为什么RISC-V受追捧？用RISC-V微控制器开发难不难？本文告诉你~

作者：Jacob Beningo

关键词 : 开发工具

在不断创新并保护其知识产权 (IP) 的同时，还需兼顾低功耗和低成本，这使得设计人员持续面临着压力。因此，对于移动应用处理器的设计人员而言，RISC-V开源硬件指令集架构 (ISA) 值得留意。既然RISC-V已成为微控制器的一个选项，嵌入式系统和消费类设备的设计人员需要学习如何着手将RISC-V整合至自己的设计。

GroupGets LLC的FE310 LoFive-R1开发板为此提供了一条捷径。在介绍LoFive-R1之前，本文将介绍RISC-V并说明开发人员应考虑使用该架构的原因。然后，本文将详细介绍LoFive-R1，说明如何着手应用开发以及可用的一些技巧与诀窍。

什么是RISC-V？

RISC-V是一个开源硬件指令集架构项目，2010年始于加州大学伯克利分校。构建RISC-V架构的原因很多，包括：

• 满足对开源指令集架构 (ISA) 的需求，以供大学项目学术研究和学生使用
• 分享ISA开发设计专业知识的途径
• 避免向现有芯片公司支付特许权使用费以节省成本的方法
• 保护架构（公司IP）的设计细节以保持商业可行性

就设计人员而言，RISC-V是一种专为高速和低功耗而设计的简化架构。因此，基于RISC-V的芯片不仅适用于学术界，也非常适合商业应用。实际上，RISC-V基金会备受关注，目前已吸纳约325名成员，其中包括Si-Five、Google、Microchip Technology、NVIDIA和Qualcomm等公司。

为RISC-V开发做出贡献的公司虽不少，但对于普通开发人员而言，获得RISC-V实践经验的最佳方法是找到一款基于RISC-V处理器的开发板。

LoFive FE310开发板

GroupGets LLC的LoFive-R1开发板正是其中之一（图1）。

首先，LoFive R1包含的RISC-V处理器最高可在320MHz下运行。该处理器包括8KB的一次性可编程 (OTP) 存储器、8KB的掩膜ROM、16KB的指令缓存和16KB的SRAM。此外，该处理器还具有三个独立脉冲宽度调制 (PWM) 控制器、SPI、I²C、UART，甚至QSPI闪存接口。

其次，该开发板既可焊接针座，也可直接焊接到载板上用作处理器模块（由于其边缘呈圆齿形），无需费时额外采购处理器，从而极大简化了开发人员对定制硬件的设计流程。

再者，该开发板的板载QSPI闪存由Integrated Silicon Solution Inc. (ISSI) 的IS25LP128 闪存模块提供。IS25LP128闪存模块容量为128Mb（即16MB），在四通道输入/输出模式下SPI总线接口速度高达133MHz（图2）。该SPI闪存模块可用于存储以确保充足的应用程序空间，也可用于存储应用程序日志等运行时数据。

另外，该开发板也可采用5V的工作电压，通过MaxLinear的SPX3819M5线性稳压器转换为3.3V。该稳压器采用SOT23-5封装，却可提供高达500mA的电流。该开发板消耗电流较小，因此可支持其他传感器和器件，而无需额外添加电源电路。

最后，该开发板的原理图和物料清单等所有设计细节均可从github获取。这些信息有助于开发人员理解该开发板的工作原理，也可用作定制开发项目的设计指南。

RISC-V工具链设置和开发板编程

开发人员会发现RISC-V可用的工具链有多种，具体取决于所选择的开发板。需要注意的是，适用于RISC-V的SDK支持Windows、macOS和Linux。本文将展示用于Linux的开发板设置方法。

首先，在终端上使用以下命令从git中签出LoFive Freedom-E SDK：

git clone –recursive https://github.com/mwelling/freedom-e-sdk.git

然后，使用以下命令进入按SDK创建的目录：

cd freedom-e-sdk

该开发板可用的SDK有两款。第一款称为“旧版SDK”，因为版本较旧。请使用新版SDK，其中包括预构建的工具链和用于调试的OpenOCD。使用以下命令签出SDK：

git checkout lofive-r1
git submodule sync
git submodule update –init –recursive

开发板编程可通过几种不同的方式完成。首先，该处理器具有标准JTAG信号，可通过LoFive-R1扩展连接器获取该信号。开发人员可以使用任何支持JTAG的编程器，例如SEGGER的J-Link。若没有相应的编程器，开发人员也可使用FTDI的FT2232H-56Q Mini MDL等低成本的USB转串口转换器（图4）。FT2232H-56Q Mini MDL模块可提供连接LoFive-R1开发板所需的所有连接和分线。SDK可使用FT2232H-56Q的通用I/O来构建必要的JTAG连接，实现对微控制器的编程。

LoFive-R1开发板与FT2232H-56Q模块之间需要九个不同的连接（表1）。

上述连接可以总结为：

• 电源和接地
• JTAG信号
• UART信号

连接可以采用直连法，也可使用Global Specialties的PB-83M等试验板来完成（图5）。该试验板的香蕉插孔可用于连接两个电压源和接地，以简化原型开发。

首次使用LoFive-R1时，建议先安装板载引导程序。引导程序只需安装一次，后续即可轻松升级。通过执行以下命令，即可从SDK中加载引导程序：

make PROGRAM=lofive-boot TARGET=lofive-r1-bootloader upload

然后，使用以下命令将 “hello world” 应用程序加载到开发板：

make PROGRAM=sifive-welcome TARGET=lofive-r1 upload

至此，开发人员就已完成了首个RISC-V应用程序编写，此后的扩展则具有无限可能。

RISC-V的使用技巧与诀窍

RISC-V处理器入门与标准微控制器生态系统有所不同。 以下是几点“技巧与诀窍”：

• 签出LoFive-R1 SDK后，花时间查看主目录下的README.md文件。其中包含了在何处能找到SDK说明文档、板级支持包及其他有用信息。
• 若有SEGGER的J-Link等专业调试探测器，即可用于RISC-V处理器的应用程序编程。自2017年以来，J-Link一直支持RISC-V。
• 如果开发人员偏好使用IDE而非命令行工具，可以考虑使用Freedom Studio（基于Eclipse的IDE）进行RISC-V开发。

首次使用RISC-V时，只需遵循这些“技巧与诀窍”，开发人员即可节省大量时间和精力。

总结

对于希望使用开源硬件架构的开发人员而言，RISC-V架构值得留意。目前，市面上已有基于RISC-V处理器的开发板，如本文所述，工具链设置难度与任何其他标准微控制器差别不大。

RISC-V虽令人着迷，但是请别忘记，其生态系统对比现有的许多微控制器平台相对贫乏，因此开发人员选择深入探索RISC-V后，就会发现可用的选择和资源很少。权衡取舍不失为良策，具体取决于最终应用以及开发人员的偏好和资源。

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