盡管RISC-V的基礎(chǔ)指令集和基礎(chǔ)架構(gòu)已經(jīng)在2014年前后基本成型，旨在指導(dǎo)未來發(fā)展并推廣RISC-V ISA普及的RISC-V基金會也早在2015年8月成立了，但直到大概去年5月的時候，RISC-V這個話題才持續(xù)占據(jù)各相關(guān)媒體的熱點版面，關(guān)于RISC-V的各種宣傳活動也逐漸地多了起來。

這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，可能是由于一些商業(yè)公司的開發(fā)有了一些眉目，他們的宣傳力度提高了，但更主要的一個因素是中國國內(nèi)的大環(huán)境所導(dǎo)致，國家加大了對半導(dǎo)體行業(yè)的支持力度。當(dāng)然，也不乏一些炒作的因素在里面。

本文不打算探討RISC-V技術(shù)的優(yōu)劣，也不打算探討它是否能解決我們當(dāng)前所面臨的種種問題，我只想先來談?wù)剬@項技術(shù)的基本認(rèn)識以及它對整個產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的意義，然后重點說說RISC-V怎樣才能更好地普及，并成功地融入到各式各樣的應(yīng)用領(lǐng)域中，最后粗略地談一下RISC-V在發(fā)展過程中可能遇到的一些問題。

RISC-V的優(yōu)勢是什么？

RISC-V是一個按照精簡指令集的基本原則開發(fā)的CPU指令集架構(gòu), 與之對應(yīng)的Arm指令集架構(gòu)和x86指令集架構(gòu)處于同等地位。CPU的設(shè)計人員，可以按照這樣的指令集架構(gòu)設(shè)計CPU的內(nèi)部架構(gòu)和具體實現(xiàn)方式。例如Arm的Cortex-M內(nèi)核目前已經(jīng)有多達(dá)9款產(chǎn)品，但都是基于Armv6-M、Armv7-M和Armv8-M指令集架構(gòu)構(gòu)建的。

可以把CPU指令集架構(gòu)(ISA)與操作系統(tǒng)的POSIX接口規(guī)范做個類比。在遵循一個相同ISA的原則下，芯片設(shè)計人員可以按照不同的要求做出不同的設(shè)計實現(xiàn)，從而設(shè)計出不同性能等級、側(cè)重不同應(yīng)用的CPU產(chǎn)品。例如，某個實現(xiàn)側(cè)重于低功耗但速度不是最快，另一個實現(xiàn)則可能是側(cè)重運(yùn)算速度快但芯片面積比較大，或者側(cè)重于某種計算類型(浮點、矩陣計算等)。同理，遵循POSIX規(guī)范的操作系統(tǒng)可以是服務(wù)器級別的，也可以是桌面的或嵌入式級別的。

從底層的使用者角度看，一個CPU的指令集架構(gòu)就是以程序員的視角所看到的CPU，例如有多少寄存器、尋址方式是什么樣的，以及指令的字長和尋址空間等。對于使用相同指令集的不同CPU，原則上它們上面運(yùn)行的代碼都是二進(jìn)制級兼容的，倘若程序在具有這些CPU的芯片間進(jìn)行遷移，基本上只需要適配底層的設(shè)備驅(qū)動即可，絕大部分的系統(tǒng)和應(yīng)用程序都是可以不經(jīng)重新編譯而直接運(yùn)行的。

與其他主流的指令集架構(gòu)相比，例如x86、Arm等，開源是RISC-V的最大特點，使用RISC-V進(jìn)行CPU設(shè)計的人或機(jī)構(gòu)，無須像使用其他指令集架構(gòu)那樣，向原開發(fā)者付費才能使用該ISA自行設(shè)計CPU并對之進(jìn)行修改和擴(kuò)展，這個費用往往非常高昂并且條件比較苛刻。例如，目前知名的商業(yè)公司中，只有AMD獲得x86指令集的使用權(quán)，只有蘋果、三星、高通、華為等獲得了Arm指令集的使用權(quán)，可以自主開發(fā)基于相應(yīng)指令集架構(gòu)的CPU芯片。

一方面，RISC-V的指令集架構(gòu)是開源的，它允許開發(fā)者自行組合已有的指令子集或添加自己的指令集，這極大地擴(kuò)大了RISC-V的應(yīng)用范圍，使它幾乎可以適合各種應(yīng)用場景，相比其他不能自行擴(kuò)展的指令集架構(gòu)，具有明顯的優(yōu)勢。當(dāng)然，同時也可能會帶來嚴(yán)重的碎片化問題，這一點會在本文后面探討。

另一方面，RISC-V不僅僅是一個開放的CPU指令系統(tǒng),而且是一個連接半導(dǎo)體產(chǎn)品的設(shè)計人員和應(yīng)用開發(fā)人員的開放的生態(tài)系統(tǒng)。對芯片（尤其是CPU芯片）的設(shè)計人員來說, 可以按照應(yīng)用特點設(shè)計出相應(yīng)的CPU產(chǎn)品, 而不必?fù)?dān)心因為缺少相應(yīng)的開發(fā)工具或合適的軟件中間件而導(dǎo)致沒有人使用自己的產(chǎn)品。更重要的是，對于CPU芯片的使用者而言，可以在更大的范圍里選擇適合自己應(yīng)用的芯片，而不必?fù)?dān)心因為指令系統(tǒng)的兼容性問題找不到熟悉的開發(fā)環(huán)境，找不到合適的開發(fā)人員，以及找不到成熟的應(yīng)用組件或中間件。

完善的生態(tài)是RISC-V取得商業(yè)成功的關(guān)鍵！

這樣一個開源的、免授權(quán)費的指令集架構(gòu)，自然讓很多人興奮不已，尤其是在IC設(shè)計行業(yè)中，每個人都有機(jī)會按照自己的特長找到合適的商機(jī)。事實也確實如此，但同時也有一個嚴(yán)峻的問題擺在我們面前，那就是誰會來買單呢？下面就以MCU為主來探討一下。

要能夠用好一款MCU產(chǎn)品，需要很多配套的東西做支撐。我們知道，世界上出現(xiàn)過很多有特色的CPU指令集架構(gòu)，也有不少基于它們的芯片產(chǎn)品，例如Arm、MIPS、x86、PSoC、8051、Power ISA、Z80/Z8000等。這些ISA各有特色，但它們的應(yīng)用范圍和市場份額卻有較大的差別。對于終端用戶或產(chǎn)品的開發(fā)者而言，其實他們并不太在意CPU的指令系統(tǒng)是什么，他們只在意一款MCU芯片本身的性能、價格、適用范圍等是否滿足應(yīng)用需求，在這些因素都滿足的情況下，就要比較哪種架構(gòu)的生態(tài)系統(tǒng)更加寬廣、更加完善。目前，在一些通用的應(yīng)用領(lǐng)域中，市場上大多數(shù)MCU不管其采用何種CPU架構(gòu)，都能夠滿足應(yīng)用需求，價格也都在可接受的范圍內(nèi)，此時完善的生態(tài)系統(tǒng)就成為客戶選型首要考慮的問題。

簡單地說，一款MCU產(chǎn)品的生態(tài)系統(tǒng)，決定著這款產(chǎn)品的開發(fā)者所能接觸到的開發(fā)資源和開發(fā)支持是否全面多樣化、是否方便使用、是否易學(xué)易懂、是否穩(wěn)定可靠等。以通用的MCU為例，通常這些資源和支持大概包含圖1中的內(nèi)容。

圖 1

資料文檔：主要包括芯片本身的數(shù)據(jù)手冊、參考文檔、應(yīng)用筆記、參考例程、設(shè)計指南、學(xué)習(xí)教程、常見問題等。

開發(fā)工具：包含編譯器、開發(fā)板/套件、調(diào)試工具、IDE、生產(chǎn)工具(主要是編程器)、性能優(yōu)化/評測工具、故障診斷工具、芯片內(nèi)部資源的配置工具等。

軟件模塊：所有的軟件產(chǎn)品都屬于這個范疇，既包括芯片廠商所提供的基本底層驅(qū)動庫，以及相關(guān)的操作系統(tǒng)BSP、各種軟件庫（例如C/C++的運(yùn)行時庫、DSP庫、算術(shù)運(yùn)算庫等），也包括各種中間件、協(xié)議棧、圖形GUI庫，以及諸如電機(jī)控制、圖像處理甚至人工智能等的專用軟件庫。

市場資源：涵蓋信息來源的多樣性、網(wǎng)站建設(shè)、開發(fā)者論壇、樣片和產(chǎn)品的購買渠道、供貨周期和穩(wěn)定性、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)及大學(xué)計劃等。對于市場信息的反饋機(jī)制、產(chǎn)品的ROADMAP，以及對公司策略及品牌的宣傳與認(rèn)知度，也可以歸于市場資源這一類。

人力支持：在客戶需要時，能夠提供相應(yīng)的人力資源支持，包括設(shè)計驗證、疑難問題的調(diào)試、芯片缺陷的分析和解決方案、特殊培訓(xùn)，甚至參與客戶的項目開發(fā)等。當(dāng)然，也包括協(xié)助客戶的產(chǎn)品市場宣傳以及對客戶的非技術(shù)性服務(wù)等。

參考方案：針對市場需求，開發(fā)者能夠從芯片原廠，特別是從第三方得到相應(yīng)的參考方案。

外包服務(wù)：主要是指大量涉及各個應(yīng)用方面的設(shè)計公司， 他們能夠提供各種各樣的軟件庫設(shè)計、應(yīng)用方案設(shè)計、電路板設(shè)計、整體方案設(shè)計等。

配套器件：基本是與MCU芯片配套的存儲器、擴(kuò)展的互聯(lián)產(chǎn)品、顯示產(chǎn)品、傳感器等，開發(fā)設(shè)計人員能夠方便地找到和使用合適的外圍器件。相應(yīng)的遴選條件包括：接口類型速率、工作電壓范圍、價格、相關(guān)生態(tài)等。

以上的這些內(nèi)容中，MCU芯片廠商只能提供一些極為基本的東西，而絕大部分內(nèi)容需要其他相關(guān)者提供，因此如何培養(yǎng)和動員產(chǎn)業(yè)鏈上所有的相關(guān)方積極地參與基于某種架構(gòu)的生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)，使得這個生態(tài)系統(tǒng)日臻完善，將成為該種架構(gòu)取得商業(yè)成功的關(guān)鍵?；贏rm架構(gòu)的MCU應(yīng)用市場能取得今天的輝煌，正是由于其擁有一個非常健壯的生態(tài)系統(tǒng)。

RISC-V要想在競爭非常激烈的CPU市場，尤其是MCU市場上取得成功，就必須重視生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)，減輕開發(fā)負(fù)擔(dān)，讓開發(fā)人員在遇到問題時能很快地找到解決方案，以縮短終端產(chǎn)品的開發(fā)周期。

標(biāo)準(zhǔn)化和多元化是RISC-V快速發(fā)展的基石

前面提到RISC-V的一大優(yōu)勢是開源，在一個相同的指令集架構(gòu)下，各家可以做出適合各種需求的CPU/MCU產(chǎn)品，從高端到低端、從低功耗到高性能，廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域十分有利于其生態(tài)系統(tǒng)的壯大。處在這個生態(tài)鏈上各個環(huán)節(jié)的開發(fā)者，可以用較小的代價支持更廣泛的市場需求，使得各個相關(guān)參與方的積極性更高。但是這里一個重要的前提是標(biāo)準(zhǔn)化，每款芯片都要遵守和使用RISC-V定義的基本和擴(kuò)展指令集，只有這樣各級開發(fā)支持工作才能統(tǒng)一有效。

換個角度看，RISC-V開源的優(yōu)勢可以允許各家在設(shè)計芯片時，按照自己的特殊需要添加定制化的指令，滿足特定應(yīng)用的特殊需求，或在投票成為標(biāo)準(zhǔn)之前，將先進(jìn)的創(chuàng)新成果先行在自己的產(chǎn)品中實現(xiàn)。對于這種非標(biāo)準(zhǔn)的部分，將較難受益于豐富的生態(tài)機(jī)制，因此要求其生產(chǎn)廠家自行提供相應(yīng)的支持和配套的解決方案，例如需要修改編譯器以支持新的指令、需要增改配置調(diào)試工具以適應(yīng)新的總線或存儲接口等。

當(dāng)這種自行添加的定制化指令逐漸增多，又不能被吸收進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中時，就會產(chǎn)生碎片化的問題，也就會給生態(tài)鏈上的某些環(huán)節(jié)造成困擾和成本的增加，也必將削弱生態(tài)環(huán)境的健全性，至少在RISC-V普及發(fā)展的初期，會阻礙或延緩生態(tài)系統(tǒng)的完善。

當(dāng)然，RISC-V基金會為了鼓勵多元化的發(fā)展，成立了各種指令集的工作小組，統(tǒng)一討論協(xié)調(diào)特定領(lǐng)域的RISC-V指令擴(kuò)展，這些模塊化的指令擴(kuò)展討論一旦定案后，就會成為標(biāo)準(zhǔn)供所有人在特定應(yīng)用里使用。多元化和碎片化的區(qū)別就在于，多元化是在充分討論協(xié)商的前提下的創(chuàng)新，并納入標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程，再最終開放給所有人使用；而碎片化則是各說各話，無約束地自由發(fā)展，這是RISC-V基金會要盡量避免的現(xiàn)象。

在目前RISC-V生態(tài)還比較脆弱的建設(shè)初期，可以依托現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程的成果，以一個相對標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定的平臺為基礎(chǔ)，讓應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)人員盡快地熟悉這種新的技術(shù)，讓他們能在一個相同的平臺上互相交流、相互支持，盡快打通生態(tài)鏈上的各個部分，讓雪球滾起來！正是基于這樣的考慮，open-isa發(fā)布了VEGAboard，讓MCU的開發(fā)者能夠以很低的門檻接觸和體驗RISC-V的基本配置和一個基礎(chǔ)的開發(fā)環(huán)境。做編譯器、IDE的公司，可以直接在這個基礎(chǔ)上測試開發(fā)相應(yīng)的產(chǎn)品；做各種系統(tǒng)軟件和算法庫的企業(yè)，也可以在上面嘗試移植自己已有的產(chǎn)品，快速地建立起來一個基礎(chǔ)的BSP包，為未來正式的商業(yè)開發(fā)奠定基礎(chǔ)；而應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)者，則可以更加深入地理解和體驗RISC-V將會怎樣影響他們的未來，同時對其他環(huán)節(jié)的開發(fā)者提出他們的需求和看法，不斷完善相關(guān)的工具及方案等。總之，在正式商業(yè)運(yùn)作開發(fā)之前，大家可以在這樣一個低成本的基礎(chǔ)上，做很多先期的入門鋪墊，熟悉、嘗試并打造最適合的開發(fā)途徑。

要讓RISC-V能夠健康地成長，需要在標(biāo)準(zhǔn)化和自行定制化之間找到一個平衡點，而目前我們注重的著力點，應(yīng)向有利于強(qiáng)大生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的方向傾斜，把蛋糕做大，然后再逐步走向多元化，走向協(xié)同發(fā)展的道路。

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