RISCV简介

1. RISC-V简介

RISC-V 是一个基于精简指令集计算（RISC）原则的开源指令集架构（ISA）。它的名字中，“RISC”代表精简指令集，“V”则代表这是第五代由加州大学伯克利分校开发的RISC架构，同时也寓意着“开放、可变、自由”。

与由一家公司掌控（如x86属于英特尔，ARM属于安谋）不同，RISC-V 最大的特点就是开放和免费。任何人都可以自由地使用、修改和设计基于 RISC-V 的处理器，无需支付高昂的授权费用。

它要实现通用的指令集，支持不同的处理器架构和应用。
它要适合设计各种规模的处理器，包括从最小的嵌入式控制器，到最快的高性能计算机。
它要兼容各种流行的软件栈和编程语言。
它要适用于所有实现技术，包括 FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列），ASIC（Application-Specific Integrated Circuit，专用集成电路），全定制芯片，甚至未来的制造元件技术。
它能用于高效实现所有微体系结构，包括微程序或硬连线控制、顺序、解耦或乱序流水线、单发射或超标量等。
它要支持高度定制化，成为定制加速器的基础，以应对摩尔定律的放缓。
它要稳定，基础 ISA 不会改变。更重要的是，它不能像以往的公司专有 ISA 那样消亡，包括 AMD 的 Am29000，Digital 的 Alpha 和 VAX，Hewlett Packard2的PA-RISC，Intel 的 i860 和 i960，Motorola 的 88000，以及 Zilog 的 Z8000。

过去的ISA都是增量式的，不仅要实现新的指令，还要实现一遍过去的所有扩展。保持向旧二进制程序的兼容性。

然而，增量式的ISA存在很多过去的错误设计，导致了指令集的复杂性和不一致。

为了解决这个问题，RISC-V 采用模块化ISA的设计。RISC-V围绕一个名为RV32I的基础指令集，它永不改变，包含了整数运算、分支、内存访问等核心功能。基础指令集非常小，只有约50条指令，功耗和面积开销极低。

RISC-V 编译器得知当前硬件包含哪些扩展后，便可为该硬件生成最优代码。

info

RISC-V 的基础指令集（RV32I）非常小，只包含最基础的整数运算、分支跳转等指令。其他的功能，比如做小数运算（浮点）、做乘除法、处理多核同步等，都做成了可选的“扩展模块”。

tip

如果编译器知道你支持浮点扩展（F/D），它就会直接生成一条高效的浮点运算机器指令来处理小数。如果编译器发现你没有这个扩展，它就会自动用很多条基础整数指令来“模拟”浮点运算（虽然慢，但至少能运行）。

为了让工程师一眼就知道某个处理器核心有哪些功能，RISC-V 有一套标准的命名规则。

RV32：表示这是 32 位地址空间的基础指令集。

I：表示包含了整数基础指令（这是必须的，通常省略不写）。

M：表示包含了整数乘除法扩展。

F：表示包含了单精度浮点扩展。

D：表示包含了双精度浮点扩展。

RV32IMFD 连起来的意思就是：“这是一个 32 位的 RISC-V 处理器，它支持整数运算、乘除法、单精度浮点和双精度浮点。”

\frac{\text{指令数}}{\text{程序}} \times \frac{\text{平均时钟周期数}}{\text{指令}} \times \frac{\text{指令执行时间}}{\text{时钟周期}} = \frac{\text{指令执行时间}}{\text{程序}}