ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
ECF26 infobanner

IN FOCUS

AI-agentit tuovat älykkään automaation piirien ja piirilevyjen suunnitteluun

Puolijohde- ja piirilevysuunnittelun seuraavaa vaihetta määrittävät kaksi rinnakkaista tavoitetta. Ensinnäkin halutaan kasvattaa suunnittelutyökalujen suorituskykyä. Lisäksi on tärkeää parantaa suunnittelijoiden tuottavuutta.

Lue lisää...

ETNtv

 
ECF25 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan
  • Aku Wilenius, CN Rood
  • Tiitus Aho, Tria Technologies
  • Joe Hill, Digi International
  • Timo Poikonen, congatec
  • ECF25 panel
ECF24 videos
  • Timo Poikonen, congatec
  • Petri Sutela, Testhouse Nordic
  • Tomi Engdahl, CVG Convergens
  • Henrik Petersen, Adlink Technology
  • Dan Still , CSC
  • Aleksi Kallio, CSC
  • Antti Tolvanen, Etteplan
ECF23 videos
  • Milan Piskla & David Gustafik, Ciklum
  • Jarno Ahlström, Check Point Software
  • Tiitus Aho, Avnet Embedded
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Pasi Suhonen, Rohde & Schwarz
  • Joachim Preissner, Analog Devices
ECF22 videos
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Timo Poikonen, congatec
  • Kimmo Järvinen, Xiphera
  • Sigurd Hellesvik, Nordic Semiconductor
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Andrea J. Beuter, Real-Time Systems
  • Ronald Singh, Digi International
  • Pertti Jalasvirta, CyberWatch Finland
ECF19 videos
  • Julius Kaluzevicius, Rutronik.com
  • Carsten Kindler, Altium
  • Tino Pyssysalo, Qt Company
  • Timo Poikonen, congatec
  • Wolfgang Meier, Data-Modul
  • Ronald Singh, Digi International
  • Bobby Vale, Advantech
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Zach Shelby, Arm VP of Developers
ECF18 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan CTO
  • Heikki Ailisto, VTT
  • Lauri Koskinen, Minima Processor CTO
  • Tim Jensen, Avnet Integrated
  • Antti Löytynoja, Mathworks
  • Ilmari Veijola, Siemens

ETN

TMSNet  advertisement
ETNdigi
A la carte
AUTOMATION DEVICES EMBEDDED NETWORKS TEST&MEASUREMENT SOFTWARE POWER BUSINESS NEW PRODUCTS
ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT US CONTACT
Share on Facebook Share on Twitter Share on LinkedIn

TECHNICAL ARTICLES

IP suojaan ulkoiseen muistiin

Tietoja
Kirjoittanut Veijo Ojanperä
Julkaistu: 31.03.2025
  • Devices
  • Embedded

Monet markkinoilla olevat mikro-ohjaimet tarjoavat tallennuskapasiteettia muutamien megatavujen verran, mikä vaikuttaa merkittävästi tuotteen hintaan. Sopiva vaihtoehtoinen ratkaisu on käyttää ulkoista muistia, jota voidaan hankkia suuremmissa määrissä selvästi edullisempaan hintaan ja useilla eri kapasiteettivaihtoehdoilla – yleensä muutamasta megatavusta satoihin megatavuihin.

Nykyään sulautettujen järjestelmien muistivaatimukset kasvavat jatkuvasti lisääntyvän yhdistettävyystoiminnallisuuden ja sovellustason monimutkaisuuden vuoksi. Monet markkinoilla olevat mikro-ohjaimet tarjoavat tallennuskapasiteettia muutamien megatavujen verran, mikä olisi vielä vuosikymmen sitten katsottu enemmän kuin riittäväksi ja tulevaisuuden kannalta varmaksi ratkaisuksi tavallisiin sovelluksiin. Toisaalta vielä suuremman haihtumattoman muistin integrointi vaatii huomattavan suuren piipinta-alan, mikä vaikuttaa merkittävästi tuotteen hintaan.

Sopiva vaihtoehtoinen ratkaisu on käyttää ulkoista muistia, jota voidaan hankkia suuremmissa määrissä selvästi edullisempaan hintaan ja useilla eri kapasiteettivaihtoehdoilla – yleensä muutamasta megatavusta satoihin megatavuihin.

Ulkoisen muistin käyttö soveltuu paitsi sovellusdatan tallentamiseen, myös sovelluskoodin säilyttämiseen, jolloin ei tarvitse huolehtia valmistajan tuotekehityssuunnitelmista tai siitä, pystyykö se vastaamaan tuleviin tarpeisiin. Tämä tuo mukanaan joitakin lisähuomioita, kuten ulkoisesta muistista suoritettavan koodin suorituskyvyn sekä sovelluskoodin suojaamisen kopioinnilta tai muokkaukselta.

Ensimmäiseen ongelmaan ratkaisu on käyttää laajaväyläistä muistia, joka kasvattaa sarjaviestilinjojen fyysistä tiedonsiirtokapasiteettia. Nämä ratkaisut tarjoavat yhden parhaista vaihtoehdoista kompromissina IO-yhteyksien määrän ja saavutettavan suorituskyvyn välillä, tarjoten jopa kaksinkertaisen suorituskyvyn verrattuna perinteiseen Quad-SPI-väylään. Yleensä tällaiset modernit muistit tukevat myös hieman korkeampia käyttökellotaajuuksia, mikä parantaa suorituskykyä entisestään.

Muistin sisällön suojaaminen edellyttää kryptografisten tekniikoiden käyttöä koodin salaamiseksi, sillä muuten hyökkääjän olisi helppo yhdistää muistipiiriin ja lukea tallennettu sisältö pienellä vaivalla. Jotta salauksen purku ei aiheuttaisi viiveitä, on käytettävä suunnitteluratkaisuja, jotka toimivat nopeasti ja suoraan ohjeiden hakuprosessin yhteydessä – toisin sanoen täysin läpinäkyvästi suorittimen näkökulmasta.

Artikkeli löytyy uusimmasta ETNdigi-lehdestä täältä. Alla se on kokonaisuudessaan.

 

PROTECT YOUR IP WITH EXTERNAL MEMORY

Giancarlo Parodi, Renesas Electronics

Many microcontrollers on the market provide storage density in the range of few Megabytes, which does impact the cost of the product significantly. A suitable alternative solution is using external memory, which can be purchased in volumes at comparably lower prices and with several densities’ options, typically starting from few to hundreds of Megabytes.

Nowadays, embedded systems are constantly growing their memory requirements because of increasing connectivity functionality and application-level complexity. Many microcontrollers on the market provide storage density in the range of a few Megabytes, which only a decade ago would have been regarded as more than sufficient and future-proof for the average application. On the other hand, integrating even more non-volatile memory requires quite a large silicon area, impacting the cost of the product significantly. A suitable alternative solution is using external memory, which can be purchased in volumes at comparably lower prices and with several density options, typically starting from few to hundreds of Megabytes.

The external memory solution is suitable not only for holding application data but also for storing application code, therefore removing any concern about the supplier roadmap to be able to fulfill future needs. On the other hand, some additional aspects must be taken into consideration like the performance of the code executing from the external memory, and how to protect the application code from cloning or modification.

For the first problem, the solution is to use a memory with a wide interface which increases the physical throughput for the serial lines. Memories with an octal interface provide one of the best choices in terms of tradeoff between the number of IO connections and the achievable 2x throughput improvement compared to the legacy Quad-SPI interface. Normally such modern memories also support slightly higher operating frequencies so that the performance improvement is even more significant.

Protecting the content of the memory requires the use of cryptographic techniques to encrypt the code, since otherwise it would be easy for an attacker to connect to the memory and read out the stored information with small effort. To avoid latencies for the decryption process it is necessary to use design solutions that are fast and executed in line with the instruction fetching process—in other words, transparent from the CPU perspective.

The latest Renesas MCUs like the RA8x1 series implement a so-called ‘decryption on the fly’ (DOTF) architecture which serves exactly this purpose. A conceptual representation of the solution can be seen in Figure 1.

The principle is quite simple and based on the AES encryption/decryption standard, using counter mode (CTR) as specified in NIST SP800-38A. The principle of CTR mode operation is shown in Figure 2.

In CTR mode, a set of counters are used as input to a block cipher function, to generate a secret output which is then exclusive-ORed with the plaintext (or ciphertext) to encrypt (or decrypt) the message data. The sequence of counters must be chosen so that every input block in the set is unique. This requirement is valid for all ‘messages’ (i.e. data items) which are encrypted using the same key.

One nice property of CTR mode is that the cipher functions associated with the counter can be performed upfront independently from each other, and do not need to wait for the data block to be available. This helps to reduce latency while reading out the encrypted data from the octa memory, since the generation of the output block can be done in parallel. Also, a certain plaintext block can be recovered independently from any other block, which is convenient for fetching program data, since depending on the program flow the processor might request to read code at non-sequential address locations.

Figure 1. DOTF architecture.

The parameters used to define the counters need to be chosen carefully to ensure their uniqueness. An AES block is 16 bytes (128 bits) in size; therefore, the counter must be also 128 bits wide. Every encrypted block in memory is aligned to 16 bytes too, and to create a unique counter a concatenation of an initial value and the memory address can be used.

Figure 2 - CTR mode (source: NIST SP800-38A).

The initial value is essentially a nonce (unique, random number used once) and the address of the encrypted block being read has the 4 LSBs masked, to create the counter value according to the following scheme: counter [127:0] = InitialValue [127:28] || (MemoryAddress [31:4] >> 4).

There are a couple of further interesting features in the implementation which are very useful to make it a flexible and user-friendly solution. First, the application can define an address boundary for which the decryption on the fly will be used, or otherwise bypassed, as shown in Figure 3.

This makes it very convenient if the application wants to partition the flash contents between code and other data, where the code gets decrypted on the fly and the data gets simply read without decrypting. The latter also allows the application to use another key or encryption mode for the data and avoids sharing the application code encryption/decryption key for multiple purposes.

As for the alignment of the DOTF area, even though the AES encryption standard implies a minimum alignment of 16 bytes. Given the typical organization of a flash memory, the boundary should rather be placed on a sector or block size (the minimum flash unit size which can be erased while programming). In the implementation, the DOTF boundary is configurable to 4KB address alignment; in fact the application shall anyway avoid having a memory block storing both DOTF and non-DOTF data, which would make in-field-updates and factory programming unnecessarily complicated.

The flash memory device is mapped linearly into the addressable space of the MCU, and the Octa IP takes care of issuing the appropriate read commands, this is typically called XiP (execute-in-place) operation mode. For the encrypted area any access to the requested 16-byte blocks can be done efficiently by issuing one time the required address, and then reading the data continuously, thereby reducing the OctaSPI protocol overhead to a minimum. 

Another important aspect is how the decryption key is handled and loaded. In devices supporting DOTF, there is a dedicated AES engine implemented within the IP but the key for the decryption process gets loaded over a private bus connection to the Renesas secure IP; this avoids leaking the key value over the internal MCU bus interconnect. Additionally, the keys handled by the Renesas secure IP are themselves encrypted, so these can be stored safely in memory without confidentiality and integrity concerns.

Figure 3 - DOTF boundaries.

The DOTF engine supports 128-, 192- and 256-bit size keys for maximum flexibility and future-proof choices, and there is no limit on the number of different keys which can be used to decrypt a specific image. The latter implies that any firmware update can use a different key if desired, and there is no need to share the same key between different MCUs. Preparing the new image can be conveniently done offline on a secure host, before sending the image update to a device in the field or sending the encrypted image to a contract manufacturer for programming. The initial decryption key, or a “key update key” (for updating the decryption key in the field) can be injected securely in the MCU during production. Injected keys, whether in the field or at production stage, are always bound to the specific MCU, so that cloning is prevented.

Furthermore, the IP provides countermeasures to protect against side channel attacks. All runtime operation is performed transparently by the hardware, and the provided software drivers take care to initialize and load the parameters for the DOTF operation (initial value, boundaries) and the key, before operation can start.

All MCUs which require memory expandability and complex application requirements will benefit from such kind of solution, which ensures that the MCU developer will benefit from a solid application roadmap while also protecting the software investment.

For more information on the RA MCU family, please visit www.renesas.com/ra.

MORE NEWS

230-kerroksinen NAND yltää jo 4,8 gigabittiin sekunnissa

Kioxia on aloittanut yhdeksännen sukupolven BiCS Flash -muistien näytetoimitukset. Uusi 1 terabitin TLC-piiri yltää 4,8 gigabitin sekuntinopeuteen NAND-rajapinnassa.

Yksi kehitysympäristö tukee jo puolta maailman mikro-ohjaimista

Sulautettujen järjestelmien kehittäjän työkalupakki voi olla melkoinen kokoelma eri valmistajien ohjelmistoja. MIKROE yrittää ratkaista ongelman toisella tavalla. Sen NECTO Studio -kehitysympäristö tukee nyt yli 10 000 mikro-ohjainta eri valmistajilta.

IoT-laite vaihtaa nyt kännykkäverkosta satelliittiin

Satelliittiyhteys on tulossa osaksi tavallista vähävirtaista IoT-modeemia. Nordic Semiconductorin nRF9151-moduuli tukee sekä LTE-M- ja NB-IoT-mobiiliverkkoja että 3GPP-standardin mukaista NB-NTN-satelliittiyhteyttä, jolloin sama IoT-laite voi vaihtaa verkosta toiseen peiton mukaan.

Älypuhelimen video muuttuu 3D-malliksi minuutissa

NEC on kehittänyt tekoälytekniikan, joka muodostaa tavallisella älypuhelimella tai muulla yleiskameralla kuvatusta videosta yksityiskohtaisen 3D-mallin jopa minuutissa. Tekniikka perustuu Gaussian Splatting -menetelmään, jonka laskentaa NEC on nopeuttanut omalla tekoälyllään.

AI-agentti ottaa piirilevyn suunnittelun haltuun

Cadence tuo agenttisen tekoälyn piirilevyjen ja edistyneiden puolijohdepakkausten suunnitteluun. Uusi AuraStack AI Super Agent ei automatisoi vain yksittäisiä suunnitteluvaiheita, vaan ohjaa koko työnkulkua järjestelmätason suunnittelusta layoutiin, monifysiikka-analyysiin ja lopulliseen verifiointiin.

Auton näyttöä ei enää tarvitse testata kameralla

Autojen näyttöjen ja kameroiden testaus voidaan tehdä jatkossa suoraan nopeiden SerDes-liitäntöjen kautta ilman erillistä kameraa tai visuaalista tarkastusta. Emerson on esitellyt NI-teknologiaan perustuvan modulaarisen testialustan, joka on suunnattu erityisesti autojen näyttö- ja kamerajärjestelmien validointiin.

Ruotsalaistutkijat kavensivat transistorikanavan 25 nanometriin

Atominohuiden puolijohteiden transistorikanavia voidaan kaventaa erittäin pieniksi ilman, että suorituskyky romahtaa. Chalmersin ja Stanfordin tutkijat ovat valmistaneet 2D-transistoreita, joiden kanavan leveys on vain 25 nanometriä.

SSD:stä tulee tekoälyagenttien pitkäkestoinen muisti

Tekoälyagenttien yleistyminen muuttaa myös datakeskusten tallennusarkkitehtuuria. Silicon Motionin mukaan SSD-levyistä on tulossa yhä tärkeämpi osa tekoälypalvelinten muistihierarkiaa, kun agenttien pitää säilyttää kontekstia pitkien ja jatkuvien päättelyketjujen aikana.

Agentit muuttavat PC:n jatkuvasti ajattelevaksi työkaluksi

Qualcomm Technologiesin tuotehallinnan päällikkö Mallika Gattala arvioi, että generatiivisen tekoälyn seuraava suuri harppaus on agenttipohjainen tekoäly. Hänen mukaansa PC on nousemassa keskeiseksi alustaksi, jossa tekoäly ei enää pelkästään vastaa kysymyksiin, vaan työskentelee jatkuvasti käyttäjän rinnalla.

Ilma voi pilata akun jo ennen valmistusta

Sähköautojen seuraavan sukupolven akkukennojen käyttöikä voi alkaa lyhentyä jo ennen kuin itse akkua on valmistettu. Eteläkorealaisen Hanyang Universityn tutkijat havaitsivat, että katodimateriaalin prekursorin altistuminen ilmalle voi synnyttää kemiallisia muutoksia, jotka myöhemmin nopeuttavat akun kapasiteetin heikkenemistä.

Bittium uskoo puolustusbuumin jatkuvan pitkään

Bittiumin vahva kasvu ei yhtiön mukaan ole vain Ukrainan sodan synnyttämä hetkellinen ilmiö. Toimitusjohtaja Petri Toljamo arvioi puolivuosikatsauksen yhteydessä järjestetyssä lehdistötilaisuudessa, että Euroopan puolustusinvestoinnit jatkuvat korkealla tasolla vielä pitkään, vaikka Ukrainaan saataisiin rauha.

Joko taittuvien puhelimien läpimurto alkaa?

Samsungin uusien Galaxy Z -mallien ennakkotilaukset ovat kasvaneet Euroopassa yli 20 prosenttia viime vuodesta. Vaikka taittuvanäyttöiset puhelimet ovat edelleen vain pieni osa koko älypuhelinmarkkinaa, yhtiön mukaan kysyntä on nyt selvästi aiempaa vahvempaa.

Tekoäly tekee nopeuskamerasta monitoimivalvojan

Euroopan teille on tulossa uuden sukupolven nopeusvalvontajärjestelmiä, joissa perinteinen tutka vaihtuu yhä useammin tekoälyä hyödyntävään konenäköön. Samalla nopeuskameroiden tehtävä laajenee pelkästä ylinopeuden mittaamisesta useiden eri liikennerikkomusten automaattiseen tunnistamiseen.

Natriumakku lähestyy litiumionin tasoa

Kiinalaisen Hina Batteryn kaupallinen natriumioniakku yltää valmistuslaadultaan ja useissa suorituskykymittauksissa jo nykyaikaisten litiumioniakkujen tasolle. RWTH Aachenin yliopiston tutkimuksessa analysoitiin 120 sylinterimäistä 10 ampeeritunnin kennoa.

Joensuulainen SeeTrue ratkoo älylasien suurinta ongelmaa

Joensuulainen SeeTrue Technologies on kerännyt 2,2 miljoonan euron rahoituskierroksen. Kierrosta johtaa optiikka- ja fotoniikkajätti ZEISSin sijoitusyhtiö ZEISS Ventures. Rahoituksella SeeTrue aikoo kaupallistaa vähävirtaista silmänseuranta-arkkitehtuuriaan älylaseihin, terveydenhuollon optisiin järjestelmiin ja teollisiin sovelluksiin.

Uusi muististandardi tuo suuret tekoälymallit puhelimeen

Samsungin ja Kioxian julkistamat ensimmäiset UFS 5.0 -flashmuistit kertovat, että mobiiliteollisuus valmistautuu seuraavaan vaiheeseen laitteessa ajettavassa tekoälyssä. Uusi muististandardi lähes kaksinkertaistaa tiedonsiirtonopeuden aiempaan sukupolveen verrattuna ja poistaa yhden keskeisistä pullonkauloista suurten kielimallien suorittamisessa suoraan päätelaitteessa.

Selainkeksi kelpaa rikolliselle paremmin kuin salasana

Selaimen tallentamasta keksistä on tullut kyberrikollisille arvokkaampi saalis kuin salasanasta. NordVPN:n tutkijoiden analysoimissa tietovarkausaineistoissa evästetietoja esiintyi 4,6 kertaa enemmän kuin salasanoja, tiedostoja ja maksukorttitietoja yhteensä.

PCIe 6.0 tuo SSD-levyt AI-palvelimien seuraavaan vauhtiluokkaan

Kioxia on esitellyt ensimmäiset PCIe 6.0 -väylää hyödyntävät yritysluokan SSD-levynsä. Uutuus ei tähtää tavallisiin palvelimiin vaan tekoälyklustereihin, joissa nopea flash-muisti toimii GPU-muistin jatkeena suurten kielimallien ajossa.

Promptit ovat uusi tietoturvariski

Työntekijöiden tekoälyn käyttö on synnyttänyt yritysverkkoihin uudenlaisen tietoturvahaasteen. Verkossa liikkuu yhä enemmän AI-prompteja, autonomisten agenttien kutsuja ja MCP-yhteyksiä, jotka voivat sisältää lähdekoodia, liiketoimintatietoa tai muuta arkaluonteista aineistoa. Perinteiset palomuurit eivät ole osanneet tunnistaa tällaista liikennettä.

Sulautettu linux kertoo itse, mistä se koostuu

Saksalainen Sysgo on julkaissut ELinOS 8 -käyttöjärjestelmän, joka kertoo automaattisesti, mistä sulautetun laitteen ohjelmisto on rakennettu. Uuden version kärki on jokaisessa käännöksessä syntyvä ohjelmiston tuoteseloste eli SBOM.

TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Varateho voi pahentaa datakeskuksen lämpöongelmaa

ETN - Technical articleTekoälypalvelinten kasvava tehotiheys tekee datakeskusten varmistamisesta aiempaa monimutkaisempaa. Ylimääräiset teholähteet voivat parantaa käyttövarmuutta, mutta samalla ne lisäävät lämpökuormaa ja häiritsevät ilmavirtoja. Siksi tehonsyöttö, varmennus ja jäähdytys on suunniteltava yhtenä kokonaisuutena.

Lue lisää...

OPINION

Agentit muuttavat PC:n jatkuvasti ajattelevaksi työkaluksi

Qualcomm Technologiesin tuotehallinnan päällikkö Mallika Gattala arvioi, että generatiivisen tekoälyn seuraava suuri harppaus on agenttipohjainen tekoäly. Hänen mukaansa PC on nousemassa keskeiseksi alustaksi, jossa tekoäly ei enää pelkästään vastaa kysymyksiin, vaan työskentelee jatkuvasti käyttäjän rinnalla.

Lue lisää...

 

LATEST NEWS

  • 230-kerroksinen NAND yltää jo 4,8 gigabittiin sekunnissa
  • Yksi kehitysympäristö tukee jo puolta maailman mikro-ohjaimista
  • IoT-laite vaihtaa nyt kännykkäverkosta satelliittiin
  • Älypuhelimen video muuttuu 3D-malliksi minuutissa
  • AI-agentti ottaa piirilevyn suunnittelun haltuun

NEW PRODUCTS

  • Bluetooth haastaa UWB:n etäisyysmittauksessa
  • 6 watin DC/DC-muunnin mahtuu tuuman koteloon
  • Lisäkortilla 10 megabitin 4G-yhteys IoT-laitteisiin
  • Yksi anturi korvaa neljä mikrokytkintä autossa
  • Murata kutisti 100 voltin autokondensaattorin 0805-kokoon
 
 

Section Tapet