอดภัย โดยพัฒนาขึ้นบน RISC-V Ibex core ของ lowRISC ซึ่งมีพื้นฐานมาจากงานวิจัย CHERI ของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์และ SRI International เทคโนโลยีนี้ช่วยแก้ปัญหาความปลอดภัยของหน่วยความจำ เช่น Buffer Overflow และ Use-After-Free Errors ด้วยสถาปัตยกรรมแบบ Capability-Based ของ CHERI รูปแบบของ Capability ใน CHERIoT ครอบคลุมถึงการกำหนดสิทธิ์การเข้าถึงหน่วยความจำ (Memory Access Permissions), ประเภทของวัตถุ (Object Types) สำหรับการแบ่งส่วน และขอบเขตที่จำกัดการเข้าถึงพื้นที่หน่วยความจำ (Memory Bounds) คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้สามารถแบ่งส่วนได้อย่างมีประสิทธิภาพและปรับขนาดได้ เหมาะสำหรับการรันซอฟต์แวร์ที่ไม่น่าเชื่อถือในระบบฝังตัวอย่างปลอดภัย Sonata v1.0 ใช้ประโยชน์จากสถาปัตยกรรมนี้เพื่อแยกส่วนประกอบต่าง ๆ เช่น Network Stacks และ Kernels ภายใน CHERIoT RTOS

สเปคของ lowRISC Sonata v1.0:

• FPGA – AMD Xilinx Artix-7 (XC7A35T-1CSG324C)
  • CPU – AMD MicroBlaze (Soft-core) บนสถาปัตยกรรม RISC Harvard
  • RAM แบบกระจายสูงสุด 400Kb
  • RAM/FIFO 50 Block พร้อม ECC (36Kb ต่อบล็อก) รวมเป็น ทั้งหมด 1800Kb
  • แพ็กเกจ – 324-LFBGA
• ไมโครคอนโทรลเลอร์ – Raspberry Pi RP2040
  • Core – Dual Cortex M0+ สูงสุด 133 MHz (ค่าเริ่มต้น 48 MHz)
  • หน่วยความจำ – SRAM แบบฝังตัวขนาด 264 kB ใน 6 แบงก์
  • แพ็กเกจ – QFN56 7×7มม.
• หน่วยความจำ – HyperRAM 64 Mbit (Winbond W956D8MBYA5I)
• ที่เก็บข้อมูล
  • SPI Flash 256 Mbit (Winbond W25Q256JVEIQ) ใช้ได้ทั้ง FPGA และ RP2040
  • SPI Flash 64 Mbit (Winbond W25Q64JVZEIQ) สำหรับ RP2040
  • SPI Flash 256 Mbit (Winbond W25Q256JVEIQ) สำหรับจัดเก็บ FPGA Bitstream
  • ช่องเสียบ MicroSD card
• จอแสดงผล – หน้าจอ LCD สีขนาด 1.8 นิ้ว ควบคุมผ่าน SPI
• การเชื่อมต่อเครือข่าย – พอร์ต Ethernet RJ45 10/100 Mbps
• USB – 2x พอร์ต USB Type-C สำหรับโปรแกรมและการจ่ายไฟ
• Serial – RS-232 และ RS-485 ผ่าน 2x 3-pin terminal block
• ดีบัก
  • 2x 10-pin Ibex JTAG header
  • 2x 4-pin ibex UART
  • 4-pin debug header สำหรับ RP2040
  • 2x 3-pin FPGA JTAG header
  • 2x 5-pin Cortex สำหรับ โปรแกรมและดีบัก
• การขยาย
  • 40-pin Raspberry Pi header รองรับ RPI Hat
  • รองรับ Arduino Shield (เฉพาะรุ่น 3.3V)
  • 2x 15-pin R/A header สำหรับ PMOD
  • 2x 8-pin mikroBUS Click
  • 2x 4-pin Sparkfun QWIIC connector สำหรับ I2C
• อื่นๆ
  • 1x สวิตช์สไลด์สำหรับ Bitstream และซอฟต์แวร์
  • 1x ปุ่มสำหรับ RP2040
  • 1x จอยสติ๊กแบบสัมผัส 5 ทิศทาง
  • 1x สวิตช์รีเซ็ต
  • ไฟ LED สีแดงและเขียว 8 ดวง สำหรับผู้ใช้
  • ไฟ LED บ่งบอกข้อยกเว้น Capability 14 ดวง
  • ไฟ LED สีเขียว 3 ดวงสำหรับแสดงสถานะสวิตช์สไลด์บิตสตรีม
  • ไฟ LED RGB WS2813จำนวน 2 ดวง
  • สวิตช์ DIP SPST แบบสไลด์ 8 ตำแหน่งสำหรับผู้ใช้
  • สวิตช์ DIP SPST แบบสไลด์ ตำแหน่งสำหรับปรับ VCC
• แหล่งจ่ายไฟ
  • +5V DC-in ผ่านพอร์ต Type-C
  • Terminal block 2 พินสำหรับ +5V
• ขนาด – 125 x 80 มม.

แพลตฟอร์ม Sonata มาพร้อมกับฟีเจอร์ที่เพิ่มความสะดวกในการใช้งาน เช่น การเขียนโปรแกรมแบบลากและวางด้วยไฟล์ UF2, การสลับบิตสตรีมแบบสด และสภาพแวดล้อมการพัฒนาที่ใช้บน Nix ที่ช่วยให้การสร้างซอฟต์แวร์เป็นแบบที่สามารถทำซ้ำได้ นอกจากนี้ยังมีกรอบการทดสอบที่ครอบคลุม รวมถึงการจำลองด้วย Verilatorและการทดสอบ FPGA อัตโนมัติ ในเวอร์ชัน v1.0 ได้ปรับปรุงประสิทธิภาพด้วยการอัปเดตแผนผังหน่วยความจำ (Memory Map) เพื่อปรับการทำงานของการมัลติเพล็กซ์อุปกรณ์ต่อพ่วง (Peripheral Multiplexing) และการออกแบบบล็อก SPI ใหม่ อย่างไรก็ตาม การอัปเดตเหล่านี้ทำให้ซอฟต์แวร์เวอร์ชันเก่าไม่สามารถใช้งานร่วมกับเวอร์ชัน v1.0 ได้ โดยแพลตฟอร์มนี้ได้รับการออกแบบให้รองรับซอฟต์แวร์ในระยะยาว เพื่อให้ง่ายต่อการย้ายข้อมูลในอนาคต

ด้วยการออกแบบ PCB แบบโอเพ่นซอร์สและอินเทอร์เฟซฮาร์ดแวร์ที่สามารถขยายได้ Sonata รองรับการทดลองและการพัฒนาสำหรับแอปพลิเคชันแบบฝังตัว นักพัฒนาสามารถเข้าถึงเอกสารและทรัพยากรที่มีรายละเอียดบน Wiki และ GitHub ของ lowRISC เพื่อใช้ประโยชน์จากความสามารถของแพลตฟอร์มอย่างเต็มที่

บอร์ด Sonata มีจำหน่ายบน Mouser ในราคา $412.50(~14,000฿) และด้วยการออกแบบ PCB แบบโอเพ่นซอร์ส คุณสามารถสร้างบอร์ดของคุณเองได้ สามารถอ่านและศึกษาในรายละเอียดเพิ่มเติมได้จากหน้าประกาศของสินค้า

แปลจากบทความภาษาอังกฤษ : Sonata v1.0 RISC-V platform combines AMD Artix-7 FPGA and Raspberry Pi RP2040 MCU, features CHERIoT technology for secure embedded systems