第一个开源RISC-V芯片问世

1.SiFive的Freedom E310 32位微控制器是第一个市场上可用的RISC-V芯片。

一个RISC-V芯片现在可以在SiFive的自由E310(图1)．Freedom E310是一个32位RV32IMAC架构的微控制器。RV32IMAC是标准RISC-V特性的缩写，包括32位支持(RV32)、整数支持(I)、硬件整数乘法和除法(M)、原子实时指令(A)，以及支持32位和紧凑(C) 16位指令集。该芯片有16个32位寄存器，没有硬件堆栈。与许多RISC系统一样，它使用跳转和链接(JAL)指令将返回地址保存在寄存器中。

该芯片可以在HiFive1 arduino兼容板上找到(图2)．它的售价为59美元CrowdSupply项目网站。芯片比未来科技设备国际公司(FTDI)USB控制器用于编程支持。

2.HiFive1是一个arduino兼容板，运行SiFive的E310 32位微控制器。

E310运行在320兆赫的速度和提供1.61 DMIPS/MHz，而不是1.3英特尔居里或0.93爱特梅尔公司ATSAMD21G18(图3)．高时钟速率允许该芯片用于要求更高性能的应用程序，同时以较低的速度运行，以提供非常低的功耗操作。

3.E310可以运行在320兆赫，但它在性能(DMIPS/MHz)和功率利用率(DMIPS/mW)方面很好地与其他32位平台相比。

E310的外设与典型的32位微控制器相当(图4)．它有16k字节的SRAM和16k字节的指令缓存。它实际上使用了一个四轴SPI (QSPI)闪存接口，支持32字节突发模式的就地执行操作。HiFive1具有128mbit (16mbyte) SPI flash芯片。这意味着E310至少是一个双芯片的解决方案，但是SPI闪存芯片非常小，并且具有广泛的容量。

4.E310集成了微控制器中常见的功能块，但没有片上闪存。

QSPI闪存的使用很有趣，因为系统的大型指令缓存提供了性能提升，同时允许开发人员选择应用程序所需的闪存数量。供应商提供的许多单芯片解决方案的sku只是不同容量闪存的枚举。

该芯片有两个额外的QSPI端口，以及两个uart。有16位和8位PWM。一个更详细的框图(图4)强调了一些附加功能，如片内ROM、一次性编程(OTP)内存和电源管理。

5.E310包括片上ROM、一次性编程(OTP)内存和电源管理等功能。(按图放大)

E310的一个不足是模拟支持，但这只是把芯片在同一ballpark的大多数微控制器，只提供数字外设。芯片外模拟外围芯片可用，通常用于需要更高精度或性能的地方。

竞争的加剧

E310是SiFive的Freedom Everyware家族的一部分，实际上适用于广泛的平台，包括MIPS和ARM。在微控制器领域，Cortex-M0是低端的宠儿;E310和RISC-V试图挑战它和其他用于物联网(IoT)移动设备的低功耗平台。

到目前为止，E310只有一个芯片，但随着它进入物联网领域，将会有一些有趣的竞争。安全性是一个问题，ARM的新Cortex-M23和Cortex-M33架构也纳入其中手臂TrustZone支持．基于这些架构的芯片从传统的32位微控制器上迈出了一步，但E310确实具有OTP等功能，可以帮助提高物联网设备的安全性。

我并不期望SiFive能够开发出一系列芯片来与微控制器巨头抗衡。相反，E310更倾向于刺激那些正在寻找基于E310定制芯片的开发人员的胃口。SiFive估计，定制芯片的交付价格约为10万美元。这比其他商业处理器架构的许可费用要少，包括生产芯片的交付。这是使用第三方代工厂的一个优势。

E310实际上是一个开源设计，任何人都可以使用。RISC-V实际上是一个开放指令集体系结构(ISA)，其中E310只是其中的一个化身。它是可能的授权E310和变种从SiFive，以及。这种方法可能对高端的Freedom Unleashed平台更有意义，该平台包括对能够运行Linux等操作系统的芯片的多核和虚拟内存支持。

Novix NC4016 -过去的爆炸

E310让我想起了过去的一些芯片，在那里采用了一种新的方法，在某些领域有很多兴趣。一个是Novix NC4016(图6)它也采用了RISC方法，尽管它有一个堆栈方向来运行查尔斯·摩尔的Forth代码。

6.Novix NC4016(左)是20世纪80年代的16位第四微处理器。E310是2016年发布的32位RISC-V微处理器。

它是在20世纪80年代设计的，运行Forth代码的速度比摩托罗拉68000快20倍。还有一个小型C编译器，尽管芯片主要用于用Forth编写的应用程序。

该芯片在嵌入式应用中非常有用，甚至被哈里斯半导体公司(Harris Semiconductor)授权使用，并被重新命名为RTX2000。在一些卫星上使用了一种8mhz辐射加固版本的CMOS蓝宝石上硅。

福斯还在，但福斯薯片已经不在了。竞争非常激烈，不仅包括架构，还包括软件和供应商支持。

为什么RISC-V会成功

那么RISC-V的表现如何呢?

必须从某个地方开始，而RISC-V ISA就是这个起点。除了虚拟机支持之外，定义和支持基本上都是具体的，允许进行下一步。这就是体系结构实现。SiFive是这方面的领先者，它的Freedom系列实际上是关于硅IP的。最后一步是像E310一样的硬件，但E310只是一个开始。

那么RISC-V有什么优势呢?

首先，第三方晶圆厂是当今的常态。制造芯片所需要的只是IP和现金。芯片从晶圆厂的另一端出来。

其次，供应商和基础设施对RISC-V的支持是显著的和不断增长的。的RISC-V会员列表包括一系列著名的公司，如NVidia, Microsemi，微软和谷歌。

第三，支持的类型，尤其是在软件方面，是非常重要的。有一个开源的工具集，以及类似的工具火箭用于基于RISC-V属性的选择生成硅IP。这只是针对处理器核心，但它是定制设计的起点。

第四，RISC-V植根于开源。这并不一定适用于所有的化身，但它适用于E310和RISC-V ISA。Rocket本质上是提供开源设计的。

最后，物联网正在推动定制、低功耗、高性能和低成本等设计属性。SiFive和RISC-V处理这些属性中的每一个。