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第48章 RISC-V芯片架构

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1980年,米国加州大学伯克利分校,设计出了世界第一颗精简指令集处理器RISC-I,也就是RISC芯片第一代架构,

这款RISC芯片构架的特点是:指令格式和长度通常是固定的(如ARM是32位的指令)、且指令和寻址方式少而简单、大多数指令在一个周期内就可以执行完毕,指令是十分简单有效,

相对于CISC芯片架构,其指令长度通常是可变的、指令类型也很多、一条指令通常要若干周期才可以执行完。并且,这些指令使用的频率却相差悬殊,大约有20%的指令会被反复使用,占整个程序代码的80%。

而余下的80%的指令却不经常使用,在程序设计中只占20%,在指令设计上十分不合理,非常复杂,

所以,当RISC芯片架构出现后,后续研发新的处理器体系结构都或多或少地参考采用了RISC的概念,甚至有些典型的CISC处理机中也采用了些RISC设计概念,比如英特尔公司的、Pentium等系列芯片。

而在RISC基础上研发最成功,第一个商业化的实例就是ARM,

虽然ARM是从RISC芯片架构的基础发展出来的,但是,内核指令集已经完全不同于RISC芯片架构,

因为ARM处理器除了本身是32位设计,同时也配备16位指令集,这样的话,提高了芯片性能和灵活性,

所以,ARM芯片架构是非常有特色,根据不同用途,研发出不同型号的处理器架构,所以,ARM芯片架构除了不适用在电脑芯片上,基本垄断了所有的电子产品的领域,非常强大!!!

在21世纪,即使强大的世界一线芯片商:高通,水果,三木桑,研发的芯片基本都是采用ARM芯片架构,

这也是ARM强大之处,特别,是在21世纪人工智能时代,ARM架构基本处于绝对垄断地位,无可替代!!!

重生前的李飞,在千禧年前是身在米国,也注意到了ARM在RISC芯片架构的商业化取得了成功,并在千禧年回到华夏国后,准备以RISC架构,开发手机芯片,

只不过当时短视行为,在坚持了不到5年时间,就放弃了RISC架构,全面转向ARM架构,

直到2010年,由加州大学伯克利分校的研究团队,设计出新的指令集架构。也就是,RISC-V架构诞生了。

而RISC-V的“V”包含两层意思,一是这是从1980年研发第一代RISC-I,再到第五代指令集架构,二是它代表了变化(variation)和向量(vectors)。

研发出RISC-V芯片架构是免费开源的,无需付费授权,允许使用者修改和重新发布开源代码,也允许基于开源代码开发商业软件发布和销售。

除了RISC–V免费开源的优点,还有就是RISC-V架构的指令数目非常的简洁。基本的RISC-V指令数目仅有40多条,加上其他的模块化扩展指令总共几十条指令。并且,RISC-V的规范文档仅有145页,而特别架构文档的篇幅也仅为91页

相对于X86和ARM指令数目和规范文档,指令多得无法计算,并且不同架构型号,指令也互不兼容,其规范文档多达上千页...

总之,RISC–V芯片架构是非常不错的,可以根据具体芯片需求,可以选择适合的指令集做出不同的指令集架构。基于RISC-V指令集架构可以设计服务器CPU,家用电器cpu,工控cpu和用在比指头的传感器中的cpu。

随着RISC-V芯片架构出现后,芯片相关的研发工具也越来越完善,例如编译工具链,仿真工具等,

...

不过,现实比较遗憾的是,在21世纪,国内由于RISC-V芯片生态链的问题,在芯片商业化上,完全比不了ARM芯片架构,芯片设计公司很少以RISC-V芯片架构去设计研发芯片,

这样的话,就造成了RISC-V芯片只是在实验室上…,在商用上还有很远的路要走,

现在李飞重生到1996年,可以弥补这种遗憾,

要知道,现在的ARM还处于迷茫期,大约一年后的时间,ARM才好转,开始盈利,

重生到1996年后,李飞有的是时间和资金,只要积累原始的资金足够后,马上招聘研发人员,进行RISC芯片架构研发,

像ARM一样,在RISC芯片架构的基础上进行研发时,既保留RISC芯片架构简单直接的优点,也要拥有自己独特的芯片架构内核,

想到这里,李飞稍微舒松一口气,因为现在重生了,还有机会去完成在重生前的遗憾,没有坚持对RISC芯片架构研发。

不过,研发RISC芯片架构,最关键的是需要大量的芯片商用,在不同电子电器设备上,广泛地应用,所以,也只能一步一步踏踏实实地区完成,

于是,李飞拿起办公桌子上的茶杯,喝了一口茶,整个人都轻松许多,把茶杯轻轻地放在办公桌上后,再打开IBM笔记本,

打开IBM笔记本后,再点击EDA芯片设计软件Cadence,那么,正式的开始在FM芯片,添加显示和时钟模块电路,

由于Cadence的元器件库是自带晶体电路的,而里面自带的晶体电路是非常标准的,可以是与芯片制造工厂同步的,所以,只需要直接添加到FM芯片内部电路上就可以,

接下来,就是要做就是软件仿真,如同上次FM芯片设计时,对新添加的显示和时钟晶体电路进行仿真,验证设计是否有缺陷…

一系列仿真验证确定重新设计芯片合格后,就基本可以直接生产了,

(注:RISC-V芯片架构并不是CPU处理器设计方案,RISC-V只是一个指令集架构,定义了一个指令的标准,可以按照这个指令标准去做CPU处理器。)

这款FM芯片只是添加显示和时钟电路,本来就可以直接量产,但李飞作为一个芯片研发工程师,还是选择一步一步地来,对芯片流片一次,

不过,这次新FM芯片流片的费用不高,与上次FM芯片流片相比,因为芯片电路没有作更改,只是添加了新功能!

需要注意的是,这次FM芯片有添加新功能,需要升级版本号,从V1.0升级到V2.0+,并在芯片的datasheet做好工程记录明,以便区别,

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