RISC-V是中國處理器產(chǎn)業(yè)的一次難得機遇

當前，雖然全球微處理器指令集架構(gòu)被Arm和Intel x86壟斷，但是2010年在伯克利大學誕生的RISC-V指令集，有望打破這一格局，給中國處理器IP帶來“自主可控”的發(fā)展契機，尤其對于消費類、IoT等嵌入式應(yīng)用，RISC-V更像是一道“曙光”！現(xiàn)在，許多高校已經(jīng)開始將RISC-V用于教學，科技巨頭紛紛宣布支持RISC-V，并且涌現(xiàn)出了一批初創(chuàng)的科技公司。目前，雖然RISC-V 架構(gòu)技術(shù)還在發(fā)展階段，各家芯片平臺也在開發(fā)和完善之中，但是RISC-V應(yīng)用終將落地。中國集成電路老前輩許居衍院士指出：RISC-V當前最適合用于IoT之類的“看不見的計算”中，現(xiàn)在看來RISC-V要形成生態(tài)，希望很可能在中國。

在這樣的契機下，嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會舉辦的首次技術(shù)沙龍聚焦于RISC-V嵌入式開發(fā)這一主題。正如嵌入式聯(lián)誼會秘書長何小慶所言：希望更多產(chǎn)業(yè)和學術(shù)界的年輕朋友同大家分享自己對RISC-V的觀點和研究成果，更好地促進RISC-V在嵌入式產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用。

RISC-V與RUST相遇，引發(fā)操作系統(tǒng)教學新嘗試

清華大學計算機系 陳渝副教授

作為研究操作系統(tǒng)的老師，陳老師認為，RISC-V精簡指令集聽起來屬于硬件范疇，但是其實RISC-V與軟件有很大的相關(guān)性，因為作為重要系統(tǒng)軟件的操作系統(tǒng)負責對硬件進行管理和控制，以實現(xiàn)對上層應(yīng)用的支持。

陳老師介紹，不同學校計算機系對操作系統(tǒng)課程教學的要求存在差異，有的只要求會用，有的卻需要懂得操作系統(tǒng)。清華大學的操作系統(tǒng)課程目標是希望學生能夠用一種高級語言在某一種CPU上實現(xiàn)操作系統(tǒng)的設(shè)計。陳老師在多年的操作系統(tǒng)教學實踐中，一直在做不同的嘗試，比如在x86、MIPS、Arm上實現(xiàn)，直到2017年，發(fā)現(xiàn)RISC-V是一個很不錯的選擇。RISC-V本身來源于學校，已經(jīng)經(jīng)過長期的探索，而且它是開源的，學生可以接觸到關(guān)于它的所有信息（不像x86和Arm，很難深入了解更多細節(jié)），所以更容易在其上開發(fā)應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)。

關(guān)于為什么選擇RUST作為RISC-V的開發(fā)語言，陳老師這樣解釋：雖然現(xiàn)在大多數(shù)的操作系統(tǒng)選用C語言開發(fā)，但是還是存在潛在的安全問題，所以目前國外很多學校也都在探索使用C語言之外的語言做開發(fā)，比如MIT嘗試使用Go語言。鑒于RUST不僅有嚴格的安全約束，可以把編譯時約束轉(zhuǎn)移到運行時，而且允許程序員顯式地指出不安全（unsafe塊），并使用安全封裝和管理不安全，所以才選擇了RUST。    

經(jīng)過兩年的教學實踐，陳老師表示在RISC-V上開發(fā)操作系統(tǒng)還是非常有優(yōu)勢的，比如有的同學在32位環(huán)境下開發(fā)的系統(tǒng)，只需要微小的改動（一兩天的工作量）就可以移植到64位上，說明RISC-V在硬件架構(gòu)設(shè)計上已經(jīng)做了軟件的一致性考慮。

RISC-V定制處理器助力四足機器人設(shè)計

北京工業(yè)大學碩士研究生  蔡琳琳

雖然RISC離大規(guī)模商用還有一定的距離，但是在高校已經(jīng)有了很多研究和應(yīng)用。蔡琳琳解釋了她所做的四足機器人課題選用RISC-V架構(gòu)的原因：原來對于四足機器人的控制會選用單片機，因為其外圍設(shè)備資源不足，要實現(xiàn)復雜的功能時就會有很多困難，而采用RISC-V后可以對處理器進行定制，所實現(xiàn)的功能會更加完善。

在北工大韓德強老師指導下，蔡琳琳設(shè)計的四足機器人原來是采用Arm架構(gòu)處理器控制的，現(xiàn)在采用基于RISC-V架構(gòu)的定制處理器實現(xiàn)。雖然在功能實現(xiàn)方面區(qū)別不大，但是采用Arm架構(gòu)處理器時，其PWM引腳是由軟件模擬實現(xiàn)的，而現(xiàn)在則是由硬件實現(xiàn)，效率和精度都得到了很大提升。

RISC-V是中國處理器產(chǎn)業(yè)的最后一次機會

芯來科技創(chuàng)始人，著名RISC-V技術(shù)推廣者 胡振波

作為著名的RISC-V技術(shù)推廣者和國內(nèi)第一顆RISC-V開源處理器蜂鳥E203的作者，芯來科技創(chuàng)始人胡振波對RISC-V有著深刻和獨到的理解。他認為，在后摩爾時代，因為摩爾定律和登納德縮放定律的相繼失效，通用處理器逐漸無法滿足對整體系統(tǒng)能效比的追求，因此基于領(lǐng)域的架構(gòu)設(shè)計(Design Specific Architecture)設(shè)計理念逐漸成為共識和趨勢。系統(tǒng)公司、互聯(lián)網(wǎng)巨頭開始全面造芯，更多軟硬件結(jié)合的差異化創(chuàng)新正在誕生，芯片也在呈現(xiàn)出類似互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)化的趨勢。傳統(tǒng)處理器指令集架構(gòu)(ISA, Instruction Set Architecture)承載著軟硬件接口作用，但是各個公司又是封閉性的， 在開發(fā)中多種編程模型共存，需要嵌入式開發(fā)人員掌握多種硬件架構(gòu)、多種編程模型， 降低了產(chǎn)品開發(fā)的效率，并且由于指令集不能擴展，也難以把硬件擴展和處理器微架構(gòu)緊密結(jié)合在一起，因此無法進一步提升性能。更為關(guān)鍵的是，找到和培養(yǎng)具備對不同硬件架構(gòu)編程能力的程序員成本很高，給公司發(fā)展帶來很多困難。

而RISC-V具有4個特點，分別是簡單和一致性、學校和產(chǎn)業(yè)能夠無縫對接、開放的可擴展性以及編程效率高，正好可以解決嵌入式開發(fā)中的很多痛點。RISC-V的開放性決定了它不再只是針對某種應(yīng)用，而是能夠滿足很多應(yīng)用領(lǐng)域的不同需求，因此會得到更多大型公司和社區(qū)的支持，生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展得更為迅速；RISC-V的平民化讓更多工程師可以接觸到，并迅速應(yīng)用于億萬級的物聯(lián)網(wǎng)市場。

x86和Arm時代，中國只是處理器的應(yīng)用市場，雖然一直想要彎道超車，但終未實現(xiàn)。胡振波認為，RISC-V是中國處理器產(chǎn)業(yè)的一次機會，而且很可能是最后一次機會。芯來科技主要專注于RISC-V處理器研發(fā)，為客戶提供處理器IP和相關(guān)解決方案，目前已經(jīng)發(fā)布了面向AIoT的超低功耗產(chǎn)品線，正在研發(fā)面向邊緣計算的更高性能、帶矢量加速的產(chǎn)品線，并積極和上下游合作伙伴一起共同拓展更加廣闊的市場。 胡振波希望通過自己和業(yè)界的共同努力，幫助中國本土處理器產(chǎn)業(yè)抓住這次難得的機會！

RISC-V發(fā)展的關(guān)鍵在于軟件和生態(tài)系統(tǒng)

恩智浦（中國）管理有限公司系統(tǒng)工程總監(jiān) 王朋朋

王朋朋擁有多年的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)經(jīng)驗，她清楚地了解工程師在開發(fā)過程中需要很多資源，包括文檔、開發(fā)工具、軟件支持包、硬件參考資料、參考解決方案、設(shè)計公司協(xié)作開發(fā)、人力技術(shù)支持以及培訓資源等。正因如此，王總監(jiān)認為，RISC-V要推廣到MCU中，難點其實不在芯片，而是軟件和生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)。王總監(jiān)透露，恩智浦現(xiàn)在已經(jīng)是RISC-V基金會的白金會員，就是希望憑借公司在產(chǎn)業(yè)界多年的積累和影響力來促進RISC-V生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，而不僅僅是推出采用RISC-V架構(gòu)的芯片。

為了幫助RISC-V建立起一個強大的生態(tài)系統(tǒng)，恩智浦在RISC-V生態(tài)建設(shè)方面做了很多工作：建立了一個面向所有開源ISA愛好者的非盈利性的RISC-V社區(qū)，這個社區(qū)向所有生態(tài)合作伙伴開放，全球開發(fā)者可以在這里分享創(chuàng)意和經(jīng)驗，5月份www.open-isa.cn也會上線，便于中國開發(fā)者討論和學習；推出了兩個RISC-V開發(fā)板，一個是VEGAboard，擁有雙RISC-V核芯片和兼容Arduino接口的開發(fā)板，另一個是專門針對中國大陸定制的織女星開發(fā)板，比VEGAboard更易用；主辦RISC-V應(yīng)用設(shè)計大賽，推動以RISC-V為基礎(chǔ)的MCU應(yīng)用生態(tài)的建設(shè)，讓國內(nèi)廣大的MCU應(yīng)用開發(fā)人員更加深入地理解和體驗RISC-V將會怎樣影響他們的未來，以此促進RISC-V應(yīng)用的普及。

用RISC-V做開發(fā)，面對的開發(fā)環(huán)境依然熟悉

恩智浦（中國）管理有限公司高級系統(tǒng)工程師 劉華東

在做了多年基于Arm架構(gòu)的處理器開發(fā)后，劉華東開始研究RISC-V，他從工程師的視角給大家詳細闡述了基于RISC-V指令集做開發(fā)與使用以前熟悉的嵌入式開發(fā)環(huán)境的不同之處。

首先，RISC-V  MCU是基于GNU GCC RISC-V交叉工具鏈做開發(fā)的，編譯工具為Cmake,可以提高編譯效率，而Arm架構(gòu)處理器選用的是Makefile。其次，調(diào)試軟件采用OpenOCD，只要所連接的硬件調(diào)試器支持標準的JTAG協(xié)議，就可以直接使用，如果是已經(jīng)習慣于Linux的用戶，可以繼續(xù)使用命令行方式開發(fā)環(huán)境。劉華東介紹，其實很多嵌入式工程師對IAR和Keil非常熟悉，所以RISC-V社區(qū)提供了Eclipse集成開發(fā)環(huán)境，在標準Eclipse基礎(chǔ)上添加了插件，并且針對RISC-V開發(fā)做了優(yōu)化，與工程師原來所熟悉的開發(fā)調(diào)試環(huán)境非常類似。

在介紹了恩智浦推出的VEGAboard和織女星開發(fā)板結(jié)構(gòu)之后，劉華東詳細介紹了RV32M1內(nèi)核，這是一個異構(gòu)4核MCU，包括兩個RISC-V內(nèi)核（一個RI5CY核和一個ZERO_RISCY核）和兩個Arm內(nèi)核（一個Cortex-M4F核和一個Cortex-M0+核），單芯片就可運行BLE、Mesh/Thread/ZigBee協(xié)議，特別適合于超低功耗的移動設(shè)備。

IAR可以彌補RISC-V的商用短板

IAR Systems(China)中國區(qū)經(jīng)理 盛磊 

IAR是一個專業(yè)商用開發(fā)工具，而RISC-V開源社區(qū)已經(jīng)有很多免費開源的開發(fā)工具了， 看似收費的IAR不會與RISC-V產(chǎn)生交集，但實際上IAR Systems是RISC-V基金會的成員，從三年前就開始研究RISC-V。盛磊解釋了RISC-V依然需要IAR的原因：一個芯片如果要實現(xiàn)商用，僅僅具有芯片性能優(yōu)勢是沒有實質(zhì)意義的，只有整個系統(tǒng)（包括處理器設(shè)計、主頻和編譯器）具備優(yōu)勢，產(chǎn)品才會有競爭力?？梢灶A見的是如果僅采用免費的（如GCC等）開發(fā)工具，基于RISC-V指令集的處理器在整體系統(tǒng)性能上是無法與成熟的Arm架構(gòu)產(chǎn)品競爭的。因此，RISC-V要走向市場，勢必需要與IAR結(jié)合。

盛磊介紹，目前IAR支持市場上常見的40多種架構(gòu)的MCU，包括基于Arm內(nèi)核的MCU和各個公司私有架構(gòu)的MCU，今年還將會增加支持RISC-V的新產(chǎn)品，計劃6月份推出1.10商用版本給合作客戶，并且后續(xù)還會推出升級版本。

結(jié) 語

可見，無論是高校、芯片公司還是軟件公司，都對RISC-V寄予了厚望，并為之做了很多工作，這是帶給中國處理器產(chǎn)業(yè)的一道亮光，希望更多的公司參與到RISC-V生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)當中，幫助中國處理器產(chǎn)業(yè)抓住這次絕好的機會！

周末的下午，北京天氣晴好，北航校園依然熙熙攘攘，由聯(lián)誼會主辦北航出版社承辦的RISC-V 嵌入式開發(fā)技術(shù)沙龍， 吸引了來自高校、媒體、集成電路、嵌入式、IOT 和工業(yè)電子開發(fā)的70余人參加會議，IAR 和NXP 現(xiàn)場做了產(chǎn)品演示，與會者和發(fā)言人交流互動頻頻！

由國內(nèi)知名學者和產(chǎn)業(yè)人士共同發(fā)起的嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會,成立和運作已經(jīng)11年了。嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會為中國嵌入式系統(tǒng)不同學科領(lǐng)域的專家學者、工程技術(shù)人員、市場和科技媒體人士提供學術(shù)和產(chǎn)業(yè)信息交流的環(huán)境，是增進個人友誼的公益性科技沙龍機構(gòu)。嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會技術(shù)沙龍是聯(lián)誼會繼主題討論會形式外的一個新的嘗試，更側(cè)重專業(yè)化、年輕化和實戰(zhàn)性。