Новые IoT-ориентированные микроконтроллеры Cortex-M добавляют ARMv8 и TrustZone

ARM выпустила свои первые микроконтроллеры Cortex-M с ARMv8-M и безопасностью TrustZone: крошечный, маломощный Cortex-M23 и более быстрый Cortex-M33.

На выставке ARM TechCon в Санта-Кларе компания ARM представила два новых микропроцессора Cortex-M, которые в ближайшее десятилетие станут основными рабочими лошадками Интернета вещей, вытеснив большинство существующих конструкций Cortex-M.
Cortex-M23 и Cortex-M33 также являются первыми процессорами Cortex-M с технологией ARMv8-M, обеспечивающей безопасность ARM TrustZone и другие преимущества.
Поддержка TrustZone обеспечивается с помощью новой IoT-ориентированной сети на кристалле CoreLink SIE-200, которая добавляет блоки IP поверх интерфейса AMBA 5 AHB5.
ARM также анонсировала технологию TrustZone CryptoCell-312 для создания безопасных SoC на основе ARMv8-M.

Cortex-M23 заполняет зазор между ядрами Cortex-M0 и Cortex-M0 + на нижнем конце, в то время как -M33 находится между Cortex-M3 и -M4.
Они оба, однако, по существу заменяют всех этих предков.
Если учесть, что за последнее десятилетие было поставлено более 22 миллиардов чипов с поддержкой Cortex-M, и этот спрос растет для приложений IoT, влияние должно быть огромным.
IP изначально появится в процессорах от Analog Devices, Microchip, Nuvoton, NXP, Renesas, Silicon Labs и STMicroelectronics.


Блок-схемы ARM Cortex-M33 (слева) и Cortex-M23

(нажмите на картинку, чтобы увеличить)

Новые проекты Cortex-M, в которых используются базовые (Cortex-M23) и Mainline (Cortex-M33) версии ARMv8-M ISA, обратно совместимы с архитектурами ARMv6-M и ARMv7-M.
Cortex-M23 совместим в восходящем коде с -M33, говорит британская ARM, недавно купленная японским SoftBank за 31 млрд долларов.

IP, который мы, скорее всего, увидим на хакерских досках, это Cortex-M33.
Конструкция обеспечивает на 20% большую производительность, чем Cortex-M4, но даже при использовании TrustZone она по-прежнему обладает такой же энергоэффективностью, говорит ARM.
Согласно отчету Полукруга от Томаса Райана, Cortex-M33 примерно на 80 процентов меньше, чем энергоэффективный прикладной процессор Cortex-A5 от ARM.

Cortex-M33 оптимизирован для детерминированных операций в реальном времени и имеет дополнительные инструкции DSP / SIMD.
Другие опции включают в себя модуль с плавающей запятой одинарной точности, модуль защиты памяти (MPU) с 16-кратными областями на статистику безопасности и контроллер прерываний пробуждения.
В Cortex-M33 предусмотрен выделенный интерфейс для 8-кратных сопроцессорных модулей для расширенной функциональности, и он поддерживает «широкий спектр разнообразных приложений, начиная от подключенных узлов IoT Bluetooth и заканчивая интеллектуальными контроллерами двигателей», - говорит ARM.

Cortex-M23 составляет примерно треть размера Cortex-M33, обеспечивая при этом более чем вдвое большую энергоэффективность.
С TrustZone он получает ту же мощность, что и Cortex-M0 +, говорит ARM.
Процессоры достаточно эффективны, чтобы поддерживать безопасные «энергозатратные узлы IoT», говорит разработчик IP-чипов.

В то время как Cortex-M33 имеет трехступенчатый конвейер, меньший Cortex-M23 имеет две ступени, и нет опции DSP.
Как и Cortex-M33, -M23 поддерживает TrustZone и Thumb / Thumb2, и имеет дополнительный MPU и контроллер прерываний пробуждения.
Также имеется вложенный векторный контроллер прерываний (NVIC), поэтому вам не нужно добавлять внешний контроллер.
Другие функции включают гибкие спящие режимы и отладку со встроенной трассировкой.

Первой архитектурой ARM MCU, добавившей ARMv8, был более высокий, но менее широко используемый Cortex-R, но он не привел TrustZone к поездке.
Проект ARMv8-R , который начал развиваться примерно в то время, когда ARM анонсировал свою ОС Mbed в 2014 году, привел к созданию нового дизайна Cortex-R52 , который предназначен для автономных автомобильных приложений.

Как и ARMv8-M, ARMv8-R является 32-разрядным, но он заимствует функции из 64-разрядного ARMv8-A, такие как аппаратная виртуализация и более продвинутый MPU.
Считается, что ARMv8-R позволяет критически важным для безопасности встроенным приложениям, таким как автомобильные компьютеры, запускать ОСРВ, программный код и даже интеграцию Linux и Android на одном процессоре.

ARM Mbed Cloud

Неудивительно, что ARM выдвигает свою собственную ОС Mbed, платформу устройств Mbed IoT и недавно анонсированное решение ARM Mbed Cloud SaaS в качестве главной платформы для разработки своих новых чипов ARMv8-M.
Другие RTOS также, как говорят, поддерживаются.
Считается, что ARM Mbed Cloud упрощает подключение, защиту, предоставление и обновление устройств на базе Mbed в сложных сетях.
Общая доступность ожидается в 1 квартале 2017 года.

Предположительно, SoC Cortex-M33, которые добавляют контроллеры памяти, также могут запускать uClinux.
ARM не рассматривал вопрос о том, что он будет делать со своим мощным, готовым к использованию uClinux Cortex-M7, который сейчас находится между Cortex-M33 и Cortex-R.

Ни один стандартный, полноценный дистрибутив Linux не может плавать в этих водах.
Устройства, работающие на Cortex-M33 и M-23, вместо этого будут связаны с интеллектуальными периферийными устройствами и шлюзами под управлением Linux и других современных операционных систем на процессорах Cortex-A.
Они также часто запускают TrustZone, обеспечивая общесистемный подход к безопасности IoT.

Предполагая, что TrustZone столь же надежен, как утверждает ARM, - в начале этого года было выявлено, что реализация TrustZone компании Qualcomm была скомпрометирована - ARMv8-M с TrustZone дает ARM новый инструмент для борьбы с Intel в средне- и высокочастотных «туманных вычислениях». Сегмент Интернета вещей, где живет Linux.
На этой неделе Intel анонсировала новый 14-нм процессор Atom E3900 «Apollo Lake» для противотуманных вычислений IoT.

На прошлой неделе проблема безопасности устройств IoT достигла своего апогея из-за атаки DDoS- атак на основе бот-сети Mirai на службу Dyn, в результате которой большая часть общедоступного Интернета была на один день в США. Устройства IoT, которые были взломаны однако в результате атаки были установлены устройства с более высокой мощностью, работающие под управлением Linux.

CoreLink SIE-200 и CryptoCell-312

Новый дизайн сети на кристалле CoreLink SIE-200 от ARM представляет собой комбинацию IP объединительной платы, предназначенную для создания устройств IoT с использованием чипов на базе ARMv8-M, которые включают TrustZone.
Предварительно проверенный для ARMv8-M, CoreLink SIE-200 построен на основе интерфейса AMBA 5 AHB5 с IP-блоками, которые составляют основу безопасности, построенную на базе TrustZone.

По словам ARM, CoreLink SIE-200 обеспечивает сигнализацию безопасности для каждой транзакции для обеспечения аппаратной изоляции с эффективным распределением памяти и периферийных устройств между безопасными и незащищенными приложениями.
Конструкция также позволяет выключать части MCU, когда они не используются.
Разработка возможна с помощью ARM Mbed OS, Keil MDK, ARM Socrates IP Tooling и нескольких ОСРВ.


Блок-схемы CoreLink SIE-200 (слева) и CryptoCell-312

(нажмите на картинку, чтобы увеличить)

ARM также анонсировала ускоритель криптографии CryptoCell-312, который можно загрузить на платформу CoreLink SIE-200.
Это аппаратное / программное решение обеспечивает асимметричную и симметричную криптографию на уровне SoC, политику доступа к корням доверия, генератор случайных чисел и многое другое.


ARM Cordio поток разработки

(щелкните изображение, чтобы увеличить)

Разработчики микросхем также могут добавить недавно объявленный стек IP-радио Cordio в платформу CoreLink SIE-200, обеспечивая расширенную поддержку Bluetooth 5 и 802.15.4 с низким энергопотреблением.
Cordio от ARM рекламируется для обеспечения большей гибкости, например, позволяя вам запускать Bluetooth и радио 802.15.4, такие как ZigBee или Thread, на одном устройстве.

Дальнейшая информация

Похоже, что теперь доступны проекты Cortex-M23 и Cortex-M33, а также связанные с ними CoreLink, CryptoCell и Cordio IP.
Дополнительную информацию можно найти в объявлении ARM , а также на страницах продуктов ARM Cortex-M33 и Cortex-M23 .