开源RISC-V架构改变物联网处理器的游戏规则

　　在过去十年中，开源软件一直是科技界最大的催化剂之一。今天，开源的力量、它带来的自由以及它所产生的社区也在硬件世界中获得了牵引力。由于这些原因，RISC-V 越来越受欢迎。这是对 RISC-V 及其带来的机会的介绍。

　　RISC-V 是一种开放指令集架构 （ISA），最初是在加州大学伯克利分校的计算机科学系开发的。反过来，它基于流行的精简指令集计算 （RISC） 原则，就像 ARM 和 MIPS 以及其他常见的商业处理器架构一样。

　　该项目于 2010 年形成，但从那时起已经发展成为一个大规模的全球合作，跨越多所大学和行业。一致性由非营利性RISC-V 基金会提供，该基金会既指导基础 ISA 规范，又充当推广 RISC-V 方法的营销引擎。

　　需要明确的是，RISC-V ISA 就像它所说的那样，是指令集的架构规范，而不是实际的处理器设计。从该开源 ISA 开始，众多学术和工业团队创建了许多不同的处理器设计，所有这些设计基本上都使用同一种语言。快速阅读 RISC-V 基金会网站可以了解众多可用的处理器实现，包括 Rocket、Orca 和 PULPino 等完全开源的处理器设计，以及 SiFive、Codasip、Andes 和 Cortus 等公司的商业处理器内核。

　　这种广泛的现代处理器实现套件，从简单的物联网处理器扩展到 Linux 执行应用程序处理器，全部基于一个通用 ISA，反映了 RISC-V 方法与封闭商业 ISA 相比的主要优势，即差异化的自由以及选择和更改处理器供应商的自由，而不会遭受痛苦的产品重新架构。

　　它是免费的，所以它一定是 RISCky，不是吗？

　　在这一点上，谨慎的做法是进行现实检查并查看影响新产品设计中处理器选择的因素。与大多数设计决策一样，有许多技术和商业因素，一些基于硬标准，另一些基于更难以量化的方面。

　　技术标准是不言而喻的：处理器是否具有所需的马力，是否可扩展以适应下一代，是否与功率包络匹配，是否提供所需的安全级别，是否有良好（和熟悉的）软件开发/调试环境，我们可以利用我们的遗留代码库。商业标准考虑了诸如裸片面积（门数和内存大小）、版税，当然还有总体许可费等成本。它还考虑了其​​他业务方面，包括供应商锁定、保证和赔偿、商业报告义务、修改的合法权利等。

　　考虑到所有这些因素，大多数设计人员倾向于采用“安全”选项，通常是专有商业处理器之一，并且通常坚持使用他们以前使用过的系列。然而，在战略层面，许多公司对强大的商用处理器 IP 供应商的选择越来越有限感到不安。人们越来越渴望更多的商业自由，以摆脱封闭的 ISA 锁定，不仅在许可和特许权使用费方面，而且在区分自由方面。

　　这种愿望为 RISC-V 的风帆提供了动力。RISC-V 开源 ISA 为公司提供了一个现实的选择，可以在不承担过多战略风险的情况下超越常见的商业选择，就像 Linux、FreeRTOS 和许多其他开源 RTOS 今天是商业操作系统的无可争议的替代品一样。对于较小的嵌入式处理器尤其如此，通常用于消费者物联网设备。包括西部数据和 nVidia 在内的许多著名的一级公司已经公开宣布了他们的意图，或者确实已经在量产，还有更多的公司正在评估 RISC-V，其中一些具有非常先进的设计处于保密状态。

　　CEVA 使用 RISC-V 的经验

　　与这些公司一样，CEVA 对 RISC-V 的潜力很感兴趣，尤其是在我们的RivieraWaves Wi-Fi 和蓝牙 IP方面 （图1）。这些通信技术需要一个小型处理器来执行协议栈，我们的目标是创建一个集成就绪的参考平台，让我们的客户可以自由选择处理器。就要求而言，即使对于高级 Wi-Fi 配置，对马力的需求也不大，因为 IP 的架构是为非常低功耗运行而设计的。简报要求低门数、高能效、成熟的处理器，以及可以生成节省芯片的紧凑代码的熟悉的商业级软件开发环境。该设计必须适合在 FPGA 和 ASIC/ASSP 中轻松部署（全速），并且必须具有与我们的 IP 许可业务兼容的法律框架。

　　我们选择的 RISC-V 内核达到了 20Kgates 的规模，以可观的 2.44 Coremark/MHz 冲孔，完全符合硬件清单。我们对性能和代码紧凑性的内部基准测试与类似尺寸的同类最佳处理器相比非常有利。同样重要的是，我们的经验表明，将完整系统移植到 RISC-V 的工作量非常小。以更复杂的 Wi-Fi 平台为例，我们只用了一周时间就为我们完整的 RivieraWaves Wi-Fi IP 演示平台集成、仿真和构建了一个新的 FPGA 二进制文件，其中嵌入式 RISC-V 处理器取代了商用处理器。此外，多年来在多个不同商业处理器上开发和部署的现有协议软件在两周内被移植到 RISC-V 平台，几乎没有大惊小怪，感谢熟悉的 GNU GCC/GDB 和 LLVM 编译器/调试器环境。这项工作包括移植、测试和系统级验证。

　　总的来说，该项目是成功的，RISC-V 真正兑现了它的承诺。

　　审核编辑：郭婷