蜂鸟FPGA开发板全知道篇1：开源内核简介

皋陶

本系列主要就蜂鸟FPGA开发板及蜂鸟JTAG下载器进行讲解说明，其中包括：

蜂鸟FPGA开发板全知道篇1：开源内核简介

蜂鸟FPGA开发板全知道篇2：快速上手介绍（上）

蜂鸟FPGA开发板全知道篇2：快速上手介绍（中）

蜂鸟FPGA开发板全知道篇2：快速上手介绍（下）

蜂鸟FPGA开发板全知道篇3:  开源SoC简介（1）

蜂鸟FPGA开发板全知道篇3:  开源SoC简介（2）

蜂鸟FPGA开发板全知道篇3:  开源SoC简介（3）

蜂鸟FPGA开发板全知道篇3:  开源SoC简介（4）

蜂鸟FPGA开发板全知道篇4:  移植RTOS

《蜂鸟FPGA开发板全知道篇1：开源内核简介》节选于《手把手教你设计CPU：RISC-V处理器篇》第四章。

目录

1   开源背景简介

2   蜂鸟E203内核简介

3   蜂鸟E203内核快速上手介绍

1   开源背景简介

由于RISC-V的开放性，受到了全世界范围内的广泛关注。在教育教学和爱好者领域，使用开源的RISC-V处理器内核进行科研、自学和教学日趋成为主流。

目前全世界范围内存在着诸多的开源RISC-V处理器核，对于众多开源实现加以分析，我们可以发现这些现象：

• 目前开源的RISC-V内核实现主要以国外为主，没有一款中国本土的RISC-V处理器，难以取得与本土开发人员的交流和支持。

  
  

• 大多数的开源实现或者均来自于个人爱好者、或者来自于高校。其开发语言或者使用VHDL，或者使用高级的System Verilog。来自产业界工程团队且使用最稳健的Verilog RTL实现的开源RISC-V处理器尚不多见。

  
  

• 最知名的Rocket Core使用了高级的Chisel语言转换生成Verilog RTL代码，造成代码可读性很差，给不熟悉Chisel语言的业界工程师使用造成了困难。

  
  

• 绝大多数的开源处理器仅仅提供处理器核的实现，没有提供配套SoC和软件示例，用户若要将其使用起来且移植完整软件需要付出额外的努力。

  
  

• 绝大多数开源处理器仅仅提供处理器核的实现，但是并没有提供调试方案的实现，很少有开源处理器能够支持完整的GDB交互调试功能。

  
  

• 绝大多数开源处理器均文档匮乏。

  
  

蜂鸟E203处理器内核（简称蜂鸟E203内核）可有效解决以上这些问题，与其他的RISC-V开源处理器实现相比，它具有如下显著特点：

• 蜂鸟E203内核由中国大陆本土研发团队开发，用户能够轻松与本土的开发人员取得交流和支持。

  
  

• 蜂鸟E203内核的研发团队来自业界一流的处理器设计公司，使用所有EDA工具均稳健支持的Verilog 2001语法编写的可综合RTL代码。

  
  

• 蜂鸟E203内核的代码为人工编写，添加丰富的注释且可读性强，非常易于理解。

  
  

• 蜂鸟E203内核专为IoT领域量身定做，其具有2级流水线深度，麻雀虽小五脏俱全。

  
  

• 蜂鸟E203内核不仅提供处理器核的实现，还提供完整的配套SoC、详细的FPGA原型平台搭建，详细的软件运行实例。用户可以的按照其步骤重现出整套系统，轻松将蜂鸟E203内核应用其到具体项目中。

  
  

• 蜂鸟E203内核不仅提供处理器核的实现、SoC实现、FPGA平台和软件示例。还实现了完整的调试方案，具备完整的GDB交互调试功能。是从硬件到软件，从模块到SoC，从运行到调试，的一套完整解决方案。

  
  

• 蜂鸟E203内核提供详细文档和实例，以及系统的配套书籍《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器篇》和《RISC-V架构和嵌入式开发快速入门》。

  
  
  

2   蜂鸟E203内核简介

蜂鸟E203内核的处理器研发团队拥有多年在国际一流公司开发处理器的经验。蜂鸟是世界上最小的鸟类，其体积虽小却有着极高的速度与敏锐度，可以说是世界上“能效比”最高的鸟类。蜂鸟E203内核以蜂鸟命名便寓意于此，旨在将其打造成一款世界上最小面积与最高能效比的RISC-V处理器。

蜂鸟E203内核的特性简介如下：

• E203内核采用2级流水线结构，能够运行RISC-V指令集，支持RV32I/E/A/M/C等指令子集的配置组合，仅支持机器模式（Machine Mode Only）。

  
  

• E203内核提供标准的JTAG调试接口，以及成熟的GDB调试工具。注意：蜂鸟E203内核不支持Hardware Breakpoint和Watchpoint特性。

  
  

• E203内核提供成熟的GCC编译工具链，以及Linux与Windows图形化软件开发工具。

  
  

• E203内核提供配套的开源SoC，提供紧耦合系统IP模块，包括中断控制器，计时器，UART，QSPI，PWM等，以及Ready-to-Use的SoC平台与FPGA原型系统。

  
  

蜂鸟E203内核作为结构精简的处理器核，可谓“蜂鸟虽小、五脏俱全”，源代码全部开源公开，文档翔实，非常适合作为大中专院校师生学习RISC-V处理器设计（使用Verilog语言）的教学实验或自学案例。

蜂鸟E203内核的系统示意图如图1所示，其提供丰富的存储和接口，包括：

• 私有的ITCM（指令紧耦合存储）与DTCM（数据紧耦合存储），实现指令与数据的分离存储同时提高性能。ITCM与DTCM均基于单周期访问的单口SRAM实现， DTCM的宽度为32比特，ITCM的宽度为64比特以节省功耗。ITCM不仅用于存储指令，也可以被作为数据存储访问。

  
  

• 中断接口用于与SoC级别的中断控制器连接。

  
  

• 调试接口用于与SoC级别的JTAG调试器连接。

  
  

• 系统总线接口，用于访存指令或者数据。可以将系统主总线接到此接口上，蜂鸟E203内核可以通过该总线访问总线上挂载的片上或者片外存储模块。

  
  

• 紧耦合的私有外设接口，用于访存数据。可以将系统中的私有外设直接接到此接口上，使得蜂鸟E203内核无需经过与数据和指令共享的总线便可访问这些外设。

  
  

• 紧耦合的快速IO接口，用于访存数据。可以将系统中的快速IO模块直接接到此接口上，使得蜂鸟E203内核无需经过与数据和指令共享的总线便可访问这些模块。

  
  

• 所有的ITCM、DTCM、系统总线接口、私有外设接口、快速IO接口均可以配置地址区间。

  
  

图1 蜂鸟E203内核系统示意图

注意：

• 蜂鸟E203内核主要面向教育教学和爱好者领域，源代码全部开放。理论上可以用于商业目的，但是不保证其商用质量和服务。

• The main purpose ofthis open-sourced core is to be used by students/university/research andentry-level-beginners, hence, the commercial quality (bug-free) and service ofthis core is not not not warranted!!!

  
  
  

很多开源的处理器核仅有一个Core的实现，为了使其能够被完整使用起来，用户需要花费不少精力来构建完整的SoC平台、FPGA平台、并且对于调试（Debugger）的支持更加的困难。

蜂鸟E203内核不仅仅完全开源了Core的实现，还搭配完整的开源SoC平台，如图2和表1所示。请参见《蜂鸟FPGA开发板全知道篇3:  开源SoC简介》（请持续关注，后续即将发布）了解更多SoC的介绍与信息。

蜂鸟E203内核还提供软件开发环境，支持交互式硬件调试工具（GDB）的支持。用户可按照文档《蜂鸟FPGA开发板全知道篇2：快速上手介绍》（请持续关注，后续即将发布）中步骤便可快速搭建完整的SoC仿真平台或者FPGA原型平台，并运行软件示例。

图2 蜂鸟E203内核配套SoC结构图

表1 蜂鸟E203内核配套SoC特性

4   蜂鸟E203内核快速上手介绍

详情请参见另外文档《蜂鸟FPGA开发板全知道篇2：快速上手介绍》

完