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开放源代码的力量:详解四款常见RISC-V CPU开发板

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引言
在当今的技术世界中,开放源代码已经成为一种主流趋势。这种趋势不仅仅体现在软件领域,也开始渗透到硬件领域,尤其是在微处理器设计中。RISC-V,作为一种开放源代码的指令集架构(ISA),在全球范围内得到了广泛的关注和应用。RISC-V CPU development board,作为RISC-V架构的物理实现,已经成为了许多开发者和企业的重要工具。
开放源代码的力量:详解四款常见RISC-V CPU开发板图1
RISC-V CPU development board的重要性在于,它们提供了一种低成本、高效、灵活的方式来开发和测试基于RISC-V架构的应用。这些板卡可以广泛应用于各种领域,包括但不限于物联网(IoT)、人工智能(AI)、嵌入式系统、网络设备等。随着RISC-V生态系统的不断发展和完善,RISC-V CPU board的应用范围也在不断扩大。

本文旨在深入探讨RISC-V以及4款具有代表性的RISC-V CPU开发板,包括其技术参数、优点、应用场景等。通过对这些板的深入研究,我们希望为专业创客提供一个全面的参考资源,以便他们在选择和使用RISC-V CPU板时做出更明智的决策。


开放源代码的力量:详解四款常见RISC-V CPU开发板图2

What is RISC-V?



RISC-V是由加利福尼亚大学伯克利分校的计算机科学研究者在2010年首次提出的。RISC-V的设计原则是简单、开放和模块化,目标是创建一种可以自由使用、扩展和定制的通用计算机指令集架构。自从推出以来,RISC-V已经在全球范围内得到了广泛的应用,并且吸引了一大批开发者和企业的参与。

RISC-V的基础架构和设计原则



RISC-V的基础架构是基于精简指令集计算(RISC)原则的,这意味着它使用一组简单而高效的指令,而不是复杂而多变的指令集。RISC-V的设计原则是模块化和可扩展性,这意味着开发者可以根据自己的需求,选择需要的指令集模块,甚至可以添加自定义的指令。

RISC-V的优势和挑战



RISC-V的主要优势在于它的开放性和灵活性。作为一种开源的指令集架构,RISC-V为开发者提供了前所未有的自由度,使他们可以根据自己的需求定制处理器。此外,RISC-V的模块化设计也使得它具有很高的灵活性和可扩展性。
然而,RISC-V也面临着一些挑战。首先,由于RISC-V是相对新的架构,因此在一些应用领域,它可能还没有足够的硬件和软件支持。其次,虽然RISC-V的开放性为开发者提供了很大的自由度,但这也意味着开发者需要投入更多的时间和资源来定制和优化他们的解决方案。

款热门的RISC-V CPU开发板

  • HiFive Unmatched

HiFive Unmatched, 是由SiFive公司精心打造的一款运行 Linux 的 RISC-V 开发板,可以将其看作是基于 RISC-V 处理器的开发型 Linux PC 早期设计。
开发者可使用 HiFive Unmatched 为 RISC-V 平台创建其所需的基于 RISC-V 的软件——从实时操作系统到定制的 Linux 发行版,以及与产品设计配套的编译器、库和应用程序,还可以使用 HiFive Unmatched 来原生测试和构建 RISC-V 代码。


开放源代码的力量:详解四款常见RISC-V CPU开发板图3

Figure:HiFive Unmatched development board

该开发板由 SiFive Freedom U740 (FU740) 驱动,其中包括一款高性能多核、64 位双发射、超标量的 RISC-V 处理器(SiFive Essential™ U74-MC),配备 16GB DDR4 内存、千兆以太网、PCIe 扩展插槽、USB 3 接口以及用于 Wi-Fi、蓝牙和 NVMe 存储的 M.2 插槽。另外还有第五个核心(SiFive Essential S71 监控核心),用于实时应用。SiFive Mix+Match 技术提供了应用和实时处理的强大组合。S71 (RV64IMAC) 核心可以处理辅助功能并与 U74-MC 集群协同工作,使其成为一个理想的异构软件开发平台,同时 Linux 和实时操作系统可以共存。


因此,开发者可使用 HiFive Unmatched 为 RISC-V 平台创建其所需的基于 RISC-V 的软件——从实时操作系统到定制的 Linux 发行版,以及与产品设计配套的编译器、库和应用程序,还可以使用 HiFive Unmatched 来原生测试和构建 RISC-V 代码。




产品参数
详细规格
Processor/SOCSiFive Freedom U740 SoC
内存16GB DDR4
闪存32MB Quad SPI 闪存
可移动存储MicroSD卡
网络千兆以太网端口
用户输入/输出4 个 USB 3.2 Gen 1 A 型端口(1 个充电端口),1x MicroUSB 控制台端口
扩展能力x16 PCIe® Gen 3 扩展插槽(8 通道可用);用于 NVME 2280 SSD 模块的 M.2 M-Key 插槽 (PCIe Gen 3 x4);用于 Wi-Fi / 蓝牙模块的 M.2 E-Key 插槽 (PCIe Gen 3 x1)
规格170mm X 170mm


HiFive Unmatched的主要特点如下:


  • 性能强大:SiFive Unleashed采用了优化的5核CPU设计,主频高达1.5GHz,使得它能够轻松应对各种高负荷任务。无论是处理大量数据、运行复杂算法还是提供图形渲染,它都能展现出卓越的性能表现。
  • 可定制性强:SiFive Unleashed的最大亮点在于其可定制性。开发者可以根据自己的需求,利用SiFive提供的工具链和开发环境,定制出最适合自己应用的CPU。这使得开发者能够深入挖掘处理器的潜力,打造出独一无二的产品。
  • 灵活性高:SiFive Unleashed不仅在性能和定制方面表现出色,还具有极高的灵活性。它支持多种内存接口、存储设备和通信接口,使得开发者能够根据具体应用需求进行灵活配置。
  • 生态系统完善:SiFive公司积极推动RISC-V生态系统的建设,与众多合作伙伴共同打造了一个完整的开发环境。这意味着开发者可以在SiFive Unleashed上获得丰富的软件支持和开发工具,从而简化开发流程,提高开发效率。

2.VisionFive 2

赛昉科技近期推出了VisionFive 2,这是一款全球首款集成3D GPU的高性能RISC-V单板计算机,为开发者提供了一个强大的平台,以便创建和测试基于RISC-V的软件,从实时操作系统到定制的Linux发行版,以及与产品设计配套的编译器、库和应用程序。

开放源代码的力量:详解四款常见RISC-V CPU开发板图4
Figure:VisionFive 2 development board

VisionFive 2由JH7110多媒体处理器驱动,这是一款四核64位SoC,运行速度高达1.5 GHz,提供了强大的计算能力。它还集成了IMG BXE-4-32,支持OpenCL 3.0、OpenGL ES 3.2和Vulkan 1.2,这意味着VisionFive 2在图形处理方面也表现出色。


VisionFive 2配备了全面的音视频接口,包括DVP、MIPI、HDMI以及音频立体声接口,为多媒体应用提供了强大的支持。此外,它还配备了两个网络接口和40-pin全功能GPIO,这使得它可以兼容各种主流开发板的通用外设模组。
在扩展性方面,VisionFive 2提供了PCIE、USB、SDIO等外设的扩展接口,以及M.2连接器、eMMC插座、USB 3.0端口、TF卡插槽等丰富的I/O外围设备,为用户提供了丰富的扩展选择。


软件兼容性是VisionFive 2的另一大优势。它不仅支持华为的鸿蒙系统,还支持Debian等多种操作系统,为用户提供了广泛的软件选择。


产品参数
详细规格
Processor/SOCStarFive JH7110 64bit SoC with RV64GC, up to 1.5GHz
MemoryLPDDR4, 2GB/4GB/8GB
StorageTF card slot
Flash for Uboot
Video outputHDMI 2.0,
MIPI-DSI
MultimediaCamera with MPI CSl, up to 4k@30fps
H.264 & H.265 4k@60fps Decoding, H.265 1080p@30fps Encoding, JPEG encoder/decoder, 1/ 4-pole stereo audio, 2.HDMI
1/ 4-pole stereo audio, 2.HDMI
Connectivity2x RJ45 Gigabit Ethernet
2xUSB2.0 +2x USB 3.0
M.2 M-Key
PowerUSB-C port, 5V DC via USB-C with PD, up to 30W
GPIO Power in, 5V DC via GPO header (minimum 3A+)
POE
POE-
GPIO40 pin GPIO header
Dimensions100 x 72mm
ComplianceROHS, FCC, CE
ButtonReset Button
otherDebug Pin Headers


VisionFive 2的主要特点如下:

  • 强大的性能:VisionFive 2搭载的JH7110多媒体处理器提供了强大的计算能力,并集成了IMG BXE-4-32,支持OpenCL 3.0、OpenGL ES 3.2和Vulkan 1.2,使其在图形处理方面表现出色。
  • 丰富的接口:VisionFive 2配备了全面的音视频接口,包括DVP、MIPI、HDMI以及音频立体声接口,以及两个网络接口和40-pin全功能GPIO,可以兼容各种主流开发板的通用外设模组。
  • 高度的扩展性:VisionFive 2提供了PCIE、USB、SDIO等外设的扩展接口,以及M.2连接器、eMMC插座、USB 3.0端口、TF卡插槽等丰富的I/O外围设备。
  • 广泛的软件兼容性:支持OpenCL 3.0、OpenGL ES 3.2和Vulkan 1.2,另外VisionFive 2不仅支持华为的鸿蒙系统,还支持Debian等多种操作系统。

3. BeagleV-Ahead
7月14日,平头哥与全球顶尖的开源硬件开发社区BeagleBoard携手,推出首款基于RISC-V的单板计算机——BeagleV-Ahead。这款单板计算机搭载了平头哥高性能量产RISC-V原型芯片曳影1520,开发者可以在BeagleV-Ahead单板机上运行安卓、Yocto、Ubuntu等多操作系统,探索RISC-V在AI、物联网、机器人等领域的应用创新。
开放源代码的力量:详解四款常见RISC-V CPU开发板图5
Figure:BeagleV-Ahead

BeagleV-Ahead相当于一台极简计算机,能完成电脑的计算、存储及输入/输出等基础功能,并可直接嵌入智能产品中使用。它内置4核玄铁C910,以及DSP、GPU、NPU等处理器,通过多核异构完成计算加速。同时,它支持64位LPDDR4X,并设有丰富的IO资源满足灵活扩展的需求。


BeagleV-Ahead主控芯片是平头哥的TH1520 Soc,集中展现了平头哥玄铁RISC-V处理器高性能、低功耗、高安全等特性,可实现多模态感知、4K视频处理、Int8 AI计算等任务。更重要的是,BeagleV-Ahead对开发者极为友好,连上USB即可使用,大大降低了RISC-V开发门槛。基于平头哥提供的软硬一体全栈优化的生态及平台能力,BeagleV-Ahead还可原生支持安卓、Linux、Yocto、Ubuntu、Fedora等主流操作系统,打通RISC-V创新研发与市场落地的壁垒,帮助开发者的创意加速孵化落地。
开放源代码的力量:详解四款常见RISC-V CPU开发板图6
Figure:BeagleV-Ahead

产品参数
详细规格
处理器
T-Head TH1520(四核玄铁C910处理器)
电源管理ICDA9063
存储4GB LPDDR4
内存16GB 闪存卡
无线网络/蓝牙正基AP6203BM
支持2.4GHz 和 5GHz的集成天线
以太网
支持千兆以太网,RJ-45标准接口
USBMicro USB 3.0,支持Flash,支持5V电压
显示接口支持Mini HDMI,支持4-Lane Mini DSI
其他连接器
Micro SD卡
支持标准 mikroBUS 协议
(I2C/UART/SPI/MCAN/MCASP/PWM/GPIO)
支持2个2-lane Mini CSl,兼容BeagleBone®AI-64
Raspberry Pi Zero /Raspberry Pi CM4


BeagleV-Ahead的主要特点如下:

  • 尺寸便于携带:很小巧,口袋板子
  • 高性能处理器:搭载T-Head TH1520(四核玄铁C910处理器),运行速度高达2GHz,具有出色的计算性能。
  • 高速内存和存储:配备4GB LPDDR4内存和16GB闪存卡,提供了充足的运行和存储空间。
  • 接口丰富:TH1520提供了丰富的接口,BeagleV-Ahead板子基本把所有接口引出来了。


4. D1-H Development board —— Nezha
全志科技推出了首款基于RISC-V指令集的D1芯片,这是一款集成了阿里平头哥64位C906核心的高性能芯片。它支持RVV,主频达到1GHz,并且可以运行Linux、RTOS等多种系统。D1芯片的强大功能包括支持高达4K的H.265/H.264解码,内置一颗HiFi4 DSP,并且最高可以外接2GB DDR3。这使得D1芯片在智慧城市、智能汽车、智能商显、智能家电、智能办公和科研教育等多个领域都有着广泛的应用前景。

针对D1芯片全志推出了专用开发板,代号为"哪吒"。这款开发板是全球首款支持64bit RISC-V指令集并支持Linux系统的可量产开发板,标志着AIoT开发进入了一个新的时代。哪吒开发板并非设计用于承载繁重的计算应用程序,而是专为RV64开源社区和物联网应用程序设计。它的运行温度低于50°C,芯片功耗小于0.1A@5V,甚至无需散热片即可轻松运行。


开放源代码的力量:详解四款常见RISC-V CPU开发板图7
Figure:D1-H Development board —— Nezha

D1-H Development board —— Nezha配备了物联网应用所需的大多数外围设备,包括MIPILCD,HDMI,USB,ETH,以及SPI/UART/IIC/PWM/LEDC/IS/GPIOs等接口,这使得开发者能够轻松快捷地构建项目。这款开发板的出现,将为智慧城市、智能汽车、智能商显、智能家电、智能办公和科研教育等多个领域的开发和实现提供强大的支持。

开放源代码的力量:详解四款常见RISC-V CPU开发板图8

Figure:D1 Nezha Pin Diagram


产品参数
详细规格
主控D1 C906 RISC-V 1GHz
DRAMDDR3 1GB/2GB
存储板载256MB spi-nand,支持USB外接U盘及SD卡拓展存储
网络支持千兆以太网(RTL8211F),支持2.4G WiFi及蓝牙(XR829无线模组),板载天线
显示支持MIPI-DSI+TP屏幕接口,支持HDMI输出,支持SPI屏幕
音频麦克风子板接口 * 1,3.5mm耳机接口 * 1(CTIA)
按键fel按键 * 1,LRADC OK按键 * 1
电源指示灯 * 1,三色LED * 1
DEBUG支持uart串口调试,支持ADB USB调试
USBUSB HOST * 1, USB OTG * 1,支持USB2.0
PIN40pins插针阵列,使用PCF8574 GPIO拓展芯片外拓GPIO
电源输入Type-C USB 5V-2A
PMIC分立器件
板身大小长85mm宽56mm厚1.7mm

D1 Nezha的主要特点如下:

  • 主频性能: D1芯片的主频高达1.1GHz,这意味着其处理性能极为强大。在RISC-V芯片中,流片并且制成开发板的产品并不常见,而且主要以性能较弱的MCU类芯片为主。然而,D1芯片的出现打破了这一局面,其高主频性能不仅让Linux运行更加流畅,同时也大大增强了其可玩性。
  • 支持RVV: D1芯片支持RISC-V的向量扩展(RVV),这是RISC-V中用于多媒体加速指令的关键特性。D1芯片目前支持的RVV版本是v0.7,而最新的正式发布版本为v0.10。有了V扩展,D1芯片的计算性能得到了显著提升,特别是在图像处理、音视频处理等方面,性能大幅度提升,使其成为执行AI应用的优秀选择。
  • 硬解码支持: 对于音视频处理应用,D1芯片的硬件解码功能具有显著的优势。这是执行Linux应用或者多媒体应用领域的必备功能。通过增加音视频、摄像头等功能,D1芯片的硬解码支持极大地提升了开发板的可玩性和多功能性。


如何选择合适的RISC-V CPU开发板


选择合适的RISC-V CPU开发板是一个重要的决策,因为它将直接影响你的项目的性能和效率。在选择时,你需要考虑以下几个因素:

  • 社区支持和文档:一个活跃的开发者社区和详细的文档可以大大提高你的开发效率。社区可以提供技术支持,解决你在开发过程中遇到的问题。详细的文档也可以帮助你更快地理解和使用开发板。
  • 硬件接口和外设支持:你需要确保开发板有足够的硬件接口,以支持你的项目需求。这可能包括GPIO、SPI、I2C等接口。此外,你也需要考虑开发板是否支持你需要的外设,如传感器、显示器、网络接口等。
  • 核心架构和性能:RISC-V是一个开源的指令集架构,有很多不同的实现,包括32位和64位版本。你需要根据你的应用需求选择适当的核心架构。例如,如果你的应用需要大量的计算能力,你可能需要一个更强大的核心。
  • 电源需求和功耗:对于物联网设备来说,电源需求和功耗是非常重要的考虑因素。你需要选择一个符合你的电源需求和功耗预算的开发板。
  • 成本:根据你的预算,你可能需要考虑开发板的成本。但是,记住,最便宜的选项可能不总是最好的。你需要权衡成本和其他因素,如性能、接口、扩展性和社区支持。

由于RISC-V的硬件和软件生态系统相较于ARM和x86仍处于发展阶段,其成熟度和稳定性可能暂时不如后者,因而在选择RISC-V CPU开发板时,我们需要首要考虑的是是否有活跃的社区支持和详尽的文档,因为这些可以为我们在开发过程中提供必要的技术援助。此外,确保开发板拥有充足的硬件接口和外设支持以适应项目需求也是至关重要的。接下来,根据应用的具体需求,我们需要选择合适的核心架构和性能。特别是对于物联网设备,电源需求和功耗是必须要考虑的重要因素。最后,在预算范围内选择开发板时,我们需要在成本、性能、接口、扩展性以及社区支持等因素之间做出权衡。


本文作者: Tonny  转载需联系授权,并备注DF创客社区链接,谢谢。

结论


RISC-V架构以其开放源代码、高效、灵活的特性已经在全球范围内得到了广泛的应用和关注。RISC-V CPU开发板,作为RISC-V架构的物理实现,为开发者和企业提供了一种低成本、高效、灵活的方式来开发和测试基于RISC-V架构的应用。在本文中,我们详细介绍了四款具有代表性的RISC-V CPU开发板,包括HiFive Unmatched、VisionFive 2、BeagleV-Ahead和D1-H Nezha,它们各自具有独特的优点和应用场景。
然而,选择合适的RISC-V CPU开发板并不是一件容易的事。开发者需要根据自己的项目需求、预算以及开发板的性能、功耗、外设支持、内存需求和社区支持等因素进行综合考虑。我们希望通过本文的介绍,能够为开发者在选择和使用RISC-V CPU开发板时提供一些有用的参考信息和建议。
RISC-V CPU开发板的出现,标志着开源硬件的新时代已经到来。随着RISC-V生态系统的不断发展和完善,我们相信RISC-V CPU开发板将会在更多的领域中发挥其独特的优势,推动全球的科技创新和发展。




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