RISC-V,会是下一个ARM吗?——Perf-V开发板(FPGA/RISC-V)评测


在移动处理器领域以及嵌入式领域,基本上90%的处理器和MCU都是经由ARM授权的IP开发的,毫不夸张的说,在这两个领域,ARM就是王。但是,即便在这样的背景下,最近几年还是有一个精简指令集架构脱颖而出,而且受到全球无论是半导体巨头还是科技巨头的双重青睐,那就是RISC-V。RISC-V为何能在这么短的时间被大家接收?它又和本文的Perf-V开发板是什么关系?


确切的说,Perf-V是一款FPGA开发板,由澎峰科技开发,基于Xilinx Artix-7系列FPGA,但是,Perf-V开创性的移植了目前流行且火爆的RISC-V架构的处理核,换句话说,你既可以对Perf-V实现FPGA的开发,又可以在Perf-V开发板上体验最新最酷RISC-V架构的处理器,可谓一举两得。


Perf-V开发板


爱板网拿到的Perf-V开发板算是一个套件,包含了必备的Perf-V下载调试器、电源适配器以及额外一些扩展板,如高速接口转HDMI&摄像头转接板、HDMI转接板以及VGA转接板,但是由于主板只有一个物理接口连接这些扩展板,所以在同一时刻只能使用其中一个转接板。



Perf-V的开发板板型看上去不复杂,尺寸也只有85mm*95mm,大概是成人的一个巴掌大小,板载的资源基本都分布在正面,背面有少许被动电子元件以及一个高速扩展接口。


不过,虽然板子小巧,但却提供了较丰富多样的外设接口,包括 PMOD、Arduino的兼容扩展接口、JTAG、UART以及上面提到的可通过转接板实现扩展的 HDMI、VGA、USB2.0/3.0、摄像头、蓝牙、扩展板等的高速接口,灵活性强,使用用于评估以及原型验证。具体的板子的资源如下图所示。


Perf-V开发板板载的Xilinx Artix-7系列FPGA提供不同规格的选购,有35T、50T、100T(主要是逻辑单元以及集成的一些资源的不同),笔者拿到的为XC7A50T的版本(如下图所示),对这个FPGA系列熟悉的工程师应该了解,50T就是意味着这颗FPGA大概具有50K左右的逻辑单元,实际是52160。


下面是Perf-V开发板的一些细节特点,整体来讲,PCB采用沉金工艺,做工质量还是比较可靠的。

△ 板载的5个LED


△ PMOD接口以及4个机械开关


△ JTAG接口以及电源供电的DC JACK,其中靠近DC JACK的为FPGA的JTAG接口,另一个则是User JTAG,是对配置到FPGA中的RISC-V架构处理器进行编程下载。


△ 电源开关、机械按键以及3个RGB LED


其实,Perf-V开发板无论是板载的资源还是接口都是非常常见的,所以板子的话既适合初学者学习使用,也适合开发者基于板子原型进行二次开发。


开发环境


Perf-V开发环境分为两部分,一个是针对FPGA的开发环境,另一个是针对FPGA中配置了RISC-V架构处理器的开发环境。


FPGA的开发环境就不用多啰嗦,用Xilinx官方的Vivado,可以选择安装免费版本的,目前最新的版本是Vivado 2018.2


而针对RISC-V架构处理器的开发环境可以选择在Linux系统下构建或者在Windows系统下安装相应的IDE工具。无论哪种方式,官方都提供了详细的教程指导,所以主要看自己习惯使用哪种开发环境。不过,值得一提的是,Windows下的IDE工具应该是澎峰科技基于开源的Eclipse定制的,而界面上基本上没动,适合本身就熟悉此开发环境的用户。


上电使用


笔者手上的这块Perf-V开发板实际上电后没什么反应,可能拿到的板子出厂没有烧录什么程序,所以还得自己一步一步的折腾。当然,Perf-V开发板吸引我的点主要是在于移植的RISC-V架构的处理核,对于本身作为FPGA板子的事,因为市面上类似的板子太多,所以这里不做讨论了。


如何在Perf-V上移植RISC-V处理核?


RISC-V作为一种“Free”以及“Open”的指令集架构,市面上有很多基于这个架构的处理器,官方这里提供的是市面上提供的一个免费版本的处理器蜂鸟E200,这个处理器的特点就是源代码全部开源,资料齐全,非常适合第一次接触RISC-V并且想学习RISC-V架构处理器的工程师。


蜂鸟E200主要面向极低功耗与极小面积的场景而设计,非常适合替代传统的8051内核或者Cortex-M系列内核应用于IoT或其他低功耗场景。E200系列处理器核采用2级流水线结构,该CPU核的功耗与面积均不逊于同级ARM Cortex-M核,实现业界最高的能效比与最低的成本。


◇ 移植RISC-V处理器


官方提供了基于蜂鸟E200移植到Perf-V开发板上的代码,可以通过Vivado进行烧录。


打开后的工程文件。


连接好下载器,有一点注意的是,接口连接JTAG,也就是靠近DC JACK的那头。


因为直接下载到FPGA中的话,蜂鸟文件在掉电后会消失,所以想好好使用RISC-V处理器,必须将其固化到Flash中,具体的步骤官方提供详细的说明,本文不多介绍,下图显示了成功将RISC-V的配置文件固化到Flash中,之后每次上电就会自动在FPGA在配置蜂鸟软核。


◇ RISC-V处理器编程下载


下载完成后我们就可以使用Linux系统或者Windows下的IDE工具对蜂鸟软核进行编程,打开Perf-V的IDE工具,新建一个C Project项目。


可以使用官方提供的RGB LED的源代码,直接进行编译。


下载调试。


下图是蜂鸟软核直接控制板子上RGB LED的实际显示效果,只说说明功能上实现是没有问题,功耗什么的不好评估,不过在实际操作中需要注意的是这次的下载调试使用的是user JTAG接口,也就是远离DC JACK的那个接口。


除此之外,官方也提供了其它的基于RISC-V软核的Demo,不过不是很多,可能更多的是想给用户呈现一些不同外设控制的demo,表明软核的移植是OK的,在Perf-V开发板可以正常的工作。


因为从实际情况看,更认可Perf-V本身作为一款FPGA开发板,而且官方提供的关于开发板的FPGA Demo相比RISC-V软核的内容更多更丰富。


小 结


Perf-V开发板确切的说是一款比较传统的FPGA开发板,但是相对的,在传统之外,它适配移植了目前火爆且流行的RISC-V架构处理器,并配有相关的资料和教程,配上FPGA本身的灵活性,板子集成的丰富接口,可玩性相当高。目前而言,虽然RISC-V想撼动ARM的江湖地位暂时是不可能的,但是我们却看到了这种内在的潜能趋势,加上多数巨头公司的加入,相信10年内RISC-V的地位有翻天覆地的变化,想要抓住这一轮机遇的工程师或者企业,提前布局RISC-V未尝不可。另外,公布一个好消息,Perf-V开发板近期将在爱板论坛开启免费申请活动,如果你对FPGA、对RISC-V、对在FPGA上移植RISC-V架构处理器感兴趣,那可千万别错过了。


END

今天推荐一款小脚丫新品,一款基于Intel Cyclone10设计的FPGA开发板。板卡尺寸只有72mm×40mm。核心FPGA芯片选用了Intel公司Cyclone 10 LP系列的10CL016YU256C8G,相比于前一代的Cyclone IV系列的FPGA,它的性能更强,功耗更低。板上的FPGA芯片资源达16000之多,同时该板卡最高支持10CL025YU256芯片,不必担心片上资源的不足。价格也合适,新品团购中!


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