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ReLiSys: IP-Lizenzierung in SoC-Architecturen

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Systems-on-a-Chip (SoCs), die alle Fähigkeiten eines vollwertigen Computersystems auf einem einzelnen Chip vereinen, haben eine Schlüsselrolle in der Entstehung der heutigen vernetzten Welt gespielt. Ursprünglich als gewagte Konzepte, später als technische Herausforderungen, welche große Fortschritte in der Computertechnik anregten, und jetzt – mit den jüngsten Fortschritten bei Miniaturisierungs- und Verpackungstechnologien – als eigentliches Rückgrat eines Großteils unserer aktuellen IT-Infrastruktur machen sie einen Großteil des IoT aus, von Mobiltelefonen bis hin zu eingebetteten Geräten.

Die „Zynq® UltraScale+“-Architektur von Xilinx wird für viele der Hauptanwendungsbereiche dieser winzigen, aber vielseitigen Systeme eingesetzt, z.B. für Bordsysteme im Automobilbereich. Ihre Popularität resultiert insbesondere aus der Möglichkeit, das System an die spezifischen Anforderungen eines jeden Anwendungsfalls im Feld anzupassen, da konfigurierbare Hardware wie FPGAs (Field Programmable Gate Array) ein Maß an Flexibilität bieten, das mit monolithischen Out-of-the-Box-Systemen nicht erreichbar ist.

Motivation

Jedes System, das so konzipiert ist, dass es im Feld umprogrammierbar oder rekonfigurierbar ist – ob es sich um hochmoderne FPGA-SoCs oder ein anderes offenes System dieser Art handelt – stellt einzigartige Herausforderungen für Sicherheit und Lizenzierung dar. Jedes Hinzufügen neuer Elemente und jede Neukonfiguration bringt oft sensible Hardware-IP in das System, während es auch seinen Aufbau und seine Eigenschaften und somit seine Identität ändert. Der Schutz und die Kontrolle dieses geistigen Eigentums erfordern ein Lizenzierungssystem, das flexibel genug ist, um alle Änderungen zu berücksichtigen, ohne Kompromisse bei der Sicherheit einzugehen.

Vor diesem Hintergrund beabsichtigt das ReLiSys-Projekt, einen Anwendungsfall für Lizenzierungen zu definieren und ein Lizenzierungsmodell für dynamische und heterogene Systeme zunächst unter Verwendung der Zynq UltraScale+-Architektur zu entwickeln. Im Anschluss soll eine Plattformunabhängigkeit ermöglicht werden, die den Einsatz des Lizenzierungsmodells für beliebige Architekturen erlaubt. Hierdurch soll die Flexibilität der umprogrammierbaren Hardware mit einem feldprogrammierbaren Lizenz-Rekonfigurationsmanager gespiegelt und das resultierende System für andere potenzielle Anwendungen getestet werden, die ein ähnliches Maß an Anpassungsfähigkeit erfordern.

Ziele und Vorgehensweise

Das ReLiSys-Projekt wurde auf Basis eines fokussierten, dreiteiligen Ansatzes entwickelt, um einen effektiven Fortschritt hin zu einer funktionierenden Lösung zu gewährleisten, die für den aktiven Einsatz bereit ist, die aber auch als potenzielle Anwendung für andere Anwendungsfälle genutzt werden kann.

Im ersten Teil wird der konzeptionelle Rahmen definiert, der die Definition eines realisierbaren Anwendungsfalls und die Entwicklung eines Lizenzierungsmodells für heterogene SoCs beinhaltet. Besonderes Augenmerk wird auf die Integration der CodeMeter-Technologie von Wibu-Systems in die Zynq UltraScale+-Architektur, welche als eine Art Torwächter für die Überprüfung der rekonfigurierbaren Hardware-IP gegen die relevanten Lizenzrichtlinien fungiert. Dies ist notwendig, um die Kontrolle darüber zu behalten, ob, wo, auf welchen SoCs und wie oft bestimmte Hardware-IP rechtmäßig verwendet werden kann.

Dies wird im zweiten Teil des Projekts erreicht, dessen Ziel die Entwicklung eines dedizierten Lizenzrekonfigurationsmanagers und eines Rekonfigurationsspeichers ist. Die Bitströme, welche verschlüsselt im Rekonfigurationsspeicher vorgehalten werden, sollen dabei auf Änderungen überprüft und mittels der CodeMeter Technologie gegen die integrierten Lizenzrichtlinien abgeglichen werden.

Innovationen und Perspektiven

Der dritte Teil des Projekts beschäftigt sich mit der Analyse, wie die erzielten Ergebnisse, insbesondere der Rekonfigurationsmanager, auf andere Anwendungsfälle oder SoC-Szenarien übertragen werden kann, und widmet sich damit dem praktischen Nutzen von ReLiSys. Es ist beabsichtigt, einen funktionierenden ReLiSys-Prototypen als Nachweis für die Machbarkeit der Lösung und als Testfall zu entwickeln, um die Anwendbarkeit des Ansatzes für verschiedene Anwendungen oder sogar andere Architekturen zu überprüfen und so die die bewährte Sicherheit eines zuverlässigen Lizenzierungssystems in das zunehmend relevante Gebiet programmierbarer eingebetteter Systeme zu bringen.