RISC-V技術雜談
RISC-V（發音為“risk-five”）是一個基于精簡指令集（RISC）原則的開源指令集架構（ISA）。
與大多數指令集相比，RISC-V指令集可以自由地用于任何目的，允許任何人設計、制造和銷售RISC-V芯片和軟件。雖然這不是第一個開源指令集，但具有重要意義，因為其設計使其適用于現代計算設備（如倉庫規模云計算機、高端移動電話和微小嵌入式系統）。設計者考慮到了這些用途中的性能與功率效率。該指令集還具有眾多支持的軟件，這解決了新指令集通常的弱點。
該項目2010年始于加州大學伯克利分校，但許多貢獻者是該大學以外的志愿者和行業工作者。
RISC-V指令集的設計考慮了小型、快速、低功耗的現實情況來實做，但并沒有對特定的微架構做過度的設計。
截至2017年5月，RISC-V已經確立了版本2.22的用戶空間的指令集(userspace ISA)，而特權指令集(privileged ISA)也處在草案版本1.10。
2022年6 月 21 日，RISC-V 國際組織宣布了 2022 年的首批四項規格和擴展的批準 ——RISC-V 高效跟蹤（E-Trace）、RISC-V 主管二進制接口（SBI）、RISC-V 統一可擴展固件接口（UEFI）規格，以及 RISC-V Zmmul 純乘法擴展。
參考文獻鏈接
https://baike.baidu.com/item/RISC-V/22606314?fr=aladdin
https://special.wch.cn/zh_cn/RISCV_MCU_Index/
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1730142571773859647&wfr=spider&for=pc

RISC-V(讀作“RISC-FIVE”)是基于精簡指令集計算(RISC)原理建立的開放指令集架構(ISA)，V表示為第五代RISC(精簡指令集計算機),表示此前已經有四代RISC處理器原型芯片。每一代RISC處理器都是在同一人帶領下完成，那就是加州大學伯克利分校的David A. Patterson教授。與大多數ISA相反，RISC-V ISA可以免費地用于所有希望的設備中，允許任何人設計、制造和銷售RISC-V芯片和軟件。雖然不是第一個開源的指令集(ISA)，但很重要，因為是第一個被設計成可以根據具體場景、可以選擇適合的指令集的指令集架構。基于RISC-V指令集架構可以設計服務器CPU，家用電器cpu，工控cpu和用在比指頭小的傳感器中的cpu。
完全開源
對指令集使用，RISC-V基金會不收取高額的授權費。開源采用寬松的BSD協議，企業完全自由免費使用，同時也容許企業添加自有指令集拓展而不必開放共享以實現差異化發展。
架構簡單
RISC-V架構秉承簡單的設計哲學。體現為：
在處理器領域，主流的架構為x86與ARM架構。x86與ARM架構的發展的過程也伴隨了現代處理器架構技術的不斷發展成熟，但作為商用的架構，為了能夠保持架構的向后兼容性，其不得不保留許多過時的定義，導致其指令數目多，指令冗余嚴重，文檔數量龐大，所以要在這些架構上開發新的操作系統或者直接開發應用門檻很高。而RISC-V架構則能完全拋棄包袱，借助計算機體系結構經過多年的發展已經成為比較成熟的技術的優勢，從輕上路。RISC-V基礎指令集則只有40多條，加上其他的模塊化擴展指令總共幾十條指令。 RISC-V的規范文檔僅有145頁，而“特權架構文檔”的篇幅也僅為91頁。
易于移植*nix
現代操作系統都做了特權級指令和用戶級指令的分離，特權指令只能操作系統調用，而用戶級指令才能在用戶模式調用，保障操作系統的穩定。RISC-V提供了特權級指令和用戶級指令，同時提供了詳細的RISC-V特權級指令規范和RISC-V用戶級指令規范的詳細信息，使開發者能非常方便的移植linux和unix系統到RISC-V平臺。
模塊化設計
RISC-V架構不僅短小精悍，而且其不同的部分還能以模塊化的方式組織在一起，從而試圖通過一套統一的架構滿足各種不同的應用場景。用戶能夠靈活選擇不同的模塊組合，來實現自己定制化設備的需要，比如針對于小面積低功耗嵌入式場景，用戶可以選擇RV32IC組合的指令集，僅使用Machine Mode（機器模式）；而高性能應用操作系統場景則可以選擇譬如RV32IMFDC的指令集，使用Machine Mode（機器模式）與User Mode（用戶模式）兩種模式。
完整的工具鏈
對于設計CPU來說，工具鏈是軟件開發人員和cpu交互的窗口，沒有工具鏈，對軟件開發人員開發軟件要求很高，甚至軟件開發者無法讓cpu工作起來。在cpu設計中，工具鏈的開發是一個需要巨大工作量的工作。如果用RISC-V來設計芯片，芯片設計公司不再擔心工具鏈問題，只需專注于芯片設計，RISC-V社區已經提供了完整的工具鏈，并且RISC-V基金會持續維護該工具鏈。當前RISC-V的支持已經合并到主要的工具中，比如編譯工具鏈gcc, 仿真工具qemu等
互聯型RISC-V單片機CH32V307
概述
CH32V305/7系列是基于32位RISC-V設計的互聯型微控制器，配備了硬件堆棧區、快速中斷入口，在標準RISC-V基礎上大大提高了中斷響應速度。加入單精度浮點指令集，擴充堆棧區，具有更高的運算性能。擴展串口UART數量到8組，電機定時器到4組。提供USB2.0高速接口（480Mbps）并內置了PHY收發器，以太網MAC升級到千兆并集成了10M-PHY模塊。
系統框圖

產品特點
? 青稞V4F處理器，最高144MHz系統主頻
? 支持單周期乘法和硬件除法，支持硬件浮點運算(FPU)
? 64KB SRAM，256KB Flash
? 供電電壓：2.5/3.3V，GPIO單元獨立供電
? 多種低功耗模式：睡眠、停止、待機
? 上/下電復位、可編程電壓檢測器
? 2組18路通用DMA
? 4組運放比較器
? 1個隨機數發生器TRNG
? 2組12位DAC轉換
? 2單元16通道12位ADC轉換，16路觸摸按鍵TouchKey
? 10組定時器
? USB2.0全速OTG接口
? USB2.0高速主機/設備接口（480Mbps 內置PHY）
? 3個USART接口和5個UART接口
? 2個CAN接口（2.0B主動）
? SDIO接口、FSMC接口、DVP數字圖像接口
? 2組IIC接口、3組SPI接口、2組IIS接口
? 千兆以太網控制器ETH（內置10M PHY）
? 80個I/O口，可以映射到16外部中斷
? CRC計算單元，96位芯片唯一ID
? 串行2線調試接口
? 封裝形式：LQFP64M、LQFP100
選型指南

開發資料
1、數據手冊：CH32V20x_30xDS0.PDF，CH32FV2x_V3xRM.PDF
2、CH32V307評估板說明及參考應用例程：CH32V307EVT.ZIP
3、集成開發環境(IDE)：MounRiver Studio(MRS)
32位通用增強型RISC-V單片機 CH32V103
概述
CH32V103系列是以RISC-V3A處理器為核心的32位通用微控制器，該處理器是基于RISC-V開源指令集設計。片上集成了時鐘安全機制、多級電源管理、通用DMA控制器。此系列具有1路USB2.0主機/設備接口、多通道12位ADC轉換模塊、多通道TouchKey、多組定時器、多路IIC/USART/SPI接口等豐富的外設資源。
系統框圖

產品特點
? 青稞V3A處理器，最高80MHz系統主頻；
? 支持單周期乘法和硬件除法；
? 20KB SRAM，64KB CodeFlash；
? 供電范圍：2.7V ~ 5.5V，GPIO同步供電電壓；
? 多種低功耗模式：睡眠/停止/待機；
? 上電/斷電復位（POR/PDR）；
? 可編程電壓監測器（PVD）；
? 7通道DMA控制器；
? 16路TouchKey通道監測；
? 16路12位ADC轉換通道；
? 7個定時器；
? 1個USB2.0主機/設備接口（全速和低速）；
? 2個IIC接口（支持SMBus/PMBus）；
? 3個USART接口；
? 2個SPI接口（支持Master和Slave模式）；
? 51個I/O口，所有的I/O口都可以映射到16個外部中斷；
? CRC計算單元，96位芯片唯一ID；
? 串行單線調試（SWD）接口；
? 封裝形式：LQFP64M、LQFP48、QFN48。
選型指南

開發資料

產品手冊：CH32V103DS0.PDF，CH32xRM.PDF

CH32V103評估板說明及參考應用例程：CH32V103EVT.ZIP

集成開發環境(IDE)：MounRiver Studio(MRS)
USB3.0超高速U盤+藍牙鎖
概述
U盤，一種微型高容量移動存儲產品，具有即插即用、無需物理驅動器、便于攜帶等優點。隨著磁盤存儲技術、閃存技術、通用串行總線技術的發展，U盤在速度、接口、容量、功耗等方面相應提升變化，成為各領域進行數據轉移、存儲、備份功能的首選工具。在此基礎上，加密U盤、啟動U盤、多分區U盤等多樣功能產品也應運而生，豐富便捷了生活。
參考設計及產品
CH569 MCU資源上配有EMMC卡控制器和USB3.0 OTG控制器及收發器，通過EMMC接口掛載SD/TF/EMMC卡后即可具備U盤設計的基本物理資源。USB口作為設備口，插入USB主機端口后，系統得到供電5V，通過DC-DC轉換為3.3V電壓供應給CH569芯片和存儲卡（一般都是3.3V系統）。
硬件設計上，CH569內置雙層DMA架構，兩路DMA實時并發處理高速數據（如USB3.0端、EMMC卡端）和低速數據（如MCU、定時器等），互不影響；中斷模式提供優先級搶占和高速直通方式；接口模式上采用通知優先方式，將軟件處理和硬件傳輸同步進行，提高整體速度性能。
軟件設計上，緩沖區資源共享，劃分隊列管理，USB3.0端數據和EMMC卡數據只進行DMA地址修改，不參與任何數據拷貝，減少MCU處理時間；添加了EMMC卡協議命令處理及USB3.0設備端命令響應過程。
經實測，使用一款16G EMMC卡作為存儲介質(工作在HS200模式下)，在Win10平臺下進行大數據拷貝，讀出速度不低于90MB/s，寫入速度不低于40MB/s。讀寫速度尤其是寫速度主要受限于EMMC卡本身的存儲延遲，可通過選擇更快的存儲介質做速度提升。

此外，啟用片上AES/SM4對稱算法加解密模塊，可以將普通U盤擴展為數據加密存儲U盤，正確的密鑰下才可見磁盤或數據。
低速接口外掛一個低成本的藍牙MCU（如CH573、CH579）或者便捷的藍牙模塊（如CH9140），將擴展無線解鎖/鎖定磁盤功能。
其它片上資源擴展，如使用Ethernet實現數據共享；DVP接口實現UVC攝像頭；HSPI接口通訊FPGA功能等等。
RISC-V架構作為一個開源、免費的架構，這幾年確實受到了全球廠商們的關注和使用，目前RISC-V基金會成員已有超過2000家，覆蓋了70個國家。
像intel這樣的大佬，都做出了違背祖宗的決定，加入RISC-V架構陣營了，甚至想著要將X86架構與RISC-V架構一起應用到CPU或/SoC中去。
而國內的芯片企業們就更加熱情了，畢竟開源的、免費的不會被卡脖子。

像阿里旗下的平頭哥、華為海思、兆易創新、華米科技、全志科技、芯來科技、格蘭仕、晶心科技等眾多的廠都紛紛入局，推出了基于RISC-V的IP核或芯片。
有很多網友認為，我們最應該努力發展RISC-V架構，這樣就能夠慢慢擺脫對X86、ARM架構的依賴，讓RISC-V成為中國芯的主流。

但發展RISC-V架構的芯片，真的就能夠讓中國芯不再依賴X86、ARM架構？我覺得你還是想多了，就算最終RISC-V架構與X86、ARM形成三足鼎立之勢，RISC-V架構也替代不了X86、ARM。
先說X86架構，X86架構是復雜指令集，主要用于PC產業，并且地位非常穩固，雖然ARM架構也經常踩過界，但簡單指令集，在PC領域上還是無法與復雜指令集比，再加上Wintel的堅固聯盟，其它架構，無法取代X86的位置，RISC-V當然也不行。

再說說ARM架構，這是簡單指令集，功耗低、主要用于手機、移動設備等。RISC-V在一定程度上可以替代ARM，畢竟RISC-V也是簡單指令集。
但是ARM架構與安卓已經形成了一個強大的生態聯盟，稱之為A-A生態，需要生態的設備，肯定會使用ARM，而不是RISC-V。
所以目前像RISC-V架構，更多的是用在不需要生態的物聯網設備上，這些設備更多的是一些邊緣化的設備。

RISC-V開源有開源的好處，但也因為開源，所有的組織和個人，都可以基于RISC-V進行修改，最終導致RISC-V架構或者生態其實是割裂的，很難形成一個真正統一的生態圈出來。
所以最終是無法去替代擁有Wintel聯盟的X86架構，無法替代擁有A-A聯盟的ARM架構，最好的結果也是三足鼎立，但要說有了RISC-V，就不需要X86、ARM架構，那就是真的想多了。

參考文獻鏈接
https://baike.baidu.com/item/RISC-V/22606314?fr=aladdin
https://special.wch.cn/zh_cn/RISCV_MCU_Index/
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1730142571773859647&wfr=spider&for=pc

總結

以上是生活随笔為你收集整理的RISC-V技术杂谈的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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