RISC-V架构及MRS开发环境回顾

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一、RISC-V架构介绍

1. RISC 架构的起源

1981年，在David Patterson（大卫·帕特森）的带领下，美国加州大学伯克利分校的一个研究团队起草了RISC-I，是今天RISC架构的基础。随后在1983年发布了RISC-II原型芯片，1984年和1988年发布了RISC-III和RISC-IV。RISC的设计理念也催生了一系列新架构，如MIPS、服务器的王者IBM PowerPC以及现在统治嵌入式市场的ARM。

2. 什么是RISC-V

RISC全名Reduced Instruction Set Computer，即精简指令集计算机；V是罗马字母，代表第五代。RISC-V是一种特定指令集架构。RISC-V指令集类似于INTEL的X86、ARM指令集，是一个被CPU读取到内存后，指导计算机运行的指令集合。使用该指令集的CPU，能执行指令集中规定的所有基本指令。按该套指令集编译的程序能够无障碍运行，且具有同系列CPU可移植性和兼容性。RISC-V指令集允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件。

3.RISC-V 的优点

（1）模块化设计
RISC-V的指令集使用模块化的方式进行组织，每一个模块使用一个英文字母来表示。RISC-V最基本也是唯一强制要求实现的指令集部分是由I字母表示的基本整数指令子集，使用该整数指令子集，便能够实现完整的软件编译器。其他的指令子集部分均为可选的模块，使得RISC-V具有了袖珍化、低能耗的特点。把代表扩展的字母附加到指令集名称之后，例如乘法（RV32M），单精度浮点（RV32F）和双精度浮点（RV32D），可扩展添加到基础指令集（RV32I）中。
（2）规整的指令编码
RISC-V的指令集编码非常的规整，指令所需的通用寄存器的索引（Index）都被放在固定的位。因此指令译码器（Instruction Decoder）可以非常便捷的译码出寄存器索引，然后读取通用寄存器组（Register File）
用户指令集.png

（3）开源和免费
RISC-V最大的优势就是开源和免费。免费意味着RISC-V可以帮助开发者低成本完成CPU设计，如果最终量产，那么就免去面对版税纠纷。对RISC-V指令集来说，RISC-V的标准化工作由RISC-V基金会主持，对任何想要用 RISC-V设计实现处理器的公司与个人，都不会受到来自RISC-V基金会的限制，也无须向RISC-V基金会支付授权费用。基金会各会员公司也承诺不会就RISC-V的基本议题向其他成员发起诉讼。这使得RISC-V处理器的设计者无须再担心与指令集本身相关的专利诉讼，这也是RISC-V被称为开放指令集的主要原因。
（4）RISC-V目前的应用
沁恒微电子于2020年2月24日发布了首款基于 RISC-V架构，自主设计的RISC-V3A处理器内核及其硬件产品—— CH32V103系列MCU。作为长久以来对RISC-V架构关注和研究的成果， RISC-V3A处理器，支持IMAC指令子集，内嵌了PFIC中断控制器，提供硬件加速中断进出栈模式、快速中断通道（硬件获取中断源）等设计，加快了中断服务函数响应；集成了2线方式的调试接口，方便运行的跟踪和调试。
32位通用增强型RISC-V MCU CH32V103评估板：
CH32V103评估板.png

2021年5月，为了克服美国对使用最新ARM设计的限制，华为海思转向了开源指令集架构RISC-V，针对鸿蒙操作系统的开发者发布了首款RISC-V开发板Hi3861。Hi3861针对的是物联网市场，突破ARM限制。
Hi3861开发板.png
（5）RISC-V架构应用前景
①、RISC-V的应用之一：手机市场
根据SiFive首席执行官Naveed Sherwani的预测， RISC-V将会进军手机市场，与高通、苹果、三星、联发科等ARM公司抢智能手机处理器市场，同时有可能威胁低功耗笔记本处理器。
②、RISC-V的应用之二：服务器市场
虽然目前RISC-V的高性能市场一片空白，但RISC-V本身用来设计高性能芯片是没有问题的，学术界已经有基于RISC-V架构的511核处理器（Celerity）。只是基于RISC-V的低门槛特点，进入的企业体量较为小巧，没有足够的资金做长期布局与研发，高性能等需要较长研发时间的领域尚无人尝试。根据SiFive首席执行官Naveed Sherwani的预测，5年后RISC-V指令的处理器就有可能进军服务器市场。
③、RISC-V的应用之三：存储市场
硬盘本身并不需要像SSD那样庞大的计算资源，但是由于新的磁记录技术，更复杂的功能（例如，基于NAND Flash的缓存，健康管理，服务质量），它们的处理要求也在增长增强等。这对存储器中控制芯片的计算能力要求变高了。 2017年根据IDC和希捷的数据，2016年全球产生了16.1个ZB（ZetaBytes）数据，到2025年全球数据球体将增长一个数量级到163个ZB。并且需要实时处理和低延迟的数据量正在增长。虽然数据可以就近传输到附近的服务器汇总进行处理，这需要更为强大的服务器，但服务器本身对处理快数据的效率不高，因此硬盘不仅存储数据还需要进行处理。
（6）RISC-V 带来的机遇和挑战
中国工程院倪光南院士在RISC-V2021中国峰会上发表演讲：RISC-V是未来推动新一代信息技术发展的动力。对于RISC-V的重视，不仅是芯片设计和学校教学方面，我们必须提到一个新的高度，CPU架构对芯片产业有引领作用。芯片的设计采用不同架构，生态就不一样。光是把CPU架构看作影响芯片设计还不够，而是对整个芯片产业，芯片架构是源头，它会影响到人才培养，IP库，EDA工具、芯片生产制造，测试封装等等。中国适当聚焦RISC-V，有助于中国芯片产业实现自立自强。

二、MRS 开发环境介绍

MRS启动界面.png
MounRiver Studio（MRS）是一款针对RISC-V/ARM双核MCU的嵌入式集成开发环境，由MounRiver团队基于GNU Eclipse深度定制而成,提供了包括定制版GCC、宏汇编、链接器、调试器、下载器等在内的完整开发资源。

1. MRS 安装说明

MRS安装推荐配置：
CPU主频： 2GHz及以上
系统内存： 2GB及以上
硬盘剩余空间：2GB及以上
操作系统：Windows7及以上
注意事项：
安装路径：不能带有空格及特殊字符，支持中英文
工程路径：不支持中文/空格/特殊字符
官网链接
http://www.mounriver.com/

2. MRS 界面展示

MounRiver Studio（MRS）是基于Eclipse GNU版本开发，进行了一系列界面、功能、操作方面的修改与优化，以RISC-V内核为主的嵌入式集成开发环境。
主界面如下：
主界面.png
调试界面如下：
调试界面.png
Debug界面下，通过菜单栏Window->Show View，添加更多的监控窗口：
1.“Breakpoints”断点管理窗口。标识了当前工程中所有断点的位置，通过勾选断点复选框来启用或失效当前断点，各断点位置跳转，删除等等。
2.“Disassembly”汇编窗口。同步当前代码运行位置。
3.“Expressions”全局变量监视窗口。在里面可输入代码中的全局变量进行观察。
4.“Memory”内存查看窗口。可添加要观察的存储器地址，支持多种显示格式，各自独立窗口显示。
5.“Peripherals”外设管理窗口。查看当前硬件平台的外设寄存器各个位，勾选相应外设模块，可以在“Memory”窗口中看到详细信息。
6.“Project Explorer”工程大纲窗口。工程目录。
7.“Registers”寄存器窗口。查看硬件平台内核通用寄存器及系统寄存器。
8.“Variables”局部变量监视窗口。会自动识别当前函数内部变量进行添加查看。