RISC-V入門：模塊化開放式的ISA CISC和RISC代碼區(qū)別

本文是RISC-V基礎(chǔ)知識的入門篇。介紹了開放式架構(gòu)理念，模塊化ISA的技術(shù)描述，以及一些商業(yè)RISC-V微處理器實現(xiàn)。

了解 RISC 與 CISC

表 1.?CISC 和 RISC 代碼之間的比較示例?

在此表中，CISC 允許在單個指令中遞增變量，而RISC需要用加載和存儲來訪問內(nèi)存。雖然這顯示了代碼大小的差異，但這不是一對一的比較，因為架構(gòu)之間存在許多差異，因此這并不能證明一個在技術(shù)上比另一個更好。

RISC-V 歷史

RISC-V International— 一個開放的 ISA

RISC-V是一種開放式指令集架構(gòu)（ISA），這意味著您可以自由地在微處理器或微控制器中實現(xiàn)RISC-V CPU，而無需向任何人支付使用此ISA的版稅。

RISC-V International是一個全球性的非營利組織，擁有并維護(hù)RISC-V ISA知識產(chǎn)權(quán)。其主要目標(biāo)之一是保持RISC-V的設(shè)計基于簡單性和性能，而不是專注于商業(yè)利益。出于這個原因，RISC-V International依賴于其成員，這些成員代表了微處理器生態(tài)系統(tǒng)群體，從個人到Google，Intel和Nvidia等組織。成為會員有很多好處，包括有可能為ISA的設(shè)計做出貢獻(xiàn)，并投票批準(zhǔn)擬議的變更。在圖1中，你可以看到多年來RISC-V發(fā)展的高層次時間表。?

圖 1.?自2010年成立以來，RISC-V一直受到微處理器行業(yè)的好評，并且在硬件和軟件方面的采用一直在穩(wěn)步增長

RISC-V ISA和擴展的約定

RV32I：具有基本整數(shù) ISA 的 32 位 CPU

M：整數(shù)乘法和除法擴展

A：原子指令擴展

圖 2.RV32IMAC ISA的指令集顯示了RISC-V的模塊化（非增量）特性。必需的基本 ISA 與一組擴展名組合在一起

基本整數(shù) ISA

• 加法
• 減法
• 按位運算
• 加載和存儲
• 跳轉(zhuǎn)

• 分支

表 2.RV32I寄存器文件顯示RISC-V應(yīng)用二進(jìn)制接口中指定的硬件寄存器名稱及其分配的功能。

RISC-V 乘法和浮點

RISC-V 指令的壓縮

RV32C擴展是RISC-V ISA的一個巧妙的補充，因為它為現(xiàn)有指令的一個特殊子集提供了一種可選的16位編碼。

在分析了現(xiàn)代優(yōu)化編譯器生成的無數(shù)行代碼后，RISC-V的創(chuàng)建者確定了最流行的指令，并創(chuàng)建了16位版本，放棄了其完整32位版本的一些功能，無論如何，這些功能仍然在RV32I基礎(chǔ)ISA中可用。

由于這些指令的存在，這種壓縮是可能的：

1.有些寄存器比其他寄存器更受歡迎。

2.通常會覆蓋一個操作數(shù)。

3.有一些首選的即時值。

這允許將有限數(shù)量的寄存器的指令編碼為操作數(shù)，僅使用2個寄存器而不是3個，使用小的即時值，所有這些都在16位中。

通過壓縮最常用的指令，您有更好的機會顯著壓縮程序。

其他 RISC-V 擴展

還有許多其他擴展，它們實現(xiàn)了您可能期望從現(xiàn)代微處理器獲得的所有功能。這包括嵌入式基礎(chǔ)ISA（RV32E），原子操作（A），位操作（B），矢量操作（V）的擴展，等等。

RISC-V 實現(xiàn)

有許多公司在其微控制器、微處理器和 SoC 中制造 RISC-V 內(nèi)核的所有變體。一個例子是SiFive，這是第一家基于RISC-V ISA制造芯片的公司。他們的芯片范圍從低端微控制器一直到高性能SoC。

圖 3.?RISC-V框圖的一個例子，即P550高性能應(yīng)用處理器?

然而，實際的RISC-V項目并不局限于集成電路。在許多領(lǐng)域，如編譯器、模擬器、開發(fā)環(huán)境、操作系統(tǒng)等，正在進(jìn)行的項目數(shù)量都令人印象深刻。有關(guān)項目的詳細(xì)列表，請訪問此GitHub (https://github.com/riscvarchive/riscv-software-list)?以了解更多信息。

總而言之，RISC-V是計算機架構(gòu)世界中一個令人興奮的話題。