兆易創(chuàng)新首發(fā)RISC-V指令集MCU，開源架構(gòu)能否后發(fā)先至？

中國(guó)市場(chǎng)上云集了各種架構(gòu)的處理器，中國(guó)從業(yè)者更是前赴后繼，試圖在通用處理器（控制器）市場(chǎng)打開局面的嘗試從未間斷。而如今，區(qū)域保守主義導(dǎo)致的供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)讓中國(guó)廠商更希望有自主可控的架構(gòu)，有雄心在處理器上實(shí)現(xiàn)自主可控的中國(guó)廠商，開始押注應(yīng)運(yùn)而生的RISC-V。

8月22日，兆易創(chuàng)新宣布推出全球首款基于RISC-V內(nèi)核的通用微控制器，即GD32VF103系列MCU。

因其開放、精簡(jiǎn)、靈活、可擴(kuò)展、可配置等優(yōu)點(diǎn)，自從2014年發(fā)布第一版用戶手冊(cè)之后，RISC-V架構(gòu)就引發(fā)業(yè)界高度關(guān)注，作為一個(gè)開源指令集，尤其受到中國(guó)從業(yè)者的歡迎。

中國(guó)市場(chǎng)上云集了各種架構(gòu)的處理器，中國(guó)從業(yè)者更是前赴后繼，試圖在通用處理器（控制器）市場(chǎng)打開局面的嘗試從未間斷。而如今，區(qū)域保守主義導(dǎo)致的供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)讓中國(guó)廠商更希望有自主可控的架構(gòu)，有雄心在處理器上實(shí)現(xiàn)自主可控的中國(guó)廠商，開始押注應(yīng)運(yùn)而生的RISC-V。

不過(guò)，畢竟是個(gè)新事物，RISC-V投入應(yīng)用最早的還是基于FPGA的開發(fā)，逐漸有專用處理器開始采用RISC-V架構(gòu)，但這種專用處理器并不開放給一般開發(fā)者使用。

在通用MCU上采用RISC-V架構(gòu)，兆易創(chuàng)新走在了前列，這不僅是兆易創(chuàng)新第一次基于開源內(nèi)核的MCU產(chǎn)品系列，也是首次為對(duì)RISC-V感興趣的系統(tǒng)開發(fā)用戶提供量產(chǎn)版MCU，用中國(guó)軟件行業(yè)協(xié)會(huì)理事、嵌入式系統(tǒng)分會(huì)副理事長(zhǎng)何小慶的話說(shuō)就是，以前大家只是空談闊論地“談芯”，兆易創(chuàng)新推出GD32VF103系列MCU之后，才能真正去“用芯”。

生態(tài)不完善是業(yè)界對(duì)RISC-V架構(gòu)能否立腳的最大疑問。中國(guó)工程院院士倪光南就指出，RISC-V應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)主要表現(xiàn)在生態(tài)不足、碎片化與專利問題上。

何小慶也表示，RISC-V可擴(kuò)展、可裁剪，開發(fā)自由度高，但如果每家廠商都進(jìn)行非標(biāo)擴(kuò)展，則較難構(gòu)成豐富和諧的生態(tài)系統(tǒng)，所以何小慶呼吁，RISC-V發(fā)展的大方向應(yīng)該是先做標(biāo)準(zhǔn)化，發(fā)展好生態(tài)以后再追求差異化。

不過(guò)，多位RISC-V資深專家卻表示，現(xiàn)階段RISC-V生態(tài)不完善并不是RISC-V發(fā)展的障礙。因?yàn)樾律軜?gòu)的生態(tài)不可能一開始就很完善，只有足夠的應(yīng)用案例打磨，才能造就相對(duì)完善的生態(tài)與成熟的架構(gòu)。

RISC-V基金會(huì)亞太區(qū)副秘書長(zhǎng)郭雄飛就認(rèn)為，只有RISC-V MCU大規(guī)模量產(chǎn)，開發(fā)者真正隨手可得，相應(yīng)的軟件生態(tài)才能大規(guī)模爆發(fā)。

芯來(lái)科技首席執(zhí)行官胡振波則表示，RISC-V生態(tài)的突破點(diǎn)在于物聯(lián)網(wǎng)。他認(rèn)為，在服務(wù)器和手機(jī)市場(chǎng)，軟件生態(tài)存在難以逾越的天塹，但嵌入式市場(chǎng)具備少量多樣的特點(diǎn)，在各細(xì)分應(yīng)用場(chǎng)景并未形成真正壁壘，這是RISC-V的最佳突破方向。

郭雄飛更進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，后發(fā)反而有可能具備優(yōu)勢(shì)，因?yàn)锳rm已經(jīng)把應(yīng)用市場(chǎng)開辟好，RISC-V從業(yè)者需要做的就是在這些成熟應(yīng)用中去做移植工作，將Arm處理器替換為RISC-V處理器，這樣無(wú)疑減少了很多試錯(cuò)成本。而且由于RISC-V定型很晚，反而沒有太多歷史包袱，軟件在兼容性上將很有優(yōu)勢(shì)。

“專用芯片對(duì)生態(tài)幫助不大，通用芯片的誕生，代表RISC-V構(gòu)建成熟生態(tài)邁出了第一步?！焙癫ㄑa(bǔ)充，構(gòu)建豐富生態(tài)的第一步就是量產(chǎn)通用芯片。

正是考慮到了開發(fā)者對(duì)新架構(gòu)移植工作負(fù)擔(dān)的擔(dān)心，兆易創(chuàng)新推出的這一代基于RISC-V的MCU，采用了全兼容的設(shè)計(jì)方法，即管腳兼容、寄存器兼容，以及開發(fā)環(huán)境兼容。

“從Arm轉(zhuǎn)換到RISC-V非常便捷，底層操作是兼容的，”兆易創(chuàng)新MCU市場(chǎng)部產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)金光一告訴探索科技（techsugar），開發(fā)者只要對(duì)應(yīng)內(nèi)核、中斷與調(diào)試接口的不同，就能快速實(shí)現(xiàn)不同內(nèi)核產(chǎn)品的開發(fā)。

“我們?cè)贏rm與RISC-V機(jī)構(gòu)的MCU之間搭出快速通道，鼓勵(lì)用戶來(lái)嘗試新技術(shù)，”金光一強(qiáng)調(diào)，在兆易創(chuàng)新的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)中，并未因?yàn)榧軜?gòu)不同而配置不同的支援團(tuán)隊(duì)，“MCU產(chǎn)品線只有一支技術(shù)團(tuán)隊(duì)，并沒有切分，這也代表了我們相對(duì)應(yīng)的MCU，具備最完整的技術(shù)兼容性?！?

在現(xiàn)場(chǎng)演示區(qū)，兆易創(chuàng)新工程師告訴探索科技（techsugar），現(xiàn)場(chǎng)演示的多個(gè)應(yīng)用，都是用以前的Arm MCU評(píng)估板，換上RISC-V MCU。只要移植工作足夠簡(jiǎn)單，利用Arm的成熟應(yīng)用場(chǎng)景，兆易創(chuàng)新近年來(lái)積累的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，以及其廣泛的供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)，RISC-V通用MCU前途不可限量。

就像清華大學(xué)楊華中教授所言：“中國(guó)在處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業(yè)在做CPU之前，基本沒有在芯片領(lǐng)域證明過(guò)自己。但兆易創(chuàng)新不同，不但有一腔熱血，還證明過(guò)自己可以在芯片領(lǐng)域取得成功?！?

附錄

基于RISC-V的GD32VF103系列MCU詳細(xì)信息

作為GD32 MCU家族基于RISC-V內(nèi)核的首個(gè)產(chǎn)品系列，全新的GD32VF103系列RISC-V MCU面向主流型開發(fā)需求，以均衡的處理效能和系統(tǒng)資源為RISC-V進(jìn)入市場(chǎng)主流應(yīng)用提供了高性價(jià)比的創(chuàng)新之選。新品首批提供了14個(gè)型號(hào)，包括QFN36、LQFP48、LQFP64和LQFP100等4種封裝類型選擇，并完整保持了與現(xiàn)有產(chǎn)品在軟件開發(fā)和引腳封裝方面的兼容性。這種前所未有的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)在GD32的Arm®內(nèi)核產(chǎn)品與RISC-V內(nèi)核產(chǎn)品之間搭建起快速通道，將跨越處理器內(nèi)核的產(chǎn)品選型和設(shè)計(jì)切換變得靈活自如，從而更易于實(shí)現(xiàn)代碼移植并縮短開發(fā)周期。全面適用于工業(yè)控制、消費(fèi)電子、新興IOT、邊緣計(jì)算、人工智能及垂直行業(yè)的深嵌入式市場(chǎng)應(yīng)用。

全面優(yōu)化的RISC-V處理器內(nèi)核

GD32VF103系列MCU采用了全新的基于開源指令集架構(gòu)RISC-V的Bumblebee處理器內(nèi)核，是兆易創(chuàng)新(GigaDevice)攜手中國(guó)領(lǐng)先的RISC-V處理器內(nèi)核IP和解決方案廠商芯來(lái)科技(Nuclei System Technology)面向物聯(lián)網(wǎng)及其它超低功耗場(chǎng)景應(yīng)用自主聯(lián)合開發(fā)的一款商用RISC-V處理器內(nèi)核。

Bumblebee內(nèi)核采用32位RISC-V開源指令集架構(gòu)并支持定制化指令，更優(yōu)化了中斷處理機(jī)制。不僅配備了64位寬的實(shí)時(shí)計(jì)時(shí)器、可以產(chǎn)生RISC-V標(biāo)準(zhǔn)定義的計(jì)時(shí)器中斷，還支持?jǐn)?shù)十個(gè)外部中斷源，具有16個(gè)中斷級(jí)別和優(yōu)先級(jí)，并支持中斷嵌套和快速向量中斷處理機(jī)制。低功耗管理可以支持兩級(jí)休眠模式。內(nèi)核支持標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口及RISC-V調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)，適用于硬件斷點(diǎn)和交互式調(diào)試。Bumblebee內(nèi)核也支持RISC-V標(biāo)準(zhǔn)的編譯工具鏈，以及Linux/Windows圖形化集成開發(fā)環(huán)境。

Bumblebee內(nèi)核設(shè)計(jì)了二級(jí)變長(zhǎng)流水線微架構(gòu)，配備精簡(jiǎn)的指令預(yù)取單元和動(dòng)態(tài)分支預(yù)測(cè)器，并融入多種低功耗設(shè)計(jì)方法。能夠以二級(jí)流水線的代價(jià)，達(dá)到傳統(tǒng)架構(gòu)三級(jí)流水線的性能和頻率，實(shí)現(xiàn)了業(yè)界一流的能效比與成本優(yōu)勢(shì)。這使得GD32VF103系列MCU在最高主頻下的工作性能可達(dá)153 DMIPS，CoreMark®測(cè)試也取得了360分的優(yōu)異表現(xiàn)，相比GD32 Cortex®-M3內(nèi)核產(chǎn)品性能提升15%的同時(shí)，動(dòng)態(tài)功耗降低了50%，待機(jī)功耗更降低了25%。

主流均衡的首發(fā)產(chǎn)品組合

GD32VF103系列RISC-V MCU提供了108MHz的運(yùn)算主頻，以及16KB到128KB的片上閃存和6KB到32KB的SRAM緩存，gFlash®專利技術(shù)支持內(nèi)核訪問閃存高速零等待。Bumblebee內(nèi)核還內(nèi)置了單周期硬件乘法器、硬件除法器和加速單元應(yīng)對(duì)高級(jí)運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理的挑戰(zhàn)。

芯片采用2.6V-3.6V供電，I/O口可承受5V電平。配備了1個(gè)支持三相PWM互補(bǔ)輸出和霍爾采集接口的16位高級(jí)定時(shí)器可用于矢量控制，還擁有多達(dá)4個(gè)16位通用定時(shí)器、2個(gè)16位基本定時(shí)器和2個(gè)多通道DMA控制器。全新設(shè)計(jì)的中斷控制器(ECLIC)提供了多達(dá)68個(gè)外部中斷并可嵌套16個(gè)可編程優(yōu)先級(jí)，以增強(qiáng)高性能控制的實(shí)時(shí)性。

為廣泛的主流應(yīng)用配備的多種外設(shè)資源，包含多達(dá)3個(gè)USART、2個(gè)UART、3個(gè)SPI、2個(gè)I2C、2個(gè)I2S、2個(gè)CAN2.0B和1個(gè)USB 2.0 FS OTG，以及外部總線擴(kuò)展控制器(EXMC)。其中，全新設(shè)計(jì)的I2C接口支持快速Plus (Fm+)模式, 頻率最高可達(dá)1 MHz (1MB/s)，是以往速度的兩倍。SPI接口也已經(jīng)支持四線制并新增多種傳輸模式，還可方便擴(kuò)展Quad SPI NOR Flash實(shí)現(xiàn)高速訪問。內(nèi)置的USB 2.0 FSOTG接口可提供Device、HOST、OTG等多種模式。外部總線擴(kuò)展控制器(EXMC)更方便連接NOR Flash，SRAM等外部存儲(chǔ)器。

新品集成了2個(gè)采樣率高達(dá)2.6M SPS的12位高速ADC，提供了多達(dá)16個(gè)可復(fù)用通道，并支持16-bit硬件過(guò)采樣濾波功能和分辨率可配置功能，還擁有2個(gè)12位DAC。多達(dá)80%的GPIO具有多種可選功能還支持端口重映射，持續(xù)以靈活豐富的連接性滿足主流開發(fā)應(yīng)用需求。

GD32VF103系列RISC-V內(nèi)核通用32位MCU產(chǎn)品線。

持續(xù)打造的RISC-V開發(fā)生態(tài)

兆易創(chuàng)新一直在為GD32生態(tài)系統(tǒng)提供豐富和完善的支持，包括多種開發(fā)板和應(yīng)用軟件在內(nèi)的RISC-V開發(fā)生態(tài)也已準(zhǔn)備就緒，GD32V系列產(chǎn)品的使用者可以利用全新的開發(fā)工具和程序代碼庫(kù)輕松實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)構(gòu)想。新增的開發(fā)工具包括GD32VF103V-EVAL全功能評(píng)估板以及GD32VF103R-START、GD32VF103C-START和GD32VF103T-START入門級(jí)學(xué)習(xí)板，可以分別對(duì)應(yīng)四種不同封裝和管腳，方便用戶進(jìn)行開發(fā)調(diào)試。另外還提供了GD32VF103-BLDC電機(jī)控制開發(fā)板、GD-LINK調(diào)試量產(chǎn)工具以及一系列來(lái)自合作伙伴的GD32 RISC-V終端設(shè)計(jì)方案。

兆易創(chuàng)新還聯(lián)合芯來(lái)科技為GD32V系列MCU提供了免費(fèi)集成開發(fā)環(huán)境Nuclei Studio。這個(gè)全新IDE基于開源的Eclipse架構(gòu)，并集成了GCC、OpenOCD等RISC-V相關(guān)工具。用戶可以快速上手并方便的完成代碼編寫、交叉編譯、在線調(diào)試、程序燒寫等一系列開發(fā)流程。第三方合作伙伴也提供了更多IDE和工具選擇，包括Huawei IoT Studio、SEGGER J-Link V10及Embedded Studio等均已支持。嵌入式操作系統(tǒng)包括μC/OS II、reeRTOS、RT-Thread、Huawei LiteOS等也已全面適配并可以直接連接至云。這些都極大程度的簡(jiǎn)化了開發(fā)難度。

即刻開始RISC-V的開發(fā)體驗(yàn)

GD32V系列新品全部符合工業(yè)級(jí)高可靠性和溫度標(biāo)準(zhǔn)，并提供至少十年的持續(xù)供貨保證。芯片的靜電防護(hù)(ESD)防護(hù)水平在人體放電(HBM)模式可達(dá)5KV，器件放電模式(CDM)可達(dá)2KV，遠(yuǎn)高于行業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)，從而適用于復(fù)雜環(huán)境并讓終端產(chǎn)品更可靠耐用。

全新的GD32VF103系列RISC-V MCU現(xiàn)已即刻上市。樣片和開發(fā)工具都可以通過(guò)GD32技術(shù)網(wǎng)站(www.GD32MCU.com)獲取，各授權(quán)經(jīng)銷商渠道及GD32天貓旗艦店(GD32.tmall.com)也已同步發(fā)售。