Digitrode

Эта статья призвана дать читателю подробное представление об архитектуре RISC-V, а также поможет в сравнении архитектуры RISC-V с популярной архитектурой ARM. Прежде чем мы углубимся в техническую терминологию и начнем сравнивать две архитектуры, читателю важно понять, что подразумевается под архитектурой набора команд.

Архитектура набора команд (ISA) – это, по сути, часть вычислительной машины, которая видна программисту на уровне ассемблера или составителю компилятора. ISA – это место, где программное обеспечение встречается с аппаратной частью. ISA определяет команды/инструкции, которые изначально могут быть поняты машиной и ее микроархитектурой, а также определяет, как инструкции должны быть сохранены, доступны и реализованы.

За последние несколько лет открытая (open source) микропроцессорная архитектура RISC-V перешла из существующих только на ПЛИС элементов в настоящий кремний, и сейчас вы можете купить микроконтроллер RISC-V со всеми возможными функциями.

Недавно появился интересный чип из Китая под названием Sipeed M1, который оснащен двухъядерным процессором RISC-V с тактовой частотой 600 МГц, набором входов/выходов, а также процессором обработки нейронной сети. Мы видели этот чип раньше, но теперь Seeed Studios продает его в форм-факторе Raspberry Pi Hat. Данная плата позиционируется и как дополнительная плата для Raspberry Pi, и как отдельный вычислительный модуль.

RISC-V (произносится как «risk-five») представляет собой «открытую» архитектуру набора инструкций (ISA) на основе принципов сокращения набора команд (RISC). В отличие от большинства ISA, RISC-V находится в открытом доступе для всех видов применения, позволяя каждому проектировать, производить и продавать микросхемы RISC-V и программное обеспечение. Хотя это не первая «открытая» ISA, она очень важна и примечательна, потому что она предназначена для использования в современных компьютеризированных устройствах, таких как облачные компьютеры, мобильные телефоны высокого класса и самые маленькие встроенные системы.

Хотя на сегодняшний день чипов с архитектурой RISC-V насчитывается не так уж и много, все же они потихоньку заполняют рынок, причем иногда даже с дополнительным полезным функционалом. Одним из таких устройств является Sipeed M1.

Недавно компания SiFive выпустила два новых ядра, разработанных для более низкого уровня вычислений. Эти новинки представляют собой отличное дополнение к существующему ассортименту микроконтроллеров и SoC (систем-на-кристалле) на базе Open RISC-V ISA. За последние два года SiFive представила ряд ядер на базе RISC-V ISA, открытой архитектуре ISA, которая дает возможность проектировать и разрабатывать микроконтроллер или микропроцессорную платформу практически с нуля. Эти два новых ядра формируют основной ассортимент продукции SiFive, характеризующейся низким энергопотреблением.

Медленно, но верно, архитектура RISC-V, характеризующаяся своей открытостью, проникает в нашу жизнь благодаря появлению различных вычислительных устройств на ее основе – от микроконтроллеров до серверных процессоров.

И вот, SiFive, крупнейшая компания по производству и поставкам чипов RISC-V, выпускает микросхему, которая еще более мощная по сравнению с существующими компонентами на базе этой архитектуры. Так, SiFive объявила о выпуске Linux-совместимого одноплатного компьютера, построенного на базе RISC-V ISA. Он называется HiFive Unleashed, и это первая кремниевая реализация, работающая под Linux.

Процессор, основанный на архитектуре RISC-V (Reduced Instruction Set Computer или вычислительное устройство с сокращенным набором инструкций) представляет собой чип, который все еще находится в зачаточном состоянии, но это чип, развитие которого стоит поддерживать. Возможно, вам интересно, что делает этот чип настолько замечательным?

RISC-V продолжает повышать свою траекторию популярности, поскольку фонд RISC-V продолжает налаживать партнерские отношения с научными кругами и компаниями по всей отрасли.

Фонд RISC-V продолжил наращивать свой импульс распространения, объявив о присутствии ISA с открытым исходным кодом на HOT CHIPS 29 – симпозиуме, посвященном высокопроизводительным процессорам и интегральным схемам, проводимым ежегодно в Кремниевой долине в середине августа. Выступая с презентациями разработчики рассказали о текущем прогрессе и амбициях целей фонда.

Поскольку ПЛИС FPGA – это всего лишь сочетание компонентов цифровой логики на кристалле, для разработчиков не является редкостью создавать процессор, используя хотя бы часть схемы FPGA.

С появлением новых типов ядер появляются и новые их реализации для программируемых логических схем. VexRiscv – это реализация архитектуры процессора RISC-V с использованием языка SpinalHDL.

Компания SiFive пока не слишком хорошо известна электронщикам и радиолюбителям. Тем не менее, она вполне успешно разрабатывает микроконтроллеры с набором инструкций RISC-V. Архитектура RISC-V является достаточно новой (создана в 2010 году) и полностью открытой, то есть она доступна для свободного использования. На ее основе был сделан работающий на тактовой частоте 320 МГц микроконтроллер SiFive Freedom E310 (FE310), который присутствует на их плате HiFive1 с форм-фактором Arduino Uno.

Но SiFive решили пойти дальше в сотрудничестве с экосистемой Arduino и сделали плату под названием Arduino Cinque, в которой основным элементом, конечно же, является микроконтроллер Freedom E310, признанный одним из быстрейших и производительных микроконтроллеров, доступных сегодня на рынке.

Для движения сторонников открытого программного обеспечения (Open Hardware) предыдущий 2016 год стал весьма результативным. Ассоцияция Open Source Hardware Association выпустила свою программу сертификации, и позднее в Маунтин-Вью был продемонстрирован последний вариант набора инструкций архитектуры RISC-V. Архитектура RISC-V отличается от других архитектур в первую очередь тем, что она является "открытой". Так, современные и не очень современные микроконтроллеры вроде AVR, PIC, 6502, 8051 и других нельзя досканально структурно изучить и производить их без лицензии, поскольку они имеют "закрытую" архитектуру. Поэтому в "открытой" микроконтроллерной архитектуре многие энтузиасты видят будущее.

При этом уже начали появляться первые представители с архитектурой RISC-V. Это HiFive 1 компании SiFive и Open-V компании OnChip. Оба этих устройства, безусловно, интересны в изучении и применении, но команда OnChip решила пойти дальше в популяризации своего продукта и запустила веб-проект, с помощью которого можно программировать Open-V прямо из браузера и наблюдать за результатом.