开源RISC-V架构正在改变IoT处理器的游戏规则-电子工程专辑

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开源RISC-V架构正在改变IoT处理器的游戏规则

时间:2018-03-02 作者:Paddy McWilliams 阅读:
在过去的十年里,开源软件已经成为了科技世界最大的催化剂。现在开源的力量带来了自由发展,生成的社区也在硬件世界中得以立足。正是基于这些原因,RISC-V赢得了极高的人气。下面将会介绍RISC-V和它带来的机会,以及CEVA如何帮助芯片制造商充分利用它们。

什么是RISC-V?

RISC-V是一个开放的指令集架构(ISA),最初由加州大学伯克利分校的计算机科学系开发。它基于流行的精简指令集(RISC),和ARM、MIPS和其它常见的商业处理器架构一样。

RISC-V自2010年开始,现在已经成长为一个巨大的全球合作项目,横跨多个大学和工业领域。它的一致性是由非营利的RISC-V基金会(https://riscv.org/)保证的,既指导底层指令集架构(ISA)规范,又扮演市场引擎的角色来推广RISC-V。

需要澄清的是RISC-V的指令集架构,正如它的名字,是一个指令集的架构规范,而不是一个具体的处理器设计。从开源指令集架构开始,很多的学术和行业团队创造了多个不同设计的处理器,但本质上讲都是同一种语言。快速浏览RISC-V基金会的网站,上面展示了大量的处理器实现,从完整的开源处理器设计,比如 Rocket、Orca和PULPino,到生产商业处理器核的公司,如SiFive、Codasip、Andes和Cortus。

这些处理器的实现范围十分广泛,从简单物联网处理器到运行Linux的应用处理器,都是基于一套共同的指令集,从而反映出相较于一个封闭的商业ISA来说,RISC-V的关键优势,即差异化和自由选择权,可以更换处理器供应商而不遭受产品重构的痛苦。

免费的所以一定存在风险,不对?

在这一点上,谨慎的做法是考察实际情况,查看新产品设计中影响处理器选择的因素。如同大多数设计决策一样,涉及到很多技术和商业因素,一些是基于硬性指标,一些则基于难以量化的方面。

技术指标是不言而喻的:包括处理器具备足够的马力,支持后续产品的可扩展性,是否匹配包络功率,是否满足所需的安全级别,有没有友好熟悉的软件开发/调试环境,用户能否继承之前的代码库。商业上要考虑成本,比如面积(包括门数和内存大小)、版税和整个授权许可费用。它还要考虑其它商务方面的因素,包括供应商锁定、保证与赔偿、商业报告义务、进行修改的合法权利等等。

考虑所有这些因素,大多数设计往往采取一种“安全”选项,通常使用一个专有的商业处理器,并且经常绑定在以前使用的系列上。然而站在战略层面,很多公司对选择限制日益增强但强大的商业处理器IP供应商感到不安。人们渴望更多的商业自由,打破封闭指令集的锁定,这不光是在授权许可和版权使用费方面有意义,也有利于差异化。

这种需求使得RISC-V扬帆起航。RISC-V开源的指令集架构为芯片公司提供了现实的选择,超越普通的商业选项,避免承担过度的战略风险,就如同linux、FreeRTOS和许多其它开源RTOS在今天无可争辩的替代了商业操作系统。特别在那些消费物联网设备上使用的小型嵌入式处理器上,这种选择非常现实。许多知名的一流公司,包括西部数据和英伟达,已经公开宣布了自己的意图,甚至已经进行了大规模的生产。更多的公司正在评估RISC-V,其中一些秘密开始了先进的设计。

CEVA在RISC-V上的经验

和这些公司一样,CEVA已经被RISC-V的潜力所吸引,特别是我们RivieraWaves的 Wi-Fi和蓝牙IP产品。这些通信技术需要一个小型处理器执行协议栈,我们的目标是创建一个预先集成的参考平台,支持我们的客户自由选择处理器。由于IP的架构设计满足超低功耗的操作,即使是高级的无线网络配置,对于处理器马力的需求也很温和。简要来说,我们需要逻辑门数少、能效比高、处理器成熟,加上一个熟悉的商用软件开发环境,可以生成面积节约的紧凑代码。处理器设计必须容易部署(全速运行)在FPGA和ASIC / ASSP上,它必须有一个法律框架与我们的授权IP业务兼容。

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CEVA运行RISC-V的Wi-Fi平台

我们选择的RISC-V处理器内核在20K门这个量级,可以达到2.44 Coremark / MHz这个不错的成绩,和硬件需求完全吻合。我们内部的性能和代码密集度测试结果显示,已经达到了比肩一流处理器的水平。同样重要的是根据我们的经验,将一个完整的系统移植到RISC-V所需的工作量非常少。以更复杂的Wifi平台为例,用嵌入式RISC-V处理器取代商业处理器,我们只花了一个星期就完成了集成、仿真和创建一个新的FPGA二进制文件,实现RivieraWaves完整的Wi-Fi 演示平台,。此外,现有的协议软件已经在多个不同的商业处理器上进行了开发和部署,移植到RISC-V平台上只花了两周时间,包括移植、测试和系统级验证。这没有什么奇怪的,多亏了熟悉的GNU GCC / GDB调试器和LLVM编译器/环境。

总的来说,这个项目是一个伟大的成功,RISC-V真正兑现了承诺。CEVA现在是RISC-V基金会的新成员,很高兴能够提供RISC-V基础平台作为搭载我们的Wi-Fi 和蓝牙IP核的一个选项。

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