新书访谈 |《RISC-V体系结构编程与实践》

在本书中，您将能够学习到RISC-V体系结构的基础概念，了解编程工具、硬件和系统设计等方面的内容。此外，书中还提供了多个编程实例，使初学者能够快速掌握RISC-V编程技能。我们也将和作者一起讨论RISC-V指令集架构的特点和应用场景，探讨其在计算机体系结构和未来计算技术领域中的优越性。

值得一提的是，本书针对不同程度和需求的读者提供了丰富的学习资源和资料，包括实验指导、编程挑战以及ReadTheDocs上的在线文档等。这些资源将为初学者提供有力支持，使他们更轻松地了解、学习和掌握RISC-V编程。

笨叔

自由职业者，创建奔跑吧Linux社区，为广大开源爱好者分享知识和经验。著有《奔跑吧Linux内核：基础架构篇》、《奔跑吧Linux内核：调试与案例分析》、《奔跑吧Linux内核：入门篇》、《ARM64体系结构编程与实践》以及《RISC-V体系结构编程与实践》等多本著作。深入研究处理器架构和Linux内核，绝对行业大佬！

2010 年时，加州大学伯克利分校的 Krste Asanovic 教授、Andrew Waterman 和 Yunsup Lee 共同设计发明。一个简洁、开放、免费的处理器体系结构 RISC-V 诞生了。RISC 是精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Compute）的缩写，V 是罗马数字 5，是第五代指令集体系结构 的意思。所以它正确的读法应该是“risk five”。

RISC-V 体系结构最基础的特点有三个——开源、精简、模块化。这三个特点为何如此受到业界青睐？通过与 x86 、ARM 的对比最容易说清楚问题。

 开源 

RISC-V 采用 BSD 开源协议，既不会受到单一商业体的控制，也不会有商业上的纠纷，有利于大规模推广。这要感谢加州大学伯克利分校对计算机科学事业的慷慨贡献。x86则是全封闭体系结构 ，只有 Intel 和 AMD 独享；使用 ARM 则要支付昂贵的授权费，也只有实力强大的厂商才玩得起。

 精简 

RISC-V 指令集和体系结构 设计说明文档只有几百页，而有些商业芯片则有数万页的文档。这说明RISC-V有着更强的可扩展性，这也是后发者的优势，可以摒弃掉很多繁杂冗余的设计，保留最实用的部分。

 模块化 

不同于 x86 与 ARM 这样的通用体系结构 ，RISC-V的用户可根据业务需求（例如弱计算、低功耗场景，或者智能化、高性能计算场景等）进行定制。

Intel 发布一款新处理器，微软就会升级软件把芯片的性能吃掉，行业大部分利润也就被如此收割。现在如今，我们正在进入人工智能（AI）+ 物联网（IoT）的 AIoT 时代，市场将会百花齐放，那么主导者会是谁？我想那一定是尽早在 RISC-V 体系结构上进行布局的远见者们。如果你不想错失这个未来最大的市场，要稳稳地站在风口上，就从《RISC-V 体系结构编程与实践》这本书开始学习吧。它包含了 RISC-V 体系结构、指令集、内存管理、实验环境搭建等内容，涵盖从理论到实践的完整过程。

我们先从 RISC-V 最具特色的指令集体系结构说起。

对于一台计算机来说，最基础的组成是什么？硬件是芯片，软件是操作系统。而对于处理器架构来说，最核心的部分是指令集体系结构（Instruction Set Architecture，ISA）。指令集是计算机硬件与软件真正的交界处。它以指令的形式，定义了 CPU 可对外提供的操作，就像是 CPU 的语言；而 CPU 的执行又依赖外界向它输入的指令。再庞大的软件也是由文本形式的源代码，编译成一条条二进制指令，交由 CPU 来执行，从而构成我们今天的信息世界。当前业界比较流行的指令集设计采用的是增量式方法，即增加新指令时，要做到保持向后二进制兼容。这看起来似乎没什么问题，但已经被弃用甚至是存在错误的旧有指令也要一并保留下来，这就会造成指令集无谓的庞大，变得臃肿、冗杂。作为后发者的 RISC-V，自然就在设计之初，避免了增量式带来的问题，采用了模块化的设计方法。模块化设计方法，就是设计一个最小集合和最基础的指令集。最小指令集可以完整地实现一个软件栈，其他特殊功能的指令集可以在最小指令集的基础上，通过模块化的方式叠加实现。这也就是为什么 RISC-V 可以根据应用场景，实现差异化的定制。它在设计原则上就避开了摊大饼式的增量陷阱，而采用了搭乐高式的灵活拼装方式。RISC-V 针对 32 位处理器的最小指令集是 RV32I，针对64 位的是RV64I。在 RV32I 和 RV64I 的基础上，RISC-V 还定义了一级扩展指令集。芯片设计者可以根据业务需求选择扩展指令集。具体描述如下表所示：

要想从入门到不放弃，动手实际体验是必不可少的。可能你会产生一个疑问，学习 RISC-V 是不是还要先买块开发板？那编译、开发、调试是不是门槛很高？其实这不是必需的。《RISC-V 体系结构编程与实践》一书中给出了基于 QEMU 或者 NEMU 模拟器上进行实验的方法，而且作者团队奔跑吧 Linux 社区还提供了他们自研、开源的小型操作系统 BenOS。本书对初学者相当友好，可以说是“傻瓜式”的开局。QEMU 是使用最广泛的开源虚拟机软件，也是做系统底层开发和嵌入式开发的必备神器。NEMU 则是由南京大学实现，用于教学的计算机指令集体系结构模拟器。由中科院牵头研发出的香山高性能 RISC-V 处理器，就使用了 NEMU 进行前期指令集和体系结构的模拟。我们来看一下如何在 QEMU 上实现 RISC-V 版的“hello, world”吧。

准备工作

· 安装了 Linux 操作系统的主机。

· 从 GitHub 下载 BenOS 源码。

  https://github.com/runninglinuxkernel/BenOS

· 在 Linux 上安装下列工具：qemu-system-misc、libncurses5-dev、gcc-riscv64-linux-gnu、build-essential、git、bison、flex、libssl-dev。

编译BenOS

运行

大功告成！就这么简单。

内容来源：

公众号：异步社区

https://mp.weixin.qq.com/s/aM1uFj_TXCssSduhXBteag