基于RISC-V架构的开源处理器及SoC研究综述（一）

最新推荐文章于 2025-07-17 11:39:39 发布

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#rocket #开源 #risc-v #chisel #处理器

本文简要介绍了RISC-V的基本设计，包括其三操作数、加载-存储形式的RISC架构，以及47条指令集的功能分类。RISC-V的优势在于其开源性质和与其他开源指令集架构的比较，如SPARC V8和OpenRISC。通过与OpenRISC的GPL许可证对比，突显RISC-V的BSD License授权更为宽松。同时，通过与ARM Cortex-A5的性能对比，展示了采用RISC-V架构的Rocket处理器在性能、面积和功耗上的优势。

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RISC-V是加州大学伯克利分校（University of California at Berkeley，以下简称UCB）设计并发布的一种开源指令集架构，其目标是成为指令集架构领域的Linux，应用覆盖IoT（Internet of Things）设备、桌面计算机、高性能计算机等众多领域。其产生是因为UCB的研究人员在研究指令集架构的过程中，发现当前指令集架构存在如下问题[1]。
（1）绝大多数指令集架构都是受专利保护的，比如：x86、MIPS、Alpha，使用这些架构需要授权，限制了竞争的同时也扼制了创新。
（2）当前的指令集架构都比较复杂，不适合学术研究，而且很多复杂性是因为一些糟糕的设计或者背负历史包袱所带来的。
（3）当前的指令集架构都是针对某一领域的，比如：x86主要是面向服务器、ARM主要是面向移动终端，为此对应的指令集架构针对该领域做了大量的领域特定优化，缺乏一个统一的架构可以适用多个领域。
（4）商业的指令集架构容易受企业发展状况的影响，比如：Alpha架构就随着DEC公司的被收购而几近消失。
（5）当前已有的各种指令集架构不便于针对特定的应用进行自定义扩展。
为此，UCB的研究人员Krste Asanovic、Andrew Waterman、Yunsup Lee决定设计一种新的指令级架构，并决定以BSD授权的方式开源，希望借此可以有更多创新的处理器产生、有更多的处理器开源，并以此降低电子产品成本[2]。

RISC-V自2014年正式发布以来，受到了包括谷歌、IBM、Oracle等在内的众多企业以及包括剑桥大学、苏黎世联邦理工大学、印度理工学院、中国科学院在内的众多知名学府与研究机构的关注和参与，围绕RISC-V的生态环境逐渐完善，并涌现了众多开源处理器及SoC采用RISC-V架构，这些处理器既有标量处理器，也有超标量处理器，既有单核处理器，也有多核处理器，本文接下来将简单介绍RISC-V架构的基本设计，随后将详细描述目前采用RISC-V架构的开源处理器与SoC。<