За последние десять лет программное обеспечение с открытым исходным кодом стало лучшим катализатором в области технологий. Сегодня мощь открытого источника привела к свободному развитию, и получившееся сообщество также закрепилось в мире аппаратного обеспечения. По этим причинам, RISC-V приобрела большую популярность. В этой статье описывается архитектура набора инструкций RISC-V (ISA) и как переписать правила экологии процессора в эпоху Интернета (IoT).
Что такое RISC-V?
RISC-V - это открытая архитектура набора команд, первоначально разработанная Отделом компьютерных наук в Калифорнийском университете в Беркли, в основе которого лежит, в основном, принцип популярного сокращенного набора команд (RISC). , Так же, как ARM, MIPS и другие общие архитектуры коммерческих процессоров.
RISC-V начал формование в 2010 году и теперь превратился в огромное глобальное партнерство во многих университетах и отраслях. Некоммерческий фонд RISC-V обеспечивает согласованность. Он не только определяет базовую спецификацию ISA, но также играет роль механизма маркетинга для продвижения подхода RISC-V.
Что нужно уточнить, так это архитектура набора команд RISC-V. Как следует из названия, это спецификация архитектуры набора команд, а не конкретный процессор. Начиная с архитектуры набора команд с открытым исходным кодом многие академические и промышленные команды создали множество Различные конструкции процессоров, но по существу все используют один и тот же язык. Быстрый взгляд на веб-сайт Фонда RISC-V можно увидеть, что множество реализаций процессора показано выше, из полного открытого источника Rocket, Orca и PULPino Дизайн процессоров для компаний, выпускающих коммерческие процессорные ядра, такие как SiFive, Codasip, Andes и Cortus.
Эти современные процессоры имеют широкий спектр реализаций: от простых процессоров IoT до процессоров приложений под управлением Linux все основаны на общем наборе инструкций, отражающих основные преимущества RISC-V над закрытыми коммерческими ISA. Дифференциация и свобода выбора, а также возможность замены поставщиков процессоров, не испытывая боли в реструктуризации продукта.
Бесплатно, значит, должен быть риск?
На данный момент разумно смотреть на реальную ситуацию и смотреть на факторы, которые влияют на выбор процессора при разработке новых продуктов. Как и в большинстве проектных решений, это связано со многими техническими и коммерческими факторами, некоторые из которых основаны на жестких показателях, а некоторые из них основаны на трудностях. Количественные аспекты.
Технические индикаторы самоочевидны: имеет ли процессор достаточную мощность? Поддерживает масштабируемость следующих продуктов: соответствует ли он силовым пакетам? Соответствует ли он требуемому уровню безопасности? Есть ли дружественная и знакомая среда разработки / отладки программного обеспечения? • Может ли пользователь наследовать библиотеки устаревших кодов и т. Д. Коммерческие стандарты должны учитывать затраты, такие как площадь (включая количество ворот и размер памяти), роялти и общие затраты на авторизацию, а также учитывать другие бизнес-факторы, включая поставщиков. Блокировка, гарантия и компенсация, обязательства по представлению бизнес-отчетности, юридические права на внесение изменений и т. Д.
Учитывая все эти факторы, большинство дизайнеров склонны принимать «безопасный» вариант, обычно используя собственный коммерческий процессор и часто привязываясь к ранее используемой серии. Однако на стратегическом уровне многие компании Все более жесткие, но мощные коммерческие производители IP-процессоров непросто. Люди стремятся получить больше коммерческой свободы и нарушать блокировку закрытых наборов инструкций. Это не только имеет смысл с точки зрения лицензирования и авторских прав, но также способствует различиям. из.
Это требование делает RISC-V установленным парусом. Архитектура набора инструкций с открытым исходным кодом RISC-V предоставляет чип-компаниям реалистичный выбор, чтобы выйти за рамки обычных бизнес-опций и избежать чрезмерно стратегических рисков, таких как Linux, FreeRTOS и многие другие. источник операционной системы реального времени (RTOS) сегодня неоспоримым альтернативой коммерческой операционной системы (ОС). на небольшой встроенный процессор, используемый в особенности на тех вещей, бытовых устройств, этот вариант очень реален. многие хорошо известные Компании уровня 1, в том числе Western Digital (WD) и Nvidia, публично объявили о намерениях своей собственной компании и даже начали крупномасштабное производство. Кроме того, многие другие компании оценивают RISC. -V, некоторые из них даже тайно начинают продвинутый дизайн.
Например, дизайн продукта CEVA RivieraWaves Wi-Fi и Bluetooth IP. Привлеченные потенциалом RISC-V, эти коммуникационные технологии требуют небольшого процессора для выполнения протокольной стекирования. Целью является создание предварительно интегрированной эталонной платформы для свободного выбора клиентами. Процессоры. Поскольку архитектура IP предназначена для работы с ультранизким энергопотреблением, даже для конфигурации беспроводной сети (Wi-Fi), спрос на мощность процессора также очень мягкий.
Короче говоря, нам нужно небольшое количество логических ворот, высокая энергоэффективность, зрелый процессор и знакомая среда разработки программного обеспечения коммерческого класса, которая может привести к компактному коду, который экономит площадь чипа. Конструкцию процессора необходимо легко развернуть ( Полноскоростное исполнение) на FPGA и ASIC / ASSP, но также должны иметь нормативную базу, совместимую с нашими авторизованными службами IP.
Например, CEVA выбрала процессорное ядро RISC-V с воротами 20K для достижения хорошей производительности 2,44 Coremark / MHz, и оно полностью соответствует требованиям к оборудованию. В соответствии с внутренними показателями производительности и результатами тестирования плотности кода это было достигнуто. Тот же уровень, что и лучший процессор в своем классе. Также важно, что, согласно нашему опыту, рабочая нагрузка, необходимая для переноса полной системы на RISC-V, очень мала.
Взяв более сложную платформу Wi-Fi в качестве примера, заменив коммерческий процессор встроенным процессором RISC-V, требуется всего одна неделя, чтобы завершить интеграцию, смоделировать и создать новый двоичный файл FPGA, завершить Платформа отображения RivieraWaves Wi-Fi. Кроме того, существующее программное обеспечение протокола, которое уже много лет разрабатывается и развертывается на нескольких различных коммерческих процессорах, может быть перенесено на платформу RISC-V через две недели, включая портирование, тестирование и Проверка на уровне системы. Это неудивительно, благодаря знакомой среде компилятора / отладчика GNU GCC / GDB и LLVM.
В целом этот проект был большим успехом. RISC-V действительно выполнил свое обещание.