RISC-V— 架构基础知识学习

1、 概念

（1）cpu（central processing unit）处理器

CPU ，全称为中央处理器单元，简称为处理器。

• ARM (Advanced RISC Machines ）是一家诞生于英国的处理器设计与软件公司，总部位于英国的剑桥，其主要业务是设计 ARM 架构的处理器，同时提供与 ARM 处理器相关的配套软件，各种 Soc 系统 IP 、物理 IP 、 GPU 、视频和显示等产品。
• Intel是半导体行业和计算创新领域的全球领先厂商，创始于1968年。如今，英特尔正转型为一家以数据为中心的公司。英特尔与合作伙伴一起，推动人工智能、5G、智能边缘等转折性技术的创新和应用突破，驱动智能互联世界。

（2）cpu Core 和 Core

严格来说 ， “处理器核”和“ Core ”是指处理器内部最核心的部分，是真正的处理器内核；而“处理器”和“ CPU" 往往是一个完整的Soc ，包含了处理器内核和其他的设备或者存储器 。

（3）指令集

指令集，是一组指令的集合，而指令是指处理器进行操作的最小单元（譬如加减乘除操作或者读／写存储器数据）。

（4）指令集架构（lnstruction Set Architecture, ISA）

指令集架构,有时简称为“架构”或者称为“处理器架构"。

指令集架构主要分为复杂指令集 （Complex Instruction Set Computer,CISC） 和精简指令集（ Reduced Instruction Set Computer, RISC ），两者的主要区别如下 ：

• CISC不仅包含了处理器常用的指令 ，还包含了许多不常用的特殊指令 。其指令数目比较多 ，所以称为复杂指令集。
• RISC 只包含处理器常用的指令，而对于不常用 的操作，则通过执行 多条常用指令的 方式来达到同样的效果。由于其指令数 目比较精简 ，所以称为精简指令集。

（5）微架构（ Microarchitecture ）

有了指令集架构，便可以使用不同的处理器硬件实现方案来设计不同性能的处理器。处理器的具体硬件实现方案称为 微架构（ Microarchitecture ）。

2、RISC-V Introduction

（1）RISC-V的诞生

RISC-V 架构主要由美国加州大学伯克利分校（简称伯克利 ）的 Krste Asanovic 教授 、 Andrew Waterman 和 Yunsup Lee 等开发人员于 2010 年发明，并且得到了计算机体系结构领域的泰斗 David Patterson 的大力支持 。 伯克利的开发人员之所以发明一套新的指令集架构，而不是使用成熟的x86 或者 ARM 架构 ， 是因为这些架构经过多年的发展变得极为复杂和冗繁，并且存在着高昂的专利和架构授权问题，且获取不到x86的源代码，其他的开源架构有或多或少的问题。伯克利的教授与研发人员决定发明一种全新的、简单且开放免费的指令集架构，于是 RISC-V 架构诞生了 。

RISC-V 英文读作（“ risk-five ＂），是 一种全新的指令集架构。“ 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 ）。

经过几年的开发，伯克利为 RISC-V 架构开发除了完整的软件工具链以及若干开源的处理器实例，得到越来越多的人的关注。 2016 年， RISC-V 基金会（ Foundation ）正式成立开 始运作。RISC-V 基金会是一个非营利性的组织，负责维护标准的 RISC-V 指令集手册与架构文挡，并推动RISC-V 架构的发展 。

（2）特点总结

3、蜂鸟E200

（1）显著特点

• 蜂鸟 E200 系列是一个开源的RISC-V 处理器。蜂鸟 E200 系列由中国大陆研发团队开发，用户能够轻松与开发人员取得交流和支持。RI
• 蜂鸟 E200 处理器研发团队拥有在国际一流公司多年开发处理器的经验，使用稳健的Verilog 2001 语法编写的可综合 RTL 代码，以工业级标准进行开发。
• 蜂鸟 E200 的代码为人工编写，添加丰富的注释且可读性强，非常易于理解。
• 蜂鸟 E200 专为 IoT领域量身定做，其具有 2 级流水线深度，功耗和性能指标均优于目前主流商用的 ARM Cortex-M 系列处理器，且免费开源，能够在IoT领域完美替代 ARM Cortex-M 处理器 。
• 蜂乌 E200 不仅提供处理器核的实现，还提供完整的配套 Soc 、详细的 FPGA 原型平台搭建步骤，详细的软件运行实例。用户可以按照步骤重现出整套 soc 系统，轻松将 E200 处理器核应用到具体产品中。
• 蜂鸟 E200 不仅提供处理器核的实现、 SoC 实现、 FPGA 平台和软件示例，还实现了完整的调试方案，具备完整的 GDB 交互调试功能。蜂鸟 E200 是从硬件到软件，从模块到 Soc ，从运行到调试的一套完整解决方案。
• 蜂鸟 E200 系列提供丰富的文档和实例，本书亦专门对其源代码进行完整的剖析。

（2）蜂鸟 E200 系列处理器核的特性简介如下

• E200 系列处理器核采用两级流水线结构，通过一流 的处理器架构设计 。 该 CPU 核 的功耗与面积均优于同级 ARM Cortex-M 核， 实现业界最高 的能效比与最低的成本 。
• E200 系列处理器核能够运行阳SC-V 指令集 ，支持 RV321/E/A/M/C/FID 等指令子集 的配置组合，支持机器模式（ Machine Mode Only ）。
• E200 系列处理器核提供标准的 JTAG 调试接口以及成熟的软件调试工具。
• E200 系列处理器核提供成熟的 GCC 编译工具链 。
• E200 系列处理器核配套 SoC 提供紧祸合系统 IP 模块，包括 中断控制 器、计时器 ， UART 、 QSPI 和 PWM 等 ，即时能用（ Ready-to-Use ）的 soc 平台与 FPGA 原型系统 。

本文参考于《手把手教你设计CPU-RISC-V》（胡振波），详情请自行阅读此书。