真正的RISC-V开发板——VEGA织女星开发板开箱评测

前言

由于最近ARM公司要求员工“停止所有与华为及其子公司正在生效的合约、支持及未决约定”，即暂停与华为的相关合作，大家纷纷把注意力投向了另一个的处理器架构RISC-V，它是基于精简指令集(RISC)的一个开源指令集架构。相比于其他指令集，”RISC-V 指令集可以自由地用于任何目的，允许任何人设计、制造和销售 RISC-V 芯片和软件”，正是由于这种开放性，于2015年成立的RISC-V基金会，吸引了很多科技巨头加入RISC-V基金会，现在的RISC-V基金会成员已经超过了235个，包括国外的Google、三星、英伟达、微芯、高通、惠普、意法半导体、西数、NXP等，国内的阿里巴巴、华为、高云等公司。可能是由于智能推荐的算法，我在知乎上的一篇关于RISC-V文章：国产处理器的逆袭机会——RISC-V，最近收到了很多网友的关注和评论。正好前一段时间申请到一块NXP恩智浦的一款真正的RISC-V开发板——织女星开发板，所以拿来玩玩，学习一下RISC-V架构处理器的开发。

关于RISC-V架构

RISC-V（发音同“risk-five”）是一种免费开源指令集架构(ISA)，通过开放标准协作开创处理器创新的崭新纪元。RISC-V基金会创立 于2015年，由超过235家成员组织组成，建立了首个开放、协作的软硬件创新者社区，开创了处理器创新的新时代。RISC-V ISA发端于深厚的学术研究，将免费且可扩展的软硬件架构自由度提升至新的水平，为未来50年的计算设计与创新铺平了道路。——来自RISC-V_百度百科

现在的处理器指令集主要分为RISC和CISC，即精简指令集和复杂指令集，RISC的代表就是著名的ARM架构，专注于高性能，低功耗，小体积，主要应用于移动设备；而CISC的代表是x86架构，像常用的PC、服务器的CPU等等，专注于桌面，高性能和民用市场。

而RISC-V是属于RISC阵营的，RISC-V，即第五代精简指令集。相比于ARM，RISC-V的历史很短，2010年诞生于加州大学伯克利分校，当时的Krste Asanovic教授希望寻找一个合适的CPU指令架构，但x86架构复杂臃肿、ARM架构需要授权费、开源的OpenRISC架构又太老旧了，所以他最终决定自己做个开源CPU架构，并在2015年成立了RISC-V基金会(RISC-V Foundation )，专门推动RISC-V发展，现在的RISC-V基金会成员也超过了235个，包括国外的Google、三星、英伟达、微芯、高通、惠普、意法半导体、西数、NXP，国内的阿里巴巴、华为、高云等公司。最新的RISC-V基金会成员：RISC-V基金会成员列表

本着大道至简的原则，《RISC-V架构文档(The RISC-V Instruction Set Manual)》仅有236页，熟悉体系结构的工程师仅需一至两天便可将其通读，虽然RISC-V的架构文档还在不断地丰富，但是相比x86的架构文档与ARM的架构文档，RISC-V的篇幅可以说是极其短小精悍。

ARM处理器按位数可分为32位和64位，按架构又可分为Cortex-A/Cortex-R/Cortex-M三大系列，分别针对不同的应用领域。而RISC-V也有很多内核，截止目前(2019-06-22)，RISC-V社区显示的Core共有29个，SOC PLATFORM共有13个，SOC共有7个。

• 部分RISC-V Core

• RISC-V SoC

关于VEGA织女星开发板

织女星开发板是OPEN-ISA社区为中国大陆地区定制的一款体积小、功耗超低和功能丰富的基于RV32M1 的 RISC-V评估开发板。利用该开发板，用户可以快速建立一个使用 RV32M1 的 RISC-V应用和演示系统。

RISC-V内核支持使用SEGGER公司的JLink调试器来进行程序的下载、调试，没错，就是那个经常用来调试ARM内核的调试器，要使用带有TMS(SWDIO)、TCLK(SWCLK)、TDI、TDO接口的调试器，不能使用那种只有SWDIO和SWCLK的调试器。当然，也可以使用板载的FreeLink调试器，不过在使用板载调试器调试RISC-V之前，需要使用LPCScrypt_installer_2.1.0_842.exe软件，把FreeLink的CMSIS-DAP固件升级为JLink固件，这样才可以调试RISC-V核。可以参考：织女星开发板调试器升级为Jlink固件

之所以说这是一块真正的RISC-V开发板，是因为它的主控芯片RV32M1是真正的RISC-V内核芯片，众所周知，市面上很多RISC-V开发板基本都是基于FPGA实现的RISC-V软核处理器。

基于FPGA实现的RISC-V开发板

• Perf-V：国内澎峰科技出品，基于Xilinx Artix-7系列FPGA-XC7A50T实现
• 蜂鸟E203：国内芯来科技出品，基于Xilinx Artix-7系列FPGA-XC7A75T，可以配置为RV32IC或RV32EC架构。
• 小脚丫STEP开发板：国内思得普科技出品，基于Intel公司Cyclone 10系列FPGA芯片10CL016YU256C8G
• 小脚丫STEP-MXO2 二代FPGA开发板：基于Lattice公司MXO2系列的FPGA芯片LCMO2-4000HC-4MG132

基于RISC-V芯片实现的开发板

• NXP VEGA织女星开发板：NXP恩智浦出品，基于NXP四核异构处理器，片上集成两个ARM内核和两个RISC-V内核，板载资源丰富。目前还买不到这块开发板和RV32M1芯片，想体验这块RISC-V板子的朋友，可以免费申请：NXP恩智浦VEGA织女星开发板免费申请！官方社区：OPEN-ISA社区
• Sipeed M1(荔枝丹)开发板：基于K210 RISC-V芯片，K210是国内嘉楠耘智的团队在2018年研发出一款7nmAI芯片，采用了基于rocket-chip的双核RV64GCC RISC-V CPU。
• Lichee Tang(荔枝糖)开发板：基于国产FPGA芯片EG4S20，EG4S20是国内安路科技开发设计的FPGA芯片，20K逻辑单元，130KB SRAM。

VEGA织女星开发板分为两种，一种是国际版，一种是国内版

• 国际版本VEGA开发板

• 国内版织女星开发板RV32-VEGA-Lite

硬件上稍微有所不同，软件上完全兼容国际版VEGABoad 开发板，充分利用已有的 OPEN-ISA的生态环境，希望进一步带动中国大陆地区 RISC-V的软件生态链。

开箱爆照

这块开发板从申请到收到，大概用了两周的时间，包装盒、开发板、跳线帽、MicroUSB数据线，一应俱全，全国包邮，不得不说大厂就是大气。

• 开发板正面

• 芯片特写

板载资源简介

VEGA织女星开发板采用6层PCB设计，以满足 RM32M1 设备所需的射频电路。沉金PCB工艺，蓝色油墨，白色丝印，符合欧盟RoHS标准，无铅环保。芯片周围留有屏蔽罩的焊接位置，不过并没焊接。好了，我们来看一下板载的资源吧。

• 主控芯片：恩智浦的RV32M1， 四核异构：两个ARM核，两个RISC-V核，自带无线功能。
• 板载调试器：基于LPC4322的FreeLink调试器，默认为CMSIS固件，升级为Jlink固件后可调试ARM核和RISC-V内核。
• 调试接口：两个ARM核共用一个JTAG调试口，两个RISC-V核共用一个JTAG调试口，可能是由于PCB空间大小的限制，这两个2*5P的接口并不是通用的2.54mm间距的排针，而是比较少用的1.25的排针，对于手头没有这种接口排线的朋友，可能不是很方便的使用，不过我们有万能的淘宝。
• RF射频电路：板载有射频电路，当然也留有了J16天线端子的位置。
• 串行Flash：美信的MX25R3235FZNIL0，4MB串行闪存，可以存储一些非易失性数据。
• 加速度和磁力传感器：恩智浦的FXOS8700CQ，六轴传感器，IIC接口
• SDHC卡槽：PCB背面留有位置，但是并没有焊接。
• 光敏传感器：PCB留有位置，没有焊接。
• 按键：4个用户按键，板载的两侧各2个，可以实现人机交互操作。
• LED指示：1个RGB和1个状态指示LED 。
• Arduino接口：内部的两排插座，是兼容Arduino的，如果之前玩过Arduino，那么它的一些扩展模块，可以直接使用，而无需连线。
• 调试跳线：板子中部留有两排跳线，一边是FreeLink调试器的输出，一边是RV32M1芯片的ARM调试接口，如果想使用板载调试器调试ARM内核，那么只需要使用几个跳线帽直接短接排针即可，但是如果想使用板载调试调试RISC-V内核，需要将跳线断开，并使用导线将FreeLink的调试输出和RISV-V调试接口J17相连接。

主控芯片RV32M1简介

要重点介绍一下织女星开发板的主控芯片RV32M1，RV32M1是一颗真正的 RISC-V芯片，其目的是为了扩大和推动 RISC-V生态系统的发展，让广大的MCU 嵌入式开发工程师有真正的 RISC-V 芯片可用。目前该芯片只供应给OPEN-ISA 社区生产评估开发板使用，不单独销售。如果需要样片，可以到社区申请。下面来看一下RV32M1的片上资源。

• 两个RISC-V内核，一个 RI5CY 核、一个 ZERO_RISCY 核。关于这两款RISC-V Core，是由博洛尼亚大学苏和黎世联邦理工学院（ETH Zurich, Università di Bologna）开发的32位内核，遵循Solderpad Hardware License v. 0.51许可。
• 两个ARM内核，一个 Cortex-M4F 核、一个 Cortex-M0+ 内核。
• 1.25 MB Flash 、384 KB SRAM
• 集成了可工作在 2.36 GHz 到 2.48 GHz 频率范围，支持 FSK/GFSK 和 O-QPSK调制的无线收发器。
• 支持低功耗蓝牙（BLE）、通用 FSK（支持250、500、1000、2000 kbps）或者 IEEE 802.15.4 标准，可以运行 BLE Mesh、Thread和 Zigbee协议栈。

• 两个ARM核共用一个JTAG调试口，两个RISC-V核共用一个JTAG调试口，每个核都可以运行在48MHz频率，但在高速模式（HSRUN）时，可达72MHz，如果要查看系统当前的运行频率，可以在主程序中使用如下函数来获取系统时钟频率：

      uint32_t SysClk;
      SystemCoreClockUpdate();  
      SysClk = SystemCoreClock; 
      PRINTF("系统时钟: %d \r\n", SysClk);
  

• 4个核被分为两个子系统，大核CM4F/RI5CY和小核CM0+/ZERO-RISCY，片上集成1.25 MB Flash 、384 KB SRAM，其中1 MB的Flash被大核所使用，起始地址0x0000_0000，另外的256 KB Flash被小核所使用，起始地址0x0100_0000。

• Flash地址示意

• 为了支持多核运行模式，RV32M1片上集成了多核管理系统（Multi_Core Unit），包括消息传递单元(Messaging Unit)、信号量2（SEMA42）、系统控制模块 (MSCM)、 扩展资源控制器 (XRDC)等模块，用于多核间的通信和控制。

• 内部整体框图

• 通过配置RV32M1片上的FOPT寄存器(Flash Option Register)，可以支持上电时从不同的核来启动，默认从RISC-V RI5CY内核启动，如果要进行ARM核开发，如M4开发，则必须切换为从ARM核启动，否则当使用调试器进行程序下载时，根本不能识别到ARM芯片，这一点要特别注意。关于FOPT寄存器各位的描述，可以查看RV32M1参考手册P450，为了便于切换启动模式，官方已经为我们写好了配置文件，直接通过openocd和telnet软件就可以完成对FOPT寄存器的配置。

支持的开发工具

RISC-V核开发工具

• Eclipse开发框架 + GNU MCU Build Tools编译工具 + openocd调试软件 + riscv32-unknown-elf-gcc编译器
• GCC命令行编译

ARM核开发工具

和其他的ARM内核开发一样，织女星开发板的ARM内核开发，可以使用以下环境

• Keil-MDK
• IAR
• GCC命令行编译

注意：Keil环境要安装要安装openisa的器件支持包

关于织女星开发板开发环境的搭建及相关配置可以参考：

• 手把手教你搭建织女星开发板RISC-V开发环境
• 织女星开发板启动模式修改——从ARM M4核启动

点亮一个LED

参考上述文章，搭建完成开发环境后，就可以导入Demo工程，点亮一个LED灯，如下效果。

参考资料

• RV32M1数据手册
• RV32M1参考手册
• 织女星开发板快速入门指南.pdf
• Develop_Multicore_Application_on_RV32M1.pdf

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