第三篇 RISC-V初步了解

常见泽1 发表于 2019-12-9 13:45

RISC-V（发音同“risk-five”）是一种免费开源指令集架构(ISA)，通过开放标准协作开创处理器创新的崭新纪元。RISC-V基金会创立于2015年，由超过235家成员组织组成，建立了首个开放、协作的软硬件创新者社区，开创了处理器创新的新时代。RISC-V ISA发端于深厚的学术研究，将免费且可扩展的软硬件架构自由度提升至新的水平，为未来50年的计算设计与创新铺平了道路，国产CPU逆袭之路。

 

RISC-V是由U.C. Berkeley开发的自由和模块化的RISC指令集，“V”包含两层意思，一是这是Berkeley从RISC I开始设计的第五代指令集架构，二是它代表了变化（variation）和向量（vectors）。

 

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不同于x86、Arm架构高昂的IP费用，RISC-V架构使用BSD开源协议给予使用者很大自由，允许使用者修改和重新发布开源代码，也允许基于开源代码开发商业软件发布和销售。

 

国产CPU

MIPS——龙芯和君正

x86系——北大众志、兆芯、海光

Power——中晟宏芯

Alpha——申威

ARM——飞腾、华为海思、展讯、华芯通

RISC-V——华米、GD、芯来科技、乐鑫、华大、平头哥、

 

GD32VF103采用RISC-V的Bumblebee处理器内核。Bumblebee内核设计了二级变长流水线微架构，配备了精简的指令预取单元和动态分支预测器，并融入多种低功耗设计方法，能够以二级流水线的代价，达到传统架构三级流水线的性能和频率，实现了优秀的能效比与成本优势。所以GD32VF103在最高主频下的工作性能可达153 DMIPS，CoreMark测试也取得了360分的优异表现，相比GD32 Cortex-M3内核产品性能提升15%的同时，动态功耗还降低了50%，待机功耗更是降低了25%。

 

指令集就是一个处理器的硬件可以支持的基本操作（符号化的抽象描述）的集合。（wiki：“An instruction set, with its instruction set architecture (ISA), is the interface between a computer's software and its hardware, and thereby enables the independent development of these two computing realms; it defines the valid instructions that a machine may execute.”）。

 

通常，处理器的指令集架构（ISA：Instruction Set Architecture）确定它的功能。最著名的x86就是intel CPU的指令集。一个通用处理器，为了适应所有的应用，其指令集必须考虑最大的灵活性。这种灵活性主要表现在指令功能是不是完备和粒度是不是够细。

 

RISC-V的不同寻常之处，除了在于它是最近诞生的和开源的以外，还在于：和几乎所有以往的ISA不同，它是模块化的。它的核心是一个名为RV32I的基础ISA，运行一个完整的软件栈。 RV32I是固定的，永远不会改变。这为编译器编写者，操作系统开发人员和汇编语言程序员提供了稳定的目标。模块化来源于可选的标准扩展，根据应用程序的需要，硬件可以包含或不包含这些扩展。这种模块化特性使得RISC-V具有了袖珍化、低能耗的特点，而这对于嵌入式应用可能至关重要。 RISC-V编译器得知当前硬件包含哪些扩展后，便可以生成当前硬件条件下的最佳代码。惯例是把代表扩展的字母附加到指令集名称之后作为指示。例如， RV32IMFD将乘法（RV32M），单精度浮点（RV32F）和双精度浮点（RV32D）的扩展添加到了基础指令集（RV32I）中。

 



架构师希望保持 ISA 的简洁性，从而缩小实现 ISA 的处理器的尺寸。我们将在随后的章节看到， RISC-V ISA 比 ARM-32 ISA 简洁得多。就简洁性造成的影响举例，我们把使用相同大小缓存（16KiB）的 RISC-V Rocket 处理器和采用相同技术（TSMC40GPLUS）的 ARM-32 Cortex A5 处理器进行比较。 RISC-V 晶粒的大小是 0.27mm2，而 ARM-32 晶粒的大小是0.53mm2。由于面积大一倍， ARM-32 Cortex A5 的晶粒成本是 RISC-V Rocket 的约 4（22）倍。即使晶粒的大小只缩小 10%，成本也将以 1.2（1.12）倍的比例缩小。

 

ARM-32 的架构师后来试图通过向以前统一的 32 位 ISA 中添加 16 位指令来缩减代码长度，但根本就没有空间了。因此，唯一的解决方案是先用 16 位指令来创建一个新的 ISA（Thumb），然后同时用 16 位指令和 32 位指令来组成另外一个 ISA（Thumb-2），并用一个模式位在两种长度的指令间切换。为了切换模式，程序员或编译器会跳转到一个最低有效位为 1 的字节地址。这种方法有效的前提是，在正常的 16 位和 32 位指令中，该位应该是 0

RCSN 发表于 2019-12-9 14:08

<a href="https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1099999-1-1.html">https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1099999-1-1.html</a>   骚叔发的一个帖子 risc-v中文版本

mymyhope 发表于 2019-12-10 11:23

开源产品开始觉得很好用，到了最后都觉得有局限性

bigbat 发表于 2019-12-13 09:47

开源发展到和商业软件功能相似时就失去了商业价值了。也就没有那个公司去支持它了。比如linux、freebsd、apache、php、openjava、nxgin、openoffice、mysql等等发展的非常缓慢。有些开源软件的存在只是因为人们恐惧商业软件的垄断危险而已。有些开源软件的核心人员好多在后期都创业了或被商业公司收购。risc-v能发展的很好。

推荐一款很不错的免费IDE软件vscode

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