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玄铁RISC-V处理器入门及实践

玄铁RISC-V处理器入门及实践

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虽然RISC-V 架构还不完善,在诸如安全、虚拟化架构、IOMMU/SMMU、中断控制架构、RAS(Reliability,Availability and Serviceability)等方面还刚起步,在代码密度(code size)、虚拟内存管理、原子操作效率等方面也还存在一些缺陷,但这不会妨碍 RISC-V 架构的长远向好发展,因为其开源的本质不曾改变。
回顾Linux 内核的发展历史,在 Linux 内核之前,IBM 的 Unix 收费操作系统无论在稳定性和用户体验上都是非常成功的,而相比之下刚出道的 Linux 内核无论在稳定性以及用户体验上都比较糟糕,但是由于 Linux 内核的开源属性迅速在 5 年时间内(1991 年到 1996 年)吸引了超过 350 万开发者的使用。
经过30年的发展,Linux 操作系统(基于 Linux 内核开发的各种操作系统)已经成为世界上最主流的操作系统之一(Windows 主要在桌面机,IOS/安卓主要在智能手机和平板电脑),无论在服务器、云计算以及嵌入式领域基本已是 Linux 内核的天下。
RISC-V 和 X86、ARM 的竞争完全是不同维度的竞争,他们三个分别是全球处理器技术演进在不同阶段的产物,而基本可以确定的是未来三种架构会长期共存,只是应用的侧重领域有所不同罢了。
本文来自“玄铁RISC-V处理器入门及实战”,平头哥玄铁 CPU 是智能、安全、端云一体芯片架构的基石,为数字化时代提供计算核心。玄铁自诞生以来,坚持核心技术自研发展道路,新系列产品积极拥抱开源 RISC-V架构。

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2023年中国信创产业研究报告

41份信创国产化报告全集汇总

《2023年中国信创产业发展合集》

1、第一新声:2023年中国信创产业研究报告完整版

2、央国企信创白皮书——基于信创体系的数字化转型(2022年)

3、爱分析:2022-2023信创实践报告

4、艾媒咨询:2023年中国信创产业发展白皮书(精简版)


入门级微控制器:E902

玄铁 E902 采用 2 级极简流水线并对执行效率进行了增强,典型工作频率>150MHz,是首款支持硬件安全扩展技术的 RISC-V 处理器。可以应用在对功耗和成本极其敏感的IoT、MCU 等场景。

E902 处理器采用 2 级流水线结构:取指和执行。指令取指阶段主要负责从内存中获取指令;指令执行阶段主要负责指令译码、执行和回写。

高能效微控制器:E906

玄铁 E906 采用 5 级按序流水线,典型工作频率>1GHz,可选性能优异的单精度浮点单元以及标量 DSP 计算单元。可以应用在无线接入、音频、中高端 MCU、导航等场景。

E906 处理器采用 5 级流水线结构:取指、译码、执行、内存访问、写回。
取指阶段,访问指令 Cache 或者总线,获取指令,同时访问 BTB,发起 0 延时跳转。
译码阶段,访问动态分支预测器和返回栈,发起分支的预测跳转,同时进行指令译码,读取寄存器堆,处理数据相关性和数据前馈。
执行阶段,完成单周期整型计算指令和多周期乘除法指令的执行、存储/加载指令地址计算和跳转指令处理。其中,整型计算包括普通的算术指令和逻辑指令。
内存访问阶段,利用执行阶段产生的存储/载入指令的目标地址访问数据 Cache 或者总线。
写回阶段,将指令执行结果写回寄存器堆。
E906 设计有片上紧耦合的 IP 接口和多条 AHB-Lite 的总线接口。片上紧耦合的 IP 接口集成矢量中断控制器(CLIC),支持中断嵌套。外部中断源数量最高可配置 240 个,中断优先级支持 4/8/16/32 级可配置。

计算增强型微控制器:E907

玄铁 E907 采用 5 级按序流水线,典型工作频率>1GHz,是玄铁 MCU 处理器中的性能最高的处理器核,可选配高性能浮点以及 DSP 计算单元,同时支持 TCM 扩展以及中断加速技术以进一步提升实时性。可以应用在语音入口 MCU、TWS、MPU、多模无线接入等场景。

E907 处理器采用 5 级流水线结构:取指、译码、执行、内存访问、写回。
取指阶段,访问指令 Cache 或者外部总线,获取指令,同时访问 BTB,发起 0 延时跳转。
译码阶段,访问动态分支预测器和返回栈,发起分支的预测跳转,同时进行指令译码,读取寄存器堆,处理数据相关性和数据前馈。
执行阶段,完成单周期整型计算指令和多周期乘除法指令的执行、存储/加载指令地址计算和跳转指令处理。其中,整型计算包括普通的算术指令和逻辑指令。
内存访问阶段,利用执行阶段产生的存储/载入指令的目标地址访问数据 Cache 或者外部总线。
写回阶段,将指令执行结果写回寄存器堆。
E907 设计有片上紧耦合的 IP 接口和两条主设备总线接口。片上紧耦合的 IP 接口集成矢量中断控制器(CLIC),支持中断嵌套。外部中断源数量最高可配置 240 个,中断优先级支持 4/8/16/32 级可配置。

高能效应用处理:C906

玄铁 C906 采用 5-8 级变长流水线,典型工作频率>1GHz,标配内存管理单元,可运行 Linux 等操作系统,并可选性能优异的单精度浮点和矢量运算单元。可以应用在消费类 IPC、多媒体、消费类电子等场景。

C906 核内子系统主要包含:指令提取单元(IFU)、指令译码单元(IDU)、整型执行单元(IU)、浮点单元(FPU)、可配的矢量执行单元(VPU)、存储载入单元(LSU)、指令退休单元(RTU)、虚拟内存管理单元(MMU)、物理内存保护单元(PMP)、主设备接口单元(AXI Master IF)等。

兼容 64 位高能效处理:C908

玄铁 C908 采用 9 级双发按序流水线,典型工作频率>2GHz,通过指令融合技术进一步提升流水线效率,实现了卓越的能效比。兼容 RVA22 标准,同时兼容 RISC-V 最新Vector1.0 标准以进一步提升 AI 算力。

C908 核内子系统主要包含:指令提取单元(IFU)、指令执行单元(IEU)、矢量浮点执行单元(VFPU)、存储载入单元(LSU)、虚拟内存管理单元(MMU)和物理内存保护单元(PMP)。

高性能应用处理:C910

玄铁 C910 采用 12 级多发乱序流水线,典型工作频率>2.5GHz,是首款实现规模化量产的高性能乱序 RISC-V 处理器。采用 3 发射、8 执行的深度乱序执行架构,针对算术运算、内存访问以及多核同步等方面进行了增强。

C910 核内子系统主要包含:指令提取单元(IFU)、指令译码单元(IDU)、整型执行单元(IU)、浮点单元(FPU)、存储载入单元(LSU)、指令退休单元(RTU)、虚拟内存管理单元(MMU)和物理内存保护单元(PMP)。
C910 多核子系统包含:数据一致性接口单元(CIU)、二级高速缓存、主设备接口单元、可配置的 AXI4.0 设备一致性接口(DCP,Device Coherence Port)、平台级中断控制器(PLIC)、计时器和自定义多核单端口调试框架。

AI 加速引擎:C920

玄铁 C920 采用 12 级多发乱序流水线,典型工作频率>2.5GHz,标配单精度浮点单元,并可进一步选配高性能乱序矢量运算单元。同时具备出色的访存能力,支持高性能数据预取技术。可以应用在有高并发算力要求的人工智能、自动驾驶等场景。

C920 核内子系统主要包含:指令提取单元(IFU)、指令译码单元(IDU)、整型执行单元(IU)、浮点单元(FPU)、矢量执行单元(VU)、存储载入单元(LSU)、指令退休单元(RTU)、虚拟内存管理单元(MMU)和物理内存保护单元(PMP)。
C920 多核子系统包含:数据一致性接口单元(CIU)、二级高速缓存、主设备接口单元、可配置的 AXI4.0 设备一致性接口(DCP,Device Coherence Port)、平台级中断控制器(PLIC)、计时器和自定义多核单端口调试框架。

可靠实时增强:R910

玄铁 R910 用 12 级多发乱序流水线,典型工作频率>2.5GHz,同时支持 Cache 以及TCM 存储架构,各级片上存储支持校验纠错以提升可靠性,可进一步选配快速外设接口以及一致性外设接口,从而大幅提升系统实时性。可以应用在对实时性及算力有高要求的企业级 SSD,网络通信等场景。

R910 核内子系统主要包含:指令提取单元(IFU)、指令译码单元(IDU)、整型执行单元(IU)、浮点单元(FPU)、存储载入单元(LSU)、指令退休单元(RTU)、虚拟内存管理单元(MMU)和物理内存保护单元(PMP)。
R910 多核子系统包含:数据一致性接口单元(CIU)、二级高速缓存、主设备接口单元、可配置的快速外设访问接口(LLP)、可配置的 APB 主设备接口(FPP)、可配置的紧耦合内存访问接口(TCMSP)、可配置的 AXI4.0 设备一致性接口(DCP,Device Coherence Port)、平台级中断控制器(PLIC)、计时器和自定义多核单端口调试框架。
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玄铁RISC-V处理器入门及实战
《芯来科技RISC-V设计与实现合集》
1、芯来科技:基于RISC-V的MCU软硬件解决方案
2、芯来科技:高可靠高安全性RISC-V处理器设计与实现
《嵌入式处理器及系统》
1、嵌入式系统安全性的最新技术挑战
2、嵌入式处理器和软件技术发展趋势
RISC-V处理器生态建设的实践

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