國產處理器的逆襲機會——RISC-V
前言
今天天氣陰沉，剛才又下起了小雨，溫度驟降，前幾天脫下的秋褲，今天又穿上了，這天氣真是變化無常。上周六（4.20）參加了一場關於RSIC-V的技術沙龍，第一次真正了解了RISC-V架構，正好今天不打算出門，準備總結一下這次研討會，也了解一下RISC-V這種架構。我是上周四（4.18）在公眾號【嵌入式系統資訊精選】看到說周六會在北航舉辦一個RISC-V的技術沙龍，正好周末也沒有其他的安排，所以就直接報名參加了。一路公交轉地鐵，終於趕到了北航，從東南門直接進去，之前去過一次北大，還需要提前預約才能進去，而北航則可以直接進去。首先進行了簽到，然後可以領取一本最新一期的【單片機與嵌入式系統應用】雜誌，之前還沒看過這個雜誌，開始之前看了一下，內容主要是最新的技術論文。
關於嵌入式系統聯誼會
由國內知名學者和產業人士共同發起的嵌入式系統聯誼會，於2008年底在北京正式成立。嵌入式系統聯誼會為中國嵌入式系統不同學科領域的專家學者、工程技術人員、市場人士和科技媒體人士提供學術和產業信息交流的環境，是增進個人友誼的科技沙龍性質機構。嵌入式系統聯誼會主題討論會自2009年開始，已經召開19次會議，會議反響熱烈，參加總人數已經累計超過千人次，見諸媒體的報道百餘篇。聯誼會作為嵌入式系統學術界、產業界、科技媒體的交流和聯繫平台的作用和定位得到廣泛認可。嵌入式系統聯誼會是九十年代末成立的北京單片機聯誼會的延伸。歷次會議議題和演講題目請跳轉至論壇回顧頁。
何小慶（嵌入式系統聯誼會秘書長）
RISC-V架構簡介
RISC-V（發音同「risk-five」）是一種免費開源指令集架構(ISA)，通過開放標準協作開創處理器創新的嶄新紀元。RISC-V基金會創立 於2015年，由超過235家成員組織組成，建立了首個開放、協作的軟硬體創新者社區，開創了處理器創新的新時代。RISC-V ISA發端於深厚的學術研究，將免費且可擴展的軟硬體架構自由度提升至新的水平，為未來50年的計算設計與創新鋪平了道路。
現在處理器的指令集主要分為RISC和CISC，即精簡指令集和複雜指令集，RISC的代表就是著名的ARM架構，專註於高性能，低功耗，小體積，主要應用於移動設備；而CISC的代表是x86架構，像常用的PC、伺服器的CPU等等，專註於桌面，高性能和民用市場。而RISC-V是屬於RISC陣營的，相比於ARM，RISC-V的歷史很短，2010年誕生於加州大學伯克利分校，當時的Krste Asanovic教授希望尋找一個合適的CPU指令架構，但x86架構複雜臃腫、ARM架構需要授權費、開源的OpenRISC架構又太老舊了，所以他最終決定自己做個開源CPU架構，並在2015年成立了RISC-V基金會(RISC-V Foundation )，專門推動RISC-V發展，現在的RISC-V基金會成員也超過了235個，包括國外的Google、三星、英偉達、微芯、高通、惠普、意法半導體、西數、NXP，國內的阿里巴巴、華為、高雲等公司。
會議總結
RISC-V嵌入式開發技術沙龍宣傳海報：
陳渝——基於RISC-V的操作系統課程
身為研究操作系統的老師，陳渝認為，RISC-V精簡指令集聽起來屬於硬體範疇，但是其實RISC-V與軟體有很大的相關性，因為作為重要系統軟體的操作系統負責對硬體進行管理和控制，以實現對上層應用的支持。陳老師介紹，不同學校計算機系對操作系統課程教學的要求存在差異，有的只要求會用，有的卻需要懂得操作系統。清華大學的操作系統課程目標是希望學生能夠用一種高級語言在某一種CPU上實現操作系統的設計。陳老師在多年的操作系統教學實踐中，一直在做不同的嘗試，比如在x86、MIPS、Arm上實現，直到2017年，發現RISC-V是一個很不錯的選擇。RISC-V本身來源於學校，已經經過長期的探索，而且它是開源的，學生可以接觸到關於它的所有信息（不像x86和Arm，很難深入了解更多細節），所以更容易在其上開發應用軟體和操作系統。關於為什麼選擇RUST作為RISC-V的開發語言，陳老師這樣解釋：雖然現在大多數的操作系統選用C語言開發，但是還是存在潛在的安全問題，所以目前國外很多學校也都在探索使用C語言之外的語言做開發，比如MIT嘗試使用Go語言。鑒於RUST不僅有嚴格的安全約束，可以把編譯時約束轉移到運行時，而且允許程序員顯式地指出不安全（unsafe塊），並使用安全封裝和管理不安全，所以才選擇了RUST。經過兩年的教學實踐，陳老師表示在RISC-V上開發操作系統還是非常有優勢的，比如有的同學在32位環境下開發的系統，只需要微小的改動（一兩天的工作量）就可以移植到64位上，說明RISC-V在硬體架構設計上已經做了軟體的一致性考慮。
蔡琳琳——基於RISC-V架構處理器實現的四足機器人
來自北京工業大學的碩士研究生蔡琳琳，演示了基於RISC-V處理器架構實現的四足機器人，控制晶元使用的Xilinx 的 Artix-7 FPGA 晶元，Xilinx 的 Artix-7 技術具有低功耗和高性能，其支持 RISC-V 軟架構的能力使其成為攜帶型設備的理想選擇。使用的晶元型號是XC7A100T-1CSG324I，熟悉FPGA晶元的朋友，應該能看出來，100T說明內部有100K的邏輯單元可用。內嵌了RISC-V的軟核，換句話說，就是可以把它當成一個RISC-V內核的MCU來用，而且，由於FPGA每個引腳都可以進行定製，所以這個處理器的PWM通道、串口等外設的數量可以根據自己的需要來進行定製。最後，進行了實際的控制演示，包括前進、後退、轉彎、匍匐運動等等。
胡振波——RISC-V架構嵌入式開發的特點
胡振波是國內最早開始研究RISC-V架構的，有超過8年的CPU以及超過10年的ASIC設計與驗證經驗，歷任Marvell CPU高級設計工程師，Synopsys ARC系列處理器內核研發經理等職務，有著近20年的行業積累。發言結束後，會上有一位與非網的朋友提問到，「作為國內RISC-V處理器研究的領導者，芯來科技為什麼沒有選擇做晶元而是做IP核呢？」胡振波給出的答案是，「國內現在已經有近2000家晶元公司，如果我們選擇做晶元，只是眾多晶元公司中的2000分之一，現在基本是國外公司SiFive在做基於RISC-V架構的IP，國內公司對底層技術掌握的很少，本土的公司能做IP的也很少，如果沒有人來做IP，就會變成從ARM壟斷的ARM架構市場轉為SiFive壟斷的RISC-V架構的市場，我們放棄做晶元，專註做IP，服務國內其它商業公司。雖然芯來科技從創立到現在只有半年的時間，我們開發的IP已經導入國內很多龍頭公司的產品中，這樣做最終為本土產業帶來更大的幫助，這種選擇大於我們做晶元的意義。我們選擇了看似不是被人理解的方向，是為了更好幫助本土IC產業發展，算是間接實現個人的自我價值。」
王朋朋——RISC-V的發展需要完善的生態系統
恩智浦NXP的系統工程總監王朋朋，RISC-V的發展，需要的是完整的生態系統，IP核、晶元、IDE、開發板、文檔資料、社區論壇等等，據王朋朋介紹，NXP內部RISC-V技術的發展主要是軟體部門在推動，而不是晶元部門，可見，NXP非常看重軟體方面的深度。會上，又介紹了NXP研發的4核性能怪獸RV32M1晶元，它包含兩個RISC-V內核和兩個ARM內核，而且已經開發了配套的開發板VEGA織女星開發板，如圖
標準版
中國版
可以看出，國際標準版本和中國版本還是有一些區別的，具體的信息可以訪問官方網站：OpenISA，中文網站：OpenISA，今年5月份會舉辦一個創意競賽，開發者可以免費申請一塊VEGA織女星開發板，並完成一些創意設計，優秀者可以或者一定的獎品，有需要的朋友可以登陸論壇申請。時間安排：
劉華東——RSIC-V MCU的嵌入式開發
NXP高級工程師劉華東，介紹了RV32M1配套的IDE，基於GNU GCC RISC-V交叉工具鏈配合Eclipse集成開發環境，調試軟體採用OpenOCD，只要所連接的硬體調試器支持標準的JTAG協議，就可以直接使用。開發環境下載：下載專區，從官方提供的SDK和工具鏈可以看出，支持Windows、Linux和Mac系統，可以適用於使用不同操作系統的開發者。
在介紹了恩智浦推出的VEGAboard和織女星開發板之後，劉華東又詳細介紹了RV32M1內核，這是一個異構4核MCU，包括兩個RISC-V內核（一個RI5CY核和一個ZERO_RISCY核）以及兩個ARM內核（一個Cortex-M4F核和一個Cortex-M0+核），單晶元就可運行BLE、Mesh/Thread/ZigBee協議，特別適合於超低功耗的移動設備。由RV32M1的架構可見，RISC-V與Arm其實並非互斥關係，兩者相互融合之後，完全有可能碰撞出更大的火花！
盛磊——支持RISC-V的專業開發工具IAR
IAR，將於5月發布1.0 Beta版本，將會支持RSIC內核MCU，計劃6月份推出1.10商用版本給合作客戶，並且後續還會推出升級版本，後續版本會著重優化代碼體積和執行速度。
直播回看
直播回看：RISC-V架構嵌入式開發研究與實踐
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聲明
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參考資料
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- VEGA Board 官方網站
- 嵌入式系統聯誼會官網
- RISC-V Foundation基金會網站
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