简评几款开源RISC-V处理器
本帖最后由 新ちゃん 于 2020-8-21 04:10 编辑RISC-V 能够实现“自主可控”与“普世通用”的国产处理器，中国应该拥抱此技术。——胡振波
RISC-V指令集是怎么回事就不多说了。开门见山，说说几款我接触过的开源处理器，按我接触的时间顺序来排序。
1. Rocket，BOOM
很多RISC-V开发者，无论硬件还是软件，首次接触的CPU core就是Rocket。Rocket Chip Generator可以生成包括Rocket core的一整套SoC，各种参数统统可配置。Rocket Chip是用Chisel开发的，初学者（CPU设计开发的数字前端初学者，尤其是只懂Verilog的初学者）要去看Rocket的代码还是会有些吃力的，对初学者不太友好。不过正因为其面世较早，又有Berkeley的纯正血统，粉丝众多，很多paper都是基于Rocket Chip做的，资料也很好找，但似乎没有详细的官方文档。
Rocket chip带MMU，支持操作系统，所以在上面跑Linux是没有问题的。Rocket chip使用Tilelink总线，支持缓存一致性的一款总线。支持Verilator+OpenOCD+GDB仿真。
Rocket是64位CPU core（也是今天介绍的几款处理器中唯一一款64位的），采用经典五级流水，顺序执行，单发射，还支持各种分支预测。BOOM（Berkeley Out-of-Order Machine）基于Rocket，乱序执行，BOOM有还算比较详细的文档。这两个用来学习还是很不错的。而且Rocket还是比较成熟的，基于Rocket core已经有很多ASIC产品了。只是Chisel是道坎，CPU设计还没开始学就跳进Chisel的坑里去了！
Rocket Chip github：https://github.com/chipsalliance/rocket-chipBOOM github: https://github.com/riscv-boom/riscv-boom
一句话总结：Berkeley纯正血统，但欲学本core，必先入Chisel之坑。
2. Hammingbird E203
蜂鸟处理器是在国内RISC-V社区大名鼎鼎的芯来科技开发的RISC-V MCU系列。E203是其开源的一款单privilege mode，两级流水（不严格说法）的MCU，主打小面积、低功耗。使用Verilog开发。麻雀虽小，五脏俱全，也包括debug module，代码严谨优美，用来学习设计没得说。官方文档不算多，但是市面上可以买到胡振波大牛写的两本书，也算是学习资料丰富了。
开源的E203在github上其实是一个SoC平台。E203使用自定义的类AXI接口，支持debug spec 0.11。唯一的缺憾是没有官方的verilator环境，如果使用verilator的话得自己搭个环境了。像我这种在家用不了商业仿真软件（也不愿意装D版）的硅农，只能用意念仿真了，目前还是看看代码，等有时间的话Port一个verilator仿真环境过去。开源蜂鸟E203支持Icarus Verilog开源仿真工具，这个仿真工具不知道还有没有人维护，就我以前使用而言，几乎只能仿纯verilog，对于很多不可综合的写法也不支持，使用非常受限，就更别提把GDB接入到仿真了。
这里值得是说一下胡振波大牛写的《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器篇》，还是很不错的设计入门之作，里面有很多干货，是本让初学者受益良多、让熟手硅农深有共鸣的好书。另一本貌似是嵌入式开发，目前还没有拜读。
github: https://github.com/SI-RISCV/e200_opensource
一句话点评：初学者学习RISC-V处理器设计首选。
3. Ibex
提到开源RISC-V就不能不提Riscy系列了，尤其是zero-riscy，使用很广泛。Ibex是脱胎于zero-riscy的core，支持RV32IMC及一些Z系列指令，由LowRISC维护。Ibex小巧精悍，文档详实，学习资料丰富，支持verilator， 可以使用verilator+openOCD+GDB 仿真时debug。对于我这样的重度Verilator依赖者来说非常友好。
Ibex支持machine mode和user mode两种privilege mode，可以实现比单machine mode更加丰富的功能。Ibex采用system verilog开发，对于传统的IC工程师是个好消息。Ibex现在也支持了指令cache了，提高了performance，但装了cache会让core变得臃肿很多，对于学习cache controller的设计是个好事情。
Ibex使用类TLUL的自定义接口，官方的SoC是PULP。Google的OpenTitan项目也是基于Ibex。相关的设计学习资料算是相当多了。
github: https://github.com/lowRISC/ibex文档：https://ibex-core.readthedocs.io/en/latest/introduction.html
一句话点评：啥都别说了，这么好的东西还不赶紧盘它？
4. VexRiscv
VexRiscv可配置，可支持RV32IMCA，可配置为经典5级流水。VexRiscv使用SpinalHDL开发，类似Chisel，也是一款基于Scala的硬件建构语言。可配置MMU，所以理论上可以支持操作系统。class VexRiscv(val config : VexRiscvConfig) extends Component with Pipeline{
typeT = VexRiscv
import config._
//Define stages
def newStage(): Stage = { val s = new Stage; stages += s; s }
val decode = newStage()
val execute = newStage()
val memory = ifGen(config.withMemoryStage) (newStage())
val writeBack = ifGen(config.withWriteBackStage) (newStage())
//......VexRiscv有个官方的SoC：Briey，使用AXI接口。和Rocket Chip一样，支持Verilator+OpenOCD+GDB仿真。和Rocketchip一样都是使用scala解释器sbt工具，超占内存，快把我的老爷机拖垮了。
也许是大牛都不爱写文档，VexRiscv文档很少很粗略。github：https://github.com/SpinalHDL/VexRiscv一句话点评：佳作，SpinalHDL代表作，需入SpinalHDL的坑。
5. SweRV EH1
SweRV EH1是WD开发的其中一款RISC-V core，支持RV32IMC，双发射，单线程，9级流水，性能应该说是相当不错，28nm可以跑到1GHz。而且还有份详细的文档，不愧是大厂出品。
SweRV是使用Verilog/System Verilog开发，使用AXI接口，对熟悉AMBA且不想去学Chisel及Scala的同学来说是相当友好了。而且支持verilator，必须点赞。值得一提的是SweRV带指令cache，且实现了丰富的cache maintenance自定义指令，非常值得学习。
github: https://github.com/chipsalliance/Cores-SweRV
一句话点评：大厂出品，进阶学习佳作。
6. 无剑
听说平头哥的RISC-V处理器开源我还是很兴奋的，想仔细研究一番，但入手后有些失望。代码是刻意处理过的，注释都被去掉了，代码段的排版也非常不利于阅读，甚至有些代码是接近网表的加扰后的代码，顿时失去了兴趣。平头哥目的应该是推广这套平台，里面包括软硬件系统及SDK，从开源的程度来看，重点应该是软件。当然我是从研究学习硬件部分出发来说的，如果是使用无剑平台，包括仿真、FPGA、软件开发，应该是没有问题的。
github: https://github.com/T-head-Semi/wujian100_open
一句话点评：学习资料缺乏，代码可读性较差，不是一个理想的学习对象。
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