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兆易创新首发RISC-V指令集MCU,开源架构能否后发先至?

时间:2019-08-23  来源:TechSugar王树一  浏览次数:2135  字体:"大" "小"

中国市场上云集了各种架构的处理器,中国从业者更是前赴后继,试图在通用处理器(控制器)市场打开局面的尝试从未间断。而如今,区域保守主义导致的供应链风险让中国厂商更希望有自主可控的架构,有雄心在处理器上实现自主可控的中国厂商,开始押注应运而生的RISC-V。

8月22日,兆易创新宣布推出全球首款基于RISC-V内核的通用微控制器,即GD32VF103系列MCU。

因其开放、精简、灵活、可扩展、可配置等优点,自从2014年发布第一版用户手册之后,RISC-V架构就引发业界高度关注,作为一个开源指令集,尤其受到中国从业者的欢迎。

中国市场上云集了各种架构的处理器,中国从业者更是前赴后继,试图在通用处理器(控制器)市场打开局面的尝试从未间断。而如今,区域保守主义导致的供应链风险让中国厂商更希望有自主可控的架构,有雄心在处理器上实现自主可控的中国厂商,开始押注应运而生的RISC-V。

不过,毕竟是个新事物,RISC-V投入应用最早的还是基于FPGA的开发,逐渐有专用处理器开始采用RISC-V架构,但这种专用处理器并不开放给一般开发者使用。

在通用MCU上采用RISC-V架构,兆易创新走在了前列,这不仅是兆易创新第一次基于开源内核的MCU产品系列,也是首次为对RISC-V感兴趣的系统开发用户提供量产版MCU,用中国软件行业协会理事、嵌入式系统分会副理事长何小庆的话说就是,以前大家只是空谈阔论地“谈芯”,兆易创新推出GD32VF103系列MCU之后,才能真正去“用芯”。

生态不完善是业界对RISC-V架构能否立脚的最大疑问。中国工程院院士倪光南就指出,RISC-V应用风险主要表现在生态不足、碎片化与专利问题上。

何小庆也表示,RISC-V可扩展、可裁剪,开发自由度高,但如果每家厂商都进行非标扩展,则较难构成丰富和谐的生态系统,所以何小庆呼吁,RISC-V发展的大方向应该是先做标准化,发展好生态以后再追求差异化。

不过,多位RISC-V资深专家却表示,现阶段RISC-V生态不完善并不是RISC-V发展的障碍。因为新生架构的生态不可能一开始就很完善,只有足够的应用案例打磨,才能造就相对完善的生态与成熟的架构。

RISC-V基金会亚太区副秘书长郭雄飞就认为,只有RISC-V MCU大规模量产,开发者真正随手可得,相应的软件生态才能大规模爆发。

芯来科技首席执行官胡振波则表示,RISC-V生态的突破点在于物联网。他认为,在服务器和手机市场,软件生态存在难以逾越的天堑,但嵌入式市场具备少量多样的特点,在各细分应用场景并未形成真正壁垒,这是RISC-V的最佳突破方向。

郭雄飞更进一步强调,后发反而有可能具备优势,因为Arm已经把应用市场开辟好,RISC-V从业者需要做的就是在这些成熟应用中去做移植工作,将Arm处理器替换为RISC-V处理器,这样无疑减少了很多试错成本。而且由于RISC-V定型很晚,反而没有太多历史包袱,软件在兼容性上将很有优势。

“专用芯片对生态帮助不大,通用芯片的诞生,代表RISC-V构建成熟生态迈出了第一步。”胡振波补充,构建丰富生态的第一步就是量产通用芯片。

正是考虑到了开发者对新架构移植工作负担的担心,兆易创新推出的这一代基于RISC-V的MCU,采用了全兼容的设计方法,即管脚兼容、寄存器兼容,以及开发环境兼容。

“从Arm转换到RISC-V非常便捷,底层操作是兼容的,”兆易创新MCU市场部产品市场总监金光一告诉探索科技(techsugar),开发者只要对应内核、中断与调试接口的不同,就能快速实现不同内核产品的开发。

“我们在Arm与RISC-V机构的MCU之间搭出快速通道,鼓励用户来尝试新技术,”金光一强调,在兆易创新的技术支持团队中,并未因为架构不同而配置不同的支援团队,“MCU产品线只有一支技术团队,并没有切分,这也代表了我们相对应的MCU,具备最完整的技术兼容性。”

在现场演示区,兆易创新工程师告诉探索科技(techsugar),现场演示的多个应用,都是用以前的Arm MCU评估板,换上RISC-V MCU。只要移植工作足够简单,利用Arm的成熟应用场景,兆易创新近年来积累的应用经验,以及其广泛的供应商网络,RISC-V通用MCU前途不可限量。

就像清华大学杨华中教授所言:“中国在处理器上做了很多年努力都不太成功,主要原因之一是之前的企业在做CPU之前,基本没有在芯片领域证明过自己。但兆易创新不同,不但有一腔热血,还证明过自己可以在芯片领域取得成功。”

附录

基于RISC-V的GD32VF103系列MCU详细信息

作为GD32 MCU家族基于RISC-V内核的首个产品系列,全新的GD32VF103系列RISC-V MCU面向主流型开发需求,以均衡的处理效能和系统资源为RISC-V进入市场主流应用提供了高性价比的创新之选。新品首批提供了14个型号,包括QFN36、LQFP48、LQFP64和LQFP100等4种封装类型选择,并完整保持了与现有产品在软件开发和引脚封装方面的兼容性。这种前所未有的创新性设计在GD32的Arm®内核产品与RISC-V内核产品之间搭建起快速通道,将跨越处理器内核的产品选型和设计切换变得灵活自如,从而更易于实现代码移植并缩短开发周期。全面适用于工业控制、消费电子、新兴IOT、边缘计算、人工智能及垂直行业的深嵌入式市场应用。

全面优化的RISC-V处理器内核

GD32VF103系列MCU采用了全新的基于开源指令集架构RISC-V的Bumblebee处理器内核,是兆易创新(GigaDevice)携手中国领先的RISC-V处理器内核IP和解决方案厂商芯来科技(Nuclei System Technology)面向物联网及其它超低功耗场景应用自主联合开发的一款商用RISC-V处理器内核。

Bumblebee内核采用32位RISC-V开源指令集架构并支持定制化指令,更优化了中断处理机制。不仅配备了64位宽的实时计时器、可以产生RISC-V标准定义的计时器中断,还支持数十个外部中断源,具有16个中断级别和优先级,并支持中断嵌套和快速向量中断处理机制。低功耗管理可以支持两级休眠模式。内核支持标准JTAG接口及RISC-V调试标准,适用于硬件断点和交互式调试。Bumblebee内核也支持RISC-V标准的编译工具链,以及Linux/Windows图形化集成开发环境。

Bumblebee内核设计了二级变长流水线微架构,配备精简的指令预取单元和动态分支预测器,并融入多种低功耗设计方法。能够以二级流水线的代价,达到传统架构三级流水线的性能和频率,实现了业界一流的能效比与成本优势。这使得GD32VF103系列MCU在最高主频下的工作性能可达153 DMIPS,CoreMark®测试也取得了360分的优异表现,相比GD32 Cortex®-M3内核产品性能提升15%的同时,动态功耗降低了50%,待机功耗更降低了25%。

主流均衡的首发产品组合

GD32VF103系列RISC-V MCU提供了108MHz的运算主频,以及16KB到128KB的片上闪存和6KB到32KB的SRAM缓存,gFlash®专利技术支持内核访问闪存高速零等待。Bumblebee内核还内置了单周期硬件乘法器、硬件除法器和加速单元应对高级运算和数据处理的挑战。

芯片采用2.6V-3.6V供电,I/O口可承受5V电平。配备了1个支持三相PWM互补输出和霍尔采集接口的16位高级定时器可用于矢量控制,还拥有多达4个16位通用定时器、2个16位基本定时器和2个多通道DMA控制器。全新设计的中断控制器(ECLIC)提供了多达68个外部中断并可嵌套16个可编程优先级,以增强高性能控制的实时性。

为广泛的主流应用配备的多种外设资源,包含多达3个USART、2个UART、3个SPI、2个I2C、2个I2S、2个CAN2.0B和1个USB 2.0 FS OTG,以及外部总线扩展控制器(EXMC)。其中,全新设计的I2C接口支持快速Plus (Fm+)模式, 频率最高可达1 MHz (1MB/s),是以往速度的两倍。SPI接口也已经支持四线制并新增多种传输模式,还可方便扩展Quad SPI NOR Flash实现高速访问。内置的USB 2.0 FSOTG接口可提供Device、HOST、OTG等多种模式。外部总线扩展控制器(EXMC)更方便连接NOR Flash,SRAM等外部存储器。

新品集成了2个采样率高达2.6M SPS的12位高速ADC,提供了多达16个可复用通道,并支持16-bit硬件过采样滤波功能和分辨率可配置功能,还拥有2个12位DAC。多达80%的GPIO具有多种可选功能还支持端口重映射,持续以灵活丰富的连接性满足主流开发应用需求。

GD32VF103系列RISC-V内核通用32位MCU产品线。

持续打造的RISC-V开发生态

兆易创新一直在为GD32生态系统提供丰富和完善的支持,包括多种开发板和应用软件在内的RISC-V开发生态也已准备就绪,GD32V系列产品的使用者可以利用全新的开发工具和程序代码库轻松实现设计构想。新增的开发工具包括GD32VF103V-EVAL全功能评估板以及GD32VF103R-START、GD32VF103C-START和GD32VF103T-START入门级学习板,可以分别对应四种不同封装和管脚,方便用户进行开发调试。另外还提供了GD32VF103-BLDC电机控制开发板、GD-LINK调试量产工具以及一系列来自合作伙伴的GD32 RISC-V终端设计方案。

兆易创新还联合芯来科技为GD32V系列MCU提供了免费集成开发环境Nuclei Studio。这个全新IDE基于开源的Eclipse架构,并集成了GCC、OpenOCD等RISC-V相关工具。用户可以快速上手并方便的完成代码编写、交叉编译、在线调试、程序烧写等一系列开发流程。第三方合作伙伴也提供了更多IDE和工具选择,包括Huawei IoT Studio、SEGGER J-Link V10及Embedded Studio等均已支持。嵌入式操作系统包括μC/OS II、FreeRTOS、RT-Thread、Huawei LiteOS等也已全面适配并可以直接连接至云。这些都极大程度的简化了开发难度。

即刻开始RISC-V的开发体验

GD32V系列新品全部符合工业级高可靠性和温度标准,并提供至少十年的持续供货保证。芯片的静电防护(ESD)防护水平在人体放电(HBM)模式可达5KV,器件放电模式(CDM)可达2KV,远高于行业安全标准,从而适用于复杂环境并让终端产品更可靠耐用。

全新的GD32VF103系列RISC-V MCU现已即刻上市。样片和开发工具都可以通过GD32技术网站(www.GD32MCU.com)获取,各授权经销商渠道及GD32天猫旗舰店(GD32.tmall.com)也已同步发售。