目前，基于開放標準指令集架構RISC-V的解決方案在市場上的占有率越來越高。今天我們為大家介紹一款俄羅斯初創公司Milandr剛剛推出的RISC-V處理器。處理器型號為K1986BK025，被用于電表控制。

基于RISC-V內核的K1986BK025微控制器是Milandr的第二代電表微控制器。第一代K1986BK2x芯片已經在ARMCortex-M0處理器內核上開發，并且已經生產了5年以上。在此基礎上，已經設計了Milur儀表。

然而，時間不會停滯，技術需要不斷發展，新的市場規則規定了對新芯片的新要求。需要引入符合俄羅斯計量設備的“最低功能”標準更多功能需求。還需要合適的價格，可以與TI和NXP等巨頭的競爭。新的智能電表可以關閉和限制用電量。這意味著新系統也應提供信息安全性，以使入侵者無法自行決定關閉或打開電源。基于這些需求Milandr研制了些都產一款新的基于RISC-V處理器：K1986BK025，接下來做詳細介紹。

1.主要功能

處理器核心：RISC-V（BМ-310SCloudBEAR）主頻：60MHz電源電壓（主）2.2。。.3.6V電源電壓（ADC使用）3.0。。.3.6V電源電壓：1.8。。.3.6V閃存程序存儲器容量：256+8KB存儲器容量RAM：112KB一次性可編程ROM的容量：16KB計量用電測量ADC：24位sigmadelta，7通道用于計算功耗的ADC：10位帶溫度傳感器接口：5xUART，3xSPI，1xI2C用戶IO：55具有實時時鐘和篡改檢測的512字節電池域4個32位定時器模塊，具有4個事件捕獲通道和PWM4個32位定時器塊，4個事件捕獲通道和PWM看門狗定時器具有變量多項式的CRC計數塊對稱密碼算法計算支持塊隨機數產生裝置頻率變化檢波器電源電壓檢測單元（主、電池）光檢測器塊電力供應鏈中的噪聲產生裝置調試接口：JTAG封裝類型：QFN88（10x10mm）工作溫度：50°C…+85°C系統結構：

2.處理器核心

如前所述，芯片的核心是帶有BM-310標記的32位RISC-V處理器內核（采用RV32IMC配置），它是由CloudBEAR設計的。這不是他們唯一的處理器核心。他們提供了一系列的核心，從小型微控制器核心到高性能的64位多處理器集群。

Milandr正在開發基于CloudBEAR組合中不同復雜程度的內核的新產品?，F在只有基于BM310內核的K1986VK025已上市。不過，其他產品，包括基于64位內核的產品將很快面世。BM-310內核是一個32位的RISC-V內核，采用三段式匯編，能夠在兩個周期內完成一次乘法運算。在這個版本的芯片中還沒有實現對浮點運算的支持（雖然內核允許設置浮點運算）。

BM-310內核在CoreMark測試中的性能為3.0CoreMark/MHz。因此，它可以與ARMCortex-M3相媲美。同時，新芯片中的核心面積只有0.3m㎡，考慮到大部分計算功耗參數的任務都是由計量ADC的硬件控制器來完成的，因此主要處理能力的核心可以用于計量裝置的通信任務。

3.價格

芯片尺寸是芯片成本的主要因素。它的面積越大，價格越貴，生產技術越復雜，價格也就越高。同時，使用的技術越復雜，實現所需功能所需的面積就越小，因此價格會更便宜?？傮w而言，技術的選擇并不明顯。第一代K1986BK2x芯片開發于180nm。大約三分之一的芯片屬于模擬部分（實際上是sigma-deltaADC、電源、IO），當切換到更精細的工藝時，當切換到更細微的工藝時，這部分實際上不會減少。但按照新的要求，功能量要增加近4倍。

新的芯片實現了256KBFlash對64K，RAM112KB對16K，5個UART，3個SP，還有更多的加密技術。。。。。。所以，經過全面的估計和計算，決定如果特別在意成本，那么用90nm的技術是可以進入要求的成本范圍的，當然采用用65nm或更低的技術會更好，但一般來說，開發成本也將會提高高，會使項目在融資方面的風險更大。

4.計量ADC

如果處理器核心是微控制器的心臟，那么計量ADC就是其大腦，因為它是用于指定微電路分配。微控制器實現了一個包含7個通道的24位Σ?ADC的模塊。

對于三相網絡，所有通道分為三對F0-F2（電壓通道和電流通道）和一個獨立的電流通道（稱為F0）。7個通道中的每個通道都以高達16kHz的輸出采樣率數字化輸入信號。

此外，在每對通道F0-F2中，都有機會計算電流/電壓的均方根值，計算有功和無功功率，計算消耗的有功和無功電能，電壓中的信號頻率通道，峰值超出部分以及信號下降到低于設定水平。

這些額外的功能塊降低了處理器的負載，從而減少了整個芯片的功耗。此外，每個ADC都有一個獨立的DMA通道，無需處理器參與即可將數據保存到RAM。

Σ?ADC單元的主要參數和功能列表：

7個獨立的ADC，輸出采樣率為4/8/16kHz（4個電流通道和3個電壓通道）。這些通道組成3個塊，用于測量每個相F0-F2的參數。在通道F0的塊中，實現了當前通道（具有最大值）的自動選擇，用于功率特性的后續計算。如果電流差超過6％，則會產生中斷。除此功能外，其余的塊F0-F2是相同的。所有ADC通道均具有獨立的斜率校準系數特性。每個當前通道都有一個獨立的積分器。每個ADC模塊（F0-F2）通過電壓通道獨立計算信號周期。計算此值的周期數可以設置為等于1/2/4/8/16/32/64/128個周期。每個模塊都可以驗證電壓通道中周期性信號的損耗。每個模塊都可以驗證電壓“下降”到指定水平以下，以及電流和電壓通道中的信號是否超出指定限制。允許以0.02％的精度校正電壓通道中信號的相位。允許計算均方根值，電流和電壓的均方根平方值以及它們的獨立校準。在計算有功和無功能量時，該期間的累計能量值存儲在單獨的寄存器中（用于正和負能量）。全功率和能量計算。相對于相位0計算相移。因此，計算所消耗的功耗是在處理器的最小參與下執行的。

5.保護

5.1密碼保護

該微電路實現了信息保護的所有功能，包括：

支持塊密碼AES的協處理器塊；隨機數發生器；用于計算任意多項式的CRC的塊；帶電池的關鍵信息專用易失性存儲一次性可編程引導加載程序ROM，可實現每個芯片的唯一標識。對稱加密是在協處理器的基礎上實現的，協處理器可以加快最困難的操作。這樣可以以最高10Mbps的最高性能來加速加密速度。如有必要，可在軟件中實現非對稱密碼算法。

5.2工程防護

為了防止各種工程方法對電能表和獨立芯片的沖擊，采用了特殊的工程保護方法：

3個用于篡改檢測器的引腳（電子密封件）頻率變化檢測器模塊電源電壓變化檢測器單元光學探測器單元防止未經授權的內存讀取針夯探測器的引腳是微控制器的三個單獨的引腳，即使在沒有主電源（僅電池）且所有時鐘關閉的情況下，也可以通過它們記錄來自外部電子密封件的信號。因此，將檢測并記錄對儀表的任何機械沖擊嘗試。除了設備外殼的保護機制外，還實現了保護微電路自身免受更復雜攻擊的方法。

為了消除處理器頻率“加速”或反之“減速”的情況，實現了頻率變化檢測器，它不斷地將外部頻率源與內部RC發生器進行比較，當偏差發生在規定的范圍之外時，它就會產生事件或將芯片切換到內部（在芯片上實現的）應急頻率源。

頻率信號的“突變”由輸入信號的濾波系統來抵消。為了在打開主電源時正確啟動微電路，以及檢測電源超出可接受范圍的事實，實現了一個電壓檢測單元。該單元還監測在沒有主電源的情況下，芯片賴以工作的電池電量。因此，已經消除了任何通過電源電壓破壞微電路運行的操作或企圖。

為了避免關鍵信息通過“后側”通道（例如電源電路）泄漏，已經在微電路中使用偽隨機數發生器實現了主電源噪聲掩蔽模塊。該模塊會產生一個隨機變化的附加消耗，用量掩蓋主消耗。為了防止更嚴重的半侵入式和侵入式攻擊（當訪問微電路的裸片甚至裸片的單個電路時對微電路的攻擊），實現了光學檢測器。由于通常是微電路的裸片，因此不可能有光進入。萬一微電路斷開并且光線接觸芯片，光學傳感器將發出警報。

如果入侵者走得更遠，那么為了限制對微電路內部電路的訪問，在裸片布局的上層實施保護堆棧，其中接地電路和功率電路交織在一起，以及沿信息電路傳輸隨機多項式。順便說一句，這就是為什么上面的圖片顯示的是CAD的布局圖，而不是裸片的真實照片。

至于裸片的真實圖片，看起來像這樣。

對比一下，ST卡芯片（ST23系列）的防盜網是這樣的。

如果網狀物完整性受到物理侵犯，也會產生報警。軟件必須監控所有報警事件，如果發生，則記錄攻擊的事實。更為重要的是，可以配置微電路，當檢測到攻擊時，密碼密鑰信息會自動刪除。這一切都需要軟件的保證。

對于用戶程序，該芯片包含16KB的一次性可編程ROM和256+8KB的可重新編程閃存。該芯片是從內置的一次性可編程存儲器啟動的。最初，在芯片制造時，這個存儲器是干凈的，對于系列化產品，在測試和剔除過程中要加載一個啟動可信的bootloader。這樣就可以為每個芯片提供唯一的標識，保證計量和加密軟件的完整性，同時也保證了閃存中用戶程序的保護。
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