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迎接嵌入式開源篇章——RISC V

就嵌入式系統而言,我們一直在使用的晶片如stm32(arm-cortex核心)和armA9(armv7a核心)所使用的指令集都是rick(精簡指令集),效率遠高於sisc(複雜指令集)。但是arm系列的mcu是否有缺陷呢?當然,其昂貴的版權費及臃腫的指令組織結構經常遭到詬病。
今年三星的半導體部門運用於Galaxy S7的Exynos 8890處理器採用了自主定製的CPU核心M1,而不再是arm核心。此CPU核心基於開源的RISC-V指令集架構,而不是arm架構了(三星旗艦機長期使用ARMv6-M和ARM-v8-M架構)。三星不必支付ARM授權許可費了!
那麼RISC-V是什麼呢?
其資料手冊是這麼說的”RISC-V (pronounced “risk-five”) is a new instruction set architecture (ISA) that was originally designed to support computer architecture research and education, but which we now hope will also become a standard free and open architecture for industry implementations.”【1】
RISC-V處理器架構由加州大學伯克利分校開發,提供免費BSD許可,重點是已收到了一批重大科技公司的支援,其RISC V基金會正是由包括谷歌、高通、IBM和NVIDIA在內的大企業支援,並提供免費的編譯器和開放的ISA開發環境。事實上,NVIDIA和高通已經在使用RISC-V架構開發自己的物聯網處理器和GPU記憶體控制器。【2】
RISC-V背後負責研究的人員之一David Patterson表示RISC-V在很多方面能力更強也更有效率(甚至和一些私有的設計相比),現在是一個理想的時刻,因為它有一個小型的程式碼庫和其他一些功能,這讓它更適合晶片系統設計,晶片系統設計今天能夠主宰計算世界主要歸功於ARM。隨著連線裝置需求的演變,諸如Raspberry Pi之類的套件日趨成熟以及橫向擴充套件雲端計算架構的成長,一個繁榮的RISC-V的社群應該能夠設計出和它們共同進化的晶片來。【3】
維基百科是這樣介紹RISC-V的:it is significant because it is designed to be useful in modern computerized devices such as warehouse-scale cloud computers, high-end mobile phones and the smallest embedded systems. 【4】
其開源性不止帶來了造價低這一好處,開發者和使用者還不需擔心硬體內部留“後門”,極大提高了產品的安全效能。“RISC-V提供引人注目的軟體處理器解決方案,適用於美高森美的低功耗、可靠、安全的FPGA。RV32IM RISC-V核心為嵌入式設計人員打開了新一代創新之門。現在,工程師可以依賴開放的ISA,不需要受制於單一供應商,並可利用開放源工具和硬體。以前從未有任何處理器能夠讓設計人員對其設計進行檢查、修改、改寫、合作,及將他們的設計遷移到最適合其產品的最佳平臺。”美高森美這樣評價RISC-V。【5】
現在已有不少關於RSIC-V的專案了:如馬德拉斯(印度理工學院)、LowRISC(英國劍橋大學)、Bluespec(美國Bluespec公司)。國內也有不少從業者對此表示關注,主要是想將RSIC-V應用在物聯網、大資料上。有資料將之與armA5進行比較,RSIC-V核心更快、更小、功耗更低。【6】
張競揚在其文中提到:“可以說,RISC-V指令集是一個“活”的、現代的、沒有專利問題和沒有歷史包袱的全新指令集,並且以BSD許可證釋出。任何公司都可以在自己的產品中免費使用,而修改也無需再開源。和成就了ARM的授權模式相比,RISC-V不僅能讓公司收益,也能夠讓大學和研究機構更好地研究新的處理器技術和架構。要知道,一個ARM指令集架構的許可證可能要上千萬美元。”
那麼RISC-V的未來如何呢?當我們面對一個新的指令集時,不可避免地擔心現有的優質軟體能否順利移植到新指令集的平臺上。張說,“開源軟體在這十幾年的飛速發展,已經能夠讓我們在很多領域無需過多擔心軟體移植的問題”。最近全球半導體聯盟(GSA)在一篇報告中大膽的提出這樣的問題:“RISC-V會是開源領域的下一個Linux嗎?”,“半導體行業是開放原始碼最後一塊沒有攻克的陣地嗎?”。【7】更直觀地說像GCC、GDB、LLVM、Clang、這些編譯工具已經較為完備,Spike、QEMU、ANGEL這些ISA(指令集架構)模擬工具也已經成型。這一切足以說明RISC-V有一個光明的未來。