Tre magisterstudenter på Mälardalens högskola i Västerås behövde en Arm-processorkärna till ett forskningsprojekt. Men att köpa en sådan blev för dyrt, i synnerhet som det var källkoden man var ute efter. Så de tre tog helt sonika och konstruerade en egen Arm-kärna utifrån dokument som man laddat ned från Internet och annan öppen information. Internt gick projektet under namnet Black Arm.

- Det är en klon av Arm7tdmi som klarar ungefär 95 procent av den processorns instruktionsuppsättning, berättar handledaren Joakim Adomat.

Det som inte finns med är multiplikation, pipeline och tillståndsförändringar (state changing instructions). Inte heller går Black Arm att använda i 16-bitarsläge, det så kallade Thumb mode, utan kan enbart jobba med 32 bitar. Däremot har studenterna lagt till en instruktion för inhämtning av data på förhand, så kallad prefetch.

- Det var därför vi behövde källkoden, vi ville modifiera arkitekturen, säger Joakim Adomat.

- Ett framtida delmål är att modifiera en standardprocessor genom att lägga till fler prefetchfunktioner och flera registerbanker, tätt integrerade med operativsystemet.

Han och studenterna, Mladen Nikitovic, Mikael Collin och Raimo Haukilahti, funderade ett tag på att lägga ut Black Arm på Internet och på så vis göra den allmänt tillgänglig. Då skulle många fler personer kunna arbeta med kärnan, och förhoppningsvis få fram en stabil källkod. Men risken för patentintrång gjorde att man avstod.

På Internet finns redan ett antal nedladdningsbara syntetiserbara processorkärnor, se faktarutan. Någon nedladdningsbar Arm-klon finns dock veterligen inte.

Arm har ändrat attityd

Det brittiska företaget Arm, som säljer originalkärnan, var föga förvånande negativt inställt till Västeråsstudenternas tankar på att ge spridning åt Black Arm. Företaget har tidigare stämt andra som klonat Arm, som amerikanska Picoturbo.

- Numera har Arm ändrat sin attityd mot oss. Från början var de ganska ointresserade, idag är de mer tillmötesgående, berättar Joakim Adomat.

- Vi har fått erbjudande om både källkod, samarbete och sponsring. Men då vill de förstås att vi skriver på en del avtal.

Samarbetsinviter har också kommit från andra håll, såväl kommersiella som akademiska. Hur man ska göra med kärnan är ännu inte bestämt.

Black Arm är egentligen bara en mindre del i det större forskningsprojektet Socrates, en lätt krystad akronym för System on a Chip for Real Time Embedded Systems. Syftet med det projektet är att visa upp en metodik för att snabbt ta fram ett stort system på kisel med flera parallella processorer.

I projektet nämner man att det ska ta 40 dagar, men större delen av tiden går åt för tillämpningen. Att kompilera plattformen för simulering tar fem minuter, och syntesen tar något dygn. Den syntetiserade VHDL-koden ryms i en FPGA.

- Vi har gjort en generisk plattformsgenerator. Hårdvaruflödet är helt parametriserat, så att konstruktionen lätt kan skalas upp.

- För programvarudelarna återstår en del arbete för att nå skalbarhet.

Poängen är att man kan öka prestanda genom att lägga till en processor, och ändå inte behöva ändra koden. Allt som behövs är en omkompilering. Den extra hårdvaran behöver inte verifieras då den är skriven i parametriserad VHDL.

- Vi är inte riktigt klara med första steget ännu. Det jobb som är kvar kan ta tid, men det är inte svårt .

- Steget från prototyp till produkt är stort. Bland annat krävs en effektivare buss, bra debugstöd och en utvecklingsmiljö till programvaran.

Projektet presenterades denna vecka på konferensen Date. Hur det ska vidareutvecklas är inte klart. Joakim Adomat nämner budgetproblem och att främsta målet är att få in forskarna som doktorander.

- Möjligen blir det en asicversion till sommaren, säger han.