什么是RISC-V，RISC-V 的使用技巧与诀窍
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，致使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。
lofive-r1 开发板包含 risc-v 处理器和所有必要的支持电路，因此该开发板可作为处理器模块直接焊接到载板上。
首先，lofive r1 包含的 risc-v 处理器最高可在 320 mhz 下运行。该处理器包括 8 kb 的一次性可编程 （otp） 存储器、8 kb 的掩膜 rom、16 kb 的指令缓存和 16 kb 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 128 mb（即 16 mb），在四通道输入/输出模式下 spi 总线接口速度高达 133 mhz（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。
图 2：lofive-r1 开发板包括 issi 的 128 mb spi 闪存模块，可用于应用程序存储。（图片来源：issi）
另外，该开发板也可采用 5 v 的工作电压，通过 maxlinear 的 spx3819m5 线性稳压器转换为 3.3 v。该稳压器采用 sot23-5 封装，却可提供高达 500 ma 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。
图 3：lofive-r1 开发板的 spx3819 3.3 v 线性稳压器可提供高达 500 ma 的电流，足以支持整个板载电路和部分外部器件（如传感器）。（图片来源：maxlinear）
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。
ft2232h-56q mini mdl 是一款低成本的串口模块，可通过 usb 直接连接计算机，然后连接 lofive-r1 开发板的板载 uart。
lofive-r1 开发板与 ft2232h-56q 模块之间需要九个不同的连接（表 1）。
表 1：lofive-r1 开发板与 ft2232h-56q 模块的连接简表。（表格来源：digi-key electronics）
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。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。
pb-83m 提供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。（图片来源：global specialties）
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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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
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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。
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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 128 mb（即 16 mb），在四通道输入/输出模式下 spi 总线接口速度高达 133 mhz（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。
图 2：lofive-r1 开发板包括 issi 的 128 mb spi 闪存模块，可用于应用程序存储。（图片来源：issi）
另外，该开发板也可采用 5 v 的工作电压，通过 maxlinear 的 spx3819m5 线性稳压器转换为 3.3 v。该稳压器采用 sot23-5 封装，却可提供高达 500 ma 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。
图 3：lofive-r1 开发板的 spx3819 3.3 v 线性稳压器可提供高达 500 ma 的电流，足以支持整个板载电路和部分外部器件（如传感器）。（图片来源：maxlinear）
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：
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然后，使用以下命令进入按 sdk 创建的目录：
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