首款基于RISC-V，支持Linux的PC——HiFive Unleashed已誕生！

對于常在開源硬件界混的小伙伴，相信對市面上的一些單板計算機(jī)都不陌生，什么樹莓派、香蕉派、BeagleBone Black、Up Board等等，這些大多數(shù)都是采用ARM Coretx-A系列應(yīng)用處理器或者更高端一些會采用x86系列處理器，無論性能或是功能都基本上可以滿足現(xiàn)在小伙伴的需求。但是，不覺得少了點(diǎn)什么嗎？整個被ARM圍繞的世界是如此單一，我們就沒有更好或者更別具一格的選擇了嗎？有！HiFive Unleashed，這是世界上首款基于RISC-V，支持Linux系統(tǒng)，獨(dú)一無二的單板計算機(jī)，目前可以稱得上是RISC-V的終極形態(tài)。

脫胎開源，超脫開源的HiFive Unleashed。很多人以前沒聽說過RISC-V，即便聽說，也以為這只是個性能比較低下的架構(gòu)，可能只適合做做面向IoT應(yīng)用類的低功耗微控制器系列的項(xiàng)目。然否，本文的HiFive Unleashed可以說就是為RISC-V來正名的。

HiFive Unleashed是一款基于RISC-V的64位支持Linux片上系統(tǒng)的開發(fā)平臺。板子的核心是SiFive FU540（Freedom U540）SoC，4+1的多核配置，主頻高達(dá)1.5GHz，板載8GB的DDR4（ECC）。

HiFive Unleashed上板載的資源分布如下：

板子的硬件系統(tǒng)框架可以參考下圖。

板載的主要資源：

• SiFive Freedom U540 SoC

• 帶ECC的8 GB DDR4

• 千兆以太網(wǎng)口

• ISSI 32MB四路SPI閃存

• microSD卡座，用于存儲系統(tǒng)

• FMC連接器，用于外設(shè)擴(kuò)展

說實(shí)話，可能是各種各樣的板子見多了，HiFive Unleashed雖然很驚艷，但是給我感觸最深的就3點(diǎn)：一是作為世界上第一款能運(yùn)行GNU/Linux的搭載RISC-V處理器的硬件；二是開發(fā)板居然搭載了8GB的DDR4（帶ECC）的內(nèi)存，這基本上在開發(fā)板中無出其右；三就是板載的這顆64位的RISC-V SoC。

所以接下來就來看看這個傳說中的SoC。

Freedom U540 SoC。可以看到，F(xiàn)reedom U540 SoC與arm系列的應(yīng)用處理器在外設(shè)方面沒多大區(qū)別，而主要的區(qū)別在于集成的4+1的處理核，從版本上來看，F(xiàn)reedom U540 SoC采用臺積電 28nm HPC 工藝制造，該 SoC 集成了1.5GHz 的4個U54 RV64GC 內(nèi)核及1個支持Sv39虛擬內(nèi)存的E51 RV64IMAC管理內(nèi)核。那它們有什么區(qū)別？性能又是怎樣呢？

E51 RISC-V核，包括了指令存儲器系統(tǒng)，指令獲取單元，執(zhí)行流水線，數(shù)據(jù)存儲器系統(tǒng)，以及對全局，軟件和定時器中斷的支持。 E51核支持Machine和User權(quán)限模式以及標(biāo)準(zhǔn)的Multiply，Atomic和Compressed RISC-V指令集擴(kuò)展（RV64IMAC），其特點(diǎn)見下表。

△ E51核特點(diǎn)

U54 RISC-V內(nèi)核，包括指令存儲器系統(tǒng)，指令獲取單元，執(zhí)行流水線，浮點(diǎn)單元，數(shù)據(jù)存儲器系統(tǒng)，存儲器管理單元，以及支持全局，軟件和計時器中斷。4個U54的核，每個核都具備支持32KB L1指令和數(shù)據(jù)緩存的高效五級有序流水線，所有內(nèi)核共享一個2MB L2 緩存。實(shí)時功能可以通過將L1指令和L2高速緩存與高速SRAM結(jié)合，以確保實(shí)時功能。 U54內(nèi)核支持Machine，Supervisor和User權(quán)限模式以及標(biāo)準(zhǔn)的乘法，單精度浮點(diǎn)，雙精度浮點(diǎn)，Atomic和CompressedRISC-V擴(kuò)展（RV64IMAFDC）其特點(diǎn)見下表。

△ U54核特點(diǎn)

對比兩者的區(qū)別，E51核支持Sv39虛擬內(nèi)存以及偏向低功耗、控制類的功能執(zhí)行（有點(diǎn)像微控制器），而U54支持浮點(diǎn)單元、支持ECC功能，具有更強(qiáng)的性能，更偏向于AI、機(jī)器學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)關(guān)和智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（有點(diǎn)像應(yīng)用處理器）。而兩者的組合更像arm中的big.LITTLE結(jié)構(gòu)，或者說有點(diǎn)像應(yīng)用處理器與協(xié)處理器的意思。

軟件&開發(fā)環(huán)境。HiFive Unleashed 的軟件方面，除了可用 Linux 進(jìn)行驅(qū)動外，也將配備豐富的SDK，會有軟件Demo和易于安裝的二進(jìn)制工具。

另外，從官網(wǎng)了解到，RISC-V有一個自己的開發(fā)工具Freedom Studio，這是是一個集成的開發(fā)人員環(huán)境，可用于編寫和調(diào)試針對基于SiFive的處理器的軟件。 Freedom Studio基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Eclipse平臺與預(yù)構(gòu)建的RISC-V GCC工具鏈，OpenOCD，示例程序和文檔捆綁在一起。不過目前來看好像只支持基于RISC-V的微控制器系列產(chǎn)品。

是時候來構(gòu)建一臺全球首個基于RISC-V，支持Linux的電腦了——HiFive Unleashed擴(kuò)展板

比較遺憾的是雖然HiFive Unleashed看起來配置很強(qiáng)，但是沒有配備像GPU以及其它的協(xié)處理器，不過呢，事情永遠(yuǎn)么有那么糟糕。Microsemi的可編程解決方案部門為HiFive Unleashed提供了一個擴(kuò)展板，通過FMC接口連接，你只需要在擴(kuò)展板上通過添加HDD，SSD，音頻卡，網(wǎng)絡(luò)適配器和/或圖形卡就可以實(shí)現(xiàn)將Linux系統(tǒng)與你想要的軟件包一起移植到此平臺。

擴(kuò)展板整個看起來比HiFive Unleashed開發(fā)板大多了，長10.7英寸，寬4.62英寸并且需要搭配獨(dú)立的電源。擴(kuò)展板預(yù)編程了一個基于PCIe接口的橋接芯片，可以輕松實(shí)現(xiàn)PCIe的擴(kuò)展，板載的主要功能如下：

• 300K邏輯單元，低功耗PolarFire FPGA

• 24通道PCIe切換開關(guān)

• x1PCI Express卡連接器

• x16PCI Express卡連接器，連接有四個PCIe gen2通道

• SSD M.2連接器

• SATA連接器

• HDMI連接器

• eMMC Nand Flash

• uSD卡插槽

• USB-UART

• 4 Gbit DDR4 x16

• SPI Flash用于遠(yuǎn)程FPGA更新，QSPI Flash連接到GPIO

• 兩個CAN收發(fā)器

• FMC連接到HFU540-4A00套件

HiFive Unleashed與擴(kuò)展板連接后的實(shí)物圖，可以看到，“核心板”只占擴(kuò)展板的1/3大小。

通過HiFive Unleashed與擴(kuò)展板的組合，在加上一些鼠標(biāo)、鍵盤、圖形卡、HDD/SSD或者PCIe USB卡等外設(shè)，你你可以輕松構(gòu)建基于RISC-V、支持Linux系統(tǒng)的獨(dú)一無二的PC，或者是用于linux開發(fā)工作站。

小結(jié)。免費(fèi)、開放是RISC-V的精髓，HiFive Unleashed基于開源的屬性，旨在鼓勵第三方的接入，用戶可以通過TileLink接口將開源代碼構(gòu)建的外設(shè)IP接入，配合HiFive Unleashed擴(kuò)展板加上已經(jīng)成熟的部分外設(shè)功能，用戶可以非常容易的打造世界首款基于RISC-V、支持Linux的PC，甚至是工作站。這才是脫胎于開源，超脫開源的HiFive Unleashed的實(shí)力體現(xiàn)，或許也是目前所能設(shè)想的RISC-V所能達(dá)到的終極形態(tài)。