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[黑科技] 走进RISC-V:详细了解四种常见的RISC-V CPU开发板

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在当代技术领域,开源已成为一种流行的范例。这种趋势超出了软件领域,渗透到硬件领域,特别是在微处理器设计领域。RISC-V作为一种开源的指令集架构(ISA),得到了全球的广泛关注和应用。作为 RISC-V 架构的物理体现,​​RISC-V CPU 开发板已成为众多开发人员和企业的工具。

走进RISC-V:详细了解四种常见的RISC-V CPU开发板图1

RISC-V CPU 开发板的重要性在于它们为基于 RISC-V 的应用程序的开发和测试提供了经济高效、高效且适应性强的途径。这些板在众多领域具有广泛的适用性,包括但不限于物联网 (IoT)、人工智能 (AI)、嵌入式系统和网络设备。随着RISC-V生态系统的不断成熟和扩大,RISC-V CPU板卡的应用范围也相应拓宽。

本次分享的目的是深入探讨 RISC-V 和四种代表性 RISC-V CPU 板的复杂性,包括其技术规格、优势和应用场景。通过对这些板卡的深入探索,我们旨在为专业创客提供全面的参考资源,从而使他们在选择和使用RISC-V CPU开发板时做出更明智的决策。

走进RISC-V:详细了解四种常见的RISC-V CPU开发板图2

什么是RISC-V?

RISC-V 最初由加州大学伯克利分校的计算机科学研究人员于 2010 年提出。RISC-V的设计原则是简单性、开放性和模块化,旨在创建一个普遍适用、可自由使用、扩展和定制的计算机指令集架构。自诞生以来,RISC-V在全球范围内得到了广泛应用,并吸引了开发者和企业的大量参与。

RISC-V 的基础架构和设计原则

RISC-V 的基础架构基于精简指令集计算 (RISC) 原理,这意味着它使用一组简单而高效的指令,而不是复杂且可变的指令集。RISC-V的设计原则是模块化和可扩展性,这意味着开发人员可以根据需要选择自己需要的指令集模块,甚至添加自定义指令。

RISC-V的优势和挑战

ISC-V的主要优势在于其开放性和灵活性。作为一种开源指令集架构,RISC-V 为开发人员提供了前所未有的自由度,使他们能够根据自己的需求定制处理器。此外,RISC-V的模块化设计使其具有高度的灵活性和可扩展性。

尽管如此,RISC-V 也面临一些挑战。首先,作为一个相对较新的架构,它在某些应用领域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相当大的自由度,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。

流行的 RISC-V CPU 开发板

1. HiFive 无与伦比

HiFive Unmatched是SiFive精心打造的一款运行Linux的RISC-V开发板。它可以看作是基于RISC-V处理器的面向开发的Linux PC的早期设计。

开发人员可以使用 HiFive Unmatched 创建 RISC-V 平台所需的基于 RISC-V 的软件 - 从实时操作系统到定制 Linux 发行版,以及产品设计附带的编译器、库和应用程序。此外,HiFive Unmatched 可用于本机测试和构建 RISC-V 代码。

走进RISC-V:详细了解四种常见的RISC-V CPU开发板图3

图:HiFive无与伦比的开发板

该开发板由 SiFive Freedom U740 (FU740) 提供支持,其中包括高性能多核、64 位双核、超标量 RISC-V 处理器 (SiFive Essential™ U74-MC)。它配备 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。此外,还有用于实时应用的第五个核心(SiFive Essential S71 监控核心)。SiFive 的 Mix+Match 技术提供了应用程序和实时处理的强大组合。S71(RV64IMAC)内核可以处理辅助功能,并与U74-MC集群协同工作,使其成为Linux和实时操作系统可以共存的理想异构软件开发平台。

因此,开发人员可以使用 HiFive Unmatched 创建 RISC-V 平台所需的基于 RISC-V 的软件 - 从实时操作系统到定制 Linux 发行版,以及产品设计附带的编译器、库和应用程序。此外,HiFive Unmatched 可用于本机测试和构建 RISC-V 代码。

走进RISC-V:详细了解四种常见的RISC-V CPU开发板图4

HiFive Unmatched的主要特点如下:

  • 性能强大: SiFive Unleashed采用优化的5核CPU设计,主频高达1.5GHz,能够轻松应对各种高负载任务。无论是处理大量数据、运行复杂算法,还是提供图形渲染,它都表现出了出色的性能。
  • 高可定制性: SiFive Unleashed最大的亮点就是可定制性。开发人员可以使用 SiFive 的工具链和开发环境定制 CPU,以最适合其应用程序。这使得开发人员能够深入探索处理器的潜力并创造独特的产品。
  • 高灵活性: SiFive Unleashed不仅在性能和定制方面表现出色,而且还具有很高的灵活性。它支持各种内存接口、存储设备和通信接口,允许开发人员根据具体应用需求灵活配置。
  • 成熟的生态系统: SiFive积极推动RISC-V生态系统的建设,并与众多合作伙伴共同构建了完整的开发环境。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。

VisionFive 2

SiFive Technology最近推出了VisionFive 2,这是全球首款集成3D GPU的高性能RISC-V单板计算机。它为开发人员提供了一个强大的平台来创建和测试基于 RISC-V 的软件,从实时操作系统到定制的 Linux 发行版,以及产品设计附带的编译器、库和应用程序。

走进RISC-V:详细了解四种常见的RISC-V CPU开发板图5

图:VisionFive 2开发板

VisionFive 2由JH7110多媒体处理器驱动,这是一款运行频率高达1.5 GHz的四核64位SoC,提供强大的计算能力。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、立体声音频接口,为多媒体应用提供强有力的支持。此外,还具有2个网络接口和1个40针全功能GPIO,可兼容各种主流开发板的通用外设模块。

在扩展性方面,VisionFive 2提供了PCIE、USB、SDIO等外设扩展接口,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外设,为用户提供了广泛的扩展选择。

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

走进RISC-V:详细了解四种常见的RISC-V CPU开发板图6

VisionFive 2的主要特点如下:

  • 强大的性能: VisionFive 2配备JH7110多媒体处理器,提供强大的计算能力。它还集成了IMG BXE-4-32,支持OpenCL 3.0、OpenGL ES 3.2和Vulkan 1.2,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、立体声音频接口。它还具有2个网络接口和1个40针全功能GPIO,可兼容各种主流开发板的通用外设模块。
  • 高扩展性: VisionFive 2提供PCIE、USB、SDIO等外设扩展接口,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外设。
  • 广泛的软件兼容性:除了支持OpenCL 3.0、OpenGL ES 3.2、Vulkan 1.2之外,VisionFive 2不仅支持华为HarmonyOS,还支持Debian等多种操作系统。

3.BeagleV-Ahead

7月14日,StarFive与全球顶级开源硬件开发社区BeagleBoard合作,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StarFive高性能量产的RISC-V原型芯片VisionFive 1520。开发者可以在BeagleV-Ahead单板计算机上运行Android、Yocto、Ubuntu等多种操作系统,探索创新RISC-V在人工智能、物联网、机器人等领域的应用。

走进RISC-V:详细了解四种常见的RISC-V CPU开发板图7

图:BeagleV-Ahead

BeagleV-Ahead类似于一台极简计算机,能够完成计算、存储、输入输出等基本功能,可以直接嵌入到智能产品中使用。内置4核玄铁C910,以及DSP、GPU、NPU等处理器,通过多核异构实现计算加速。同时支持64位LPDDR4X,配备丰富的IO资源,满足灵活扩展的需求。

BeagleV-Ahead的主控芯片是StarFive的TH1520 SoC,展示了StarFive玄铁RISC-V处理器的高性能、低功耗和高安全性的特性。它可以执行多模态感知、4K视频处理、Int8 AI计算等任务。更重要的是,BeagleV-Ahead 对开发人员非常友好。只需连接USB即可使用,大幅降低RISC-V开发门槛。基于StarFive提供的全栈优化生态系统和平台能力,BeagleV-Ahead可以原生支持Android、Linux、Yocto、Ubuntu、Fedora等主流操作系统。这打破了RISC-V创新研发与市场落地之间的障碍,帮助开发者的想法加速孵化和落地。

走进RISC-V:详细了解四种常见的RISC-V CPU开发板图8

图:BeagleV-Ahead

走进RISC-V:详细了解四种常见的RISC-V CPU开发板图9

BeagleV-Ahead的主要特点如下:

  • 便携式尺寸:它非常紧凑,是一个口袋大小的板。
  • 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,提供充足的操作和存储空间。
  • 接口丰富: TH1520提供了丰富的接口,BeagleV-Ahead板卡基本上把所有接口都带出来了。

4. D1-H开发板——哪吒

全志科技推出了首款基于RISC-V指令集的芯片D1,这是一款集成阿里巴巴T-Head 64位C906内核的高性能芯片。它支持RVV,主频高达1GHz,可运行Linux、RTOS等多种系统。D1芯片的强大功能包括支持高达4K H.265/H.264解码、集成HiFi4 DSP以及外部连接高达2GB DDR3的能力。这使得D1芯片广泛应用于智慧城市、智能汽车、智能商显、智能家电、智能办公、科研教育等各个领域。

针对D1芯片,全志推出了专用开发板,代号“哪吒”。该开发板是全球首款支持64位RISC-V指令集和Linux系统的量产开发板,标志着AIoT发展进入新时代。哪吒开发板并不是为了承载重型计算应用而设计的,而是专门针对RV64开源社区和物联网应用而设计的。它的工作温度低于50°C,芯片功耗小于0.1A@5V,无需散热器即可轻松运行。

走进RISC-V:详细了解四种常见的RISC-V CPU开发板图10

图:D1-H哪吒开发板

D1-H开发板—Nezha配备了物联网应用所需的大部分外设,包括MIPI LCD、HDMI、USB和ETH,以及SPI/UART/IIC/PWM/LEDC/IS/GPIO等接口。这使得开发人员能够轻松快速地构建项目。该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、科研教育等各个领域的开发和实施提供有力支撑。

走进RISC-V:详细了解四种常见的RISC-V CPU开发板图11

图:D1哪吒引脚图

走进RISC-V:详细了解四种常见的RISC-V CPU开发板图12

D1哪吒的主要特点如下:

  • 高频性能: D1芯片的高频高达1.1GHz,这意味着它具有极其强大的处理性能。在RISC-V芯片中,已经流片并制成开发板的产品并不常见,主要以功能较弱的MCU类型芯片为主。然而D1芯片的出现打破了这一局面。其高频性能不仅让Linux运行更加流畅,也大大增强了可玩性。
  • 支持RVV: D1芯片支持RISC-V矢量扩展(RVV),这是RISC-V多媒体加速指令的一个关键特性。D1芯片目前支持的RVV版本是v0.7,而官方最新发布的版本是v0.10。通过V扩展,D1芯片的计算性能得到了显着提升,尤其是在图像处理、音视频处理等方面,这使其成为执行AI应用的绝佳选择。
  • 硬件解码支持:对于音视频处理应用,D1芯片的硬件解码功能具有显着优势。这是执行Linux应用程序或多媒体应用程序领域所必需的功能。通过增加音视频、摄像头等功能,D1芯片的硬件解码支持大大增强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定,因为它将直接影响项目的性能和效率。选择时,需要考虑以下因素:

  • 社区支持和文档:活跃的开发者社区和详细的文档可以极大地提高您的开发效率。社区可以提供技术支持,解决您在开发过程中遇到的问题。详细的文档还可以帮助您更快地了解和使用开发板。

  • 硬件接口和外设支持:您需要确保开发板有足够的硬件接口来支持您的项目需求。这可能包括GPIO、SPI、I2C等接口。此外,您还需要考虑开发板是否支持您需要的外设,例如传感器、显示器、网络接口等。

  • 核心架构和性能: RISC-V是一种开源指令集架构,具有许多不同的实现方式,包括32位和64位版本。您需要根据您的应用需求选择合适的核心架构。例如,如果您的应用程序需要大量的计算能力,您可能需要更强大的核心。

  • 电源要求和功耗:对于物联网设备,电源要求和功耗是非常重要的考虑因素。您需要选择一款满足您的电源要求和功耗预算的开发板。

  • 成本:根据您的预算,您可能需要考虑开发板的成本。但是,请记住,最便宜的选择可能并不总是最好的。您需要平衡成本与其他因素,例如性能、接口、可扩展性和社区支持。

由于RISC-V的软硬件生态系统相比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。因此,在选择RISC-V CPU开发板时,我们首先需要考虑的是是否有活跃的社区支持和详细的文档,因为这些可以为我们在开发过程中提供必要的技术帮助。

此外,确保开发板有足够的硬件接口和外设支持以适应项目需求也至关重要。接下来,我们需要根据应用的具体要求,选择合适的核心架构和性能。特别是对于物联网设备来说,功率要求和功耗是必须考虑的重要因素。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、可扩展性、社区支持等因素之间做出平衡。

结论

RISC-V架构以其开源、高效、灵活的特点,在全球范围内获得了广泛的关注和应用。RISC-V CPU开发板作为RISC-V架构的物理实现,为开发人员和企业提供了一种经济高效且通用的方式来开发和测试基于RISC-V架构的应用程序。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,每一款都有其独特的优势和应用场景。

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、内存要求、社区支持等因素进行综合考虑。希望本文的介绍能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新时代的到来。随着RISC-V生态系统的不断发展和完善,我们相信RISC-V CPU开发板将在更多领域发挥其独特优势,推动全球技术创新和发展。


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