常见RISC-V介绍

当前一颗新出的CPU：RISC-V简直火透了半边天，无论是财大气粗的阿里系的平头哥，还是新创企业，似乎只要和RISC-V挂上钩就足可以实现赶英超美。那事实上RISC-V是什么？除了国内那些简直红透了半边天的一系列RISC-V还有那些？

首先RISC-V是什么？实际网上已经有很多介绍，她是David Patterson/Andrew Waterman于2011在美国伯克利退出的一种用于教学目的的指令集，其尽可能简化（优化）了传统的CPU指令系统。即实际上RISC-V仅仅是一个开源的指令系统，具体怎样实现完全靠个人。但实际上，即使David也有一些针对RISC-V体系结构的详细教材，如：《Computer Organization And Desidn》和入门教材《The RISC-V Reader》，同时，包括UCB和一些公司都有一些已经设计好的RISC-V，即您自己只需要一颗合适的FPGA，就可以下载一颗完整的RISC-V，并在上面进行各种开发。除官方的RISC-V实现是使用了一种新的硬件描述语言Chisel外，多数实现仍会沿用传统的VerilogHDL或VHDL语言，而实际上，Chisel在被综合前也是需要“翻译”成VerilogHDL。之后我们介绍一些较早出现的RISC-V实现。（当前国内涌现了太多的RISC-V实现，多数也许就是参考这些原始实现，因为笔者在一年前接触的RISC-V，因此，对国内新出现的RISC-V暂不做评价）

• Rocket：（UCB）标量处理器：64位、5级流水线、但发射顺序执行处理器，特征：
  1. 支持MMU，支持分页虚拟内存。可以移植到Linux操作系统
  2. 具有兼容的的IEEE 754-2008标准的FPU
  3. 具有分支预测功能，具有BPB（Branch Prediction Buff）、BHT（Branch History Table）、RAS（Return Address Stack）

Rocket采用Chisel语言编写；

下载地址：https://github.com/freechipsproject/rocket-chip,

• BOOM：（UCB）超标量乱序执行处理器；BOOM也是采用Chisel编写，全部代码大约9000行；指令为RV64G

6级流水线：取指、译码/重命名/指令分配、发射/读寄存器、执行、内存访问、回写

下载地址：https://github.com/ucb-bar/riscv-boom

• Sodor：（UCB）针对教学的32位开源处理器。Chisel编写，支持5种处理器：单周期处理器、2级流水线处理器、3级流水线处理器、5级流水线处理器、可执行微码的处理器
  1. 早期出于教学目的处理器，使用Chisel编写，没有什么实际商用价值。已经很长时间没有更新了。
  2. 结构相对清晰一些，如对不同深度PipeLine都有描述（分别有1阶、2阶、3阶和5阶）；可以作为很好的示范代码

下载地址：https://github.com/ucb-bar/riscv-sodor

• ORCA：嵌入式应用处理器，支持指令：RV32IM（也可以：RV32E/RV32I）

下载地址：https://github.com/vectorblox/orca

• PicoRV32：是一个RV32IMC指令的实现，由RISC-V开发者Clifforf wolf实现，但重新设计了trap/interrupt/interrupt return，采用了一种简化的方式，所有代码是由verilog编写的；其特点是小巧在Xilinx 7上占用大小为750~2000个LUT

下载地址：https://github.com/cliffordwolf/picorv32

• Shakti：印度理工学院的一个项目，由Verilog编写，其使用了大量第三方IP,根据需要分成了不同的类：
  1. E-Class：32位标量处理器，3级流水线，支持RISC-V的C（RISC-V指令压缩）扩展，总线：AHB简化版目标是超低功耗处理器
  2. C-Class：32/64位标量处理器，3~8级流水线，支持MMU，具有容错（ISO26262），支持RISC-V的C扩展，可选FPU/VPU，总线：AXI变体，目标是超低功耗处理器
  3. I-Class：64位，多核，支持1~8核，乱序执行，共享L2 Cache，支持双线程、SIMD/VPU，目标是通用处理器
  4. M-Class：I-Class增强版，增加指令发射大小、支持4线程、最多16核，目标是通用处理器、低端服务器和移动应用
  5. S-Class：64位，超标量多线程处理器，支持L3 Cache，RapidIO，HMC（Hybrid Memory Cube）、向量处理单元，还用协处理器，用于数据库访问、加密、机器学习、最高支持64核，目标是通用处理器、服务器
  6. H-Class：64位、32~128核，支持多线程，顺序或乱序执行处理器，具有向量处理单元，目标是高性能计算
  7. T-Class：64位/128位多核处理器，通过为存储器引入Tag增加安全性
  8. N-Class：自定义扩展，网络处理

官方地址：https://bitbucket.org/casl/shakti_public

下载：https://bitbucket.org/casl/shakti_public.git

• YARVI:

VARVI是RISC-V爱好者Tommy Thorn设计发布的简单的、32位开源处理器，实现了RV32I，使用Verilog，目标是为了能够清晰准确的实现RV32I

下载地址：https://github.com/tommythorn/yarvi

• Pulpino：由苏黎世联邦理工大学与意大利博洛尼亚大学联合开发。32位，指令集：RV32I/RV32C/RV32M，扩展了RISC-V指令；多核

网址：https://www.pulp-platform.org/

下载地址：https://github.com/pulp-platform/pulpino

• GRVI Phalanx：大规模并行RISC-V（最多到千核），2~3级流水线，32位，其中在Artix-7 35T开发板上已经实现32 RISC-V处理器；在PYNQ-Z1上实现了80核；在UltraScale上实现了1680核的RISC-V；不开源
• 蜂鸟：国内最早比较成熟的RISC-V实现，由胡振波（现在芯来创始人）开发，使用Verilog设计。其开源CPU为E200：使用2级流水线

下载地址：https://github.com/SI-RISCV/e200_opensource

另外，商业化比较成功的是SiFive，因为其主要来源于UCB的官方设计，算是比较根红苗正的，将其归为UCB官方，其开源版本是Freedom E310，相对成熟版本是E31。SiFive除完整CPU外，还提供了较为成熟的集成开发环境：Freedom Studio，非常适合初学者，之后会详细介绍