当人们在谈论RISC-V的时候，实际在谈些什么？本书尝试告诉您答案。

本书计划采用众包的方式完成，欢迎RISC-V的爱好者贡献自己的力量，以推动RISC-V在**的普及，同时共同学习进步。

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待讨论大纲（以下是囿于我的见识列出的大纲草稿，有很多不完善地方，大家多讨论）：

• ISA的产生

• 区分计算机体系结构和微结构

  • 体系结构(computer architecture)定义的是硬件和软件的接口，并没有指定实现。RISC-V即定义的体系结构。
  • 微结构(processor microarchitecture)则描述的是如何设计一个处理器来符合一个体系结构。体系结构并不定义微结构。

• 指令级架构(instruction set architecture, ISA)

  • ISA定义的内容：指令编码，内存模型，IO模型，逻辑寄存器数量和功能，控制寄存器，特权级别。
  • 一条指令都包含什么： 指令功能，操作对象(立即数，普通寄存器，特殊寄存器，内存), 环境变量(标志位，特权级别)，指令编码。
  • 指令的功能分类：逻辑指令，数学指令，控制指令，内存指令，IO指令，特殊指令。
  • CISC和RISC

• 处理器微结构

  • 流水线
  • 多发乱序流水线
  • 多线程流水线
  • 多核
  • 特殊流水线：VLWI, vector, GPU

• 体系结构与微结构的互相影响

  • 比较CISC和RISC的特性。 RISC的每条指令功能复杂度基本一致，执行时间基本一致，编码长度基本一致，流水线控制简单，指令调度简单，代码密度相对CISC较小。 CISC的指令功能复杂度不一，执行时间长短不一，编码长度也不一样。直接运行导致流水线控制复杂调度困难，一般动态拆做类似RISC的微指令执行。代码密度相对RISC较高。
  • 操作数：单指令寄存器个数。从栈寻址到多寄存器寻址在代码密度，流水线调度，执行时间上的考虑。
  • 操作数：内存寻址方式。RISC的内存寻址方式单一，调度简单，可做单独流水线，但指令密度高。CISC调度方式复杂，流水线设计复杂，指令密度高。
  • 环境变量： 条件执行对流水线的影响。（第二章具体讲）
  • 指令编码：RISC编码和SISC编码，解码难度，取址难度，分支预测难度等等。（第二章具体讲RISC-V的编码设计）
  • 编译器： 编译器是指令集和高级语言的接口。 语言的抽象等级越高，ISA的使用就更加受限：ABI，systemcall，context switching。 通用逻辑寄存器的功能异化，数量对编译器的影响。
  • 操作系统：硬件资源的管理者，特权软件。 操作系统需要ISA的支持：控制寄存器，特权指令，内存模型，IO模型等等，hyervisor模式。 （更具体的，比如对VM，安全，上下文切换效率，中断和异常的定义等等，都留到第二章）

• CISC指令集的代表：x86和x86-64。
• RISC指令集的代表：ARM(ARMv7,AArch32,AArch64,thumb, thumb2)
• 其他的指令集：MIPS, PowerPC, SPARC

介绍从最开始的晶体管，到CMOS，到基于标准单元的版定制流程，自动综合和布局布线，物理综合，仿真，前仿和后仿，LVS和formal verification，最终到SystemVerilog的verification特性和HLS的出现。这张的目的是给不理解硬件设计的读者入个门。后面讲到Rocket的某些硬件优化的时候会有好处。

这有三个方面：开源软件，发生的原因和意义，其优势和现在的广泛使用（Linux，GNU GCC等等） 现存的问题：License的斗争，开发缓慢的问题，分支严重的问题，patent的问题，难以商业化不挣钱的问题。

开源硬件，早已出现，OpenRISC和OpenCore社区，但是为何不太成功：开发人员少群众基础不够，项目多数未完成，完成的也缺少验证，难以流片验证，缺少开源工具链，模拟设计难以开源，开源设计难以流片的各种实际因素。当然也说现在已有的成果，开源模拟器，简单的开源逻辑综合器，开源的硬件设计等等。

指令及开源：指令集本身对性能影响其实不大，但是一个指令集所附带的生态环境非常重要。选用一个指令集其实是选择了一个生态环境，为这个生态环境付费。开源指令集的主要目的其实是提供一个开源的生态环境，包括ISA, 编译器，操作系统，软件库等等。

这一章就讲RISC-V指令集

介绍UCB, MIPS, RISC-V的出现，开源，基金会的建立，它的目的和意义。

wsong83:

• 关于UCB的历史，可以看看RISC-V Geneology

介绍RV64I和RV32I的基本情况，重点介绍设计原理，可扩展的方式，面向硬件设计的编码方式，面向简单流水线设计的指令选择（不用条件执行，不用多周期指令）。

思考，拿RV64I和AArch64的编码来比一比，应该能体现RV64I的编码优势。

为何选择使用CSR，CSR的设计细节，不同特权级的定义，特权级之间的跳转，delegation的使用，异常处理模型。（这里可以说的惊人细节太多了）

介绍什么是内存模型，virtual memory的设计，和RISC-V的内存模型（这一部分快定义好了）

为什要有压缩指令及，怎么设计的，性能数据。结合压缩指令及讨论instruction fusion。简单说说压缩指令对硬件的影响，比如指令地址unalign，fetch级的动态取指速度，节省I$等等。

AMO和LR/SC的设计意图（原子操作和关键区支持）。M/D/F/E等等已经可以用的扩展，和计划中的扩展。

Spike是RISC-V的instruction set simulator (ISS)，也是独立于实现的标准参照。 应该讲一讲Spike的使用和其背后的原理。

介绍围绕RISC-V开发的编译器、移植的操作系统等软件的情况。

概述基于RISC-V指令集的处理器、SoC，并进行简单地汇总统计。

简单介绍Rocket-chip最初设计的由来，几次流片经历，作为RV64G的主要硬件实现，最终作为freechipsproject脱离UCB。 此处简单提及Rocket和Boom是Rocket-chip支持的两种处理器实现，Freedom和lowRISC是基于Rocket-chip的两个SoC扩展。

讲流片经历的时候，讲事件，不具体讲性能结果。留到第四章。

简单说明Chisel和FIRRTL的功能。简单介绍Chisel相对SystemVerilog等HDL的优势，同时区分Chisel和HLS。 举简单例子来说明：

• Scala/Chisel的基本语法(例子中会涉及的部分)。
• Chisel可以被用来实现简单电路。
• Chisel在泛型上的优势。
• Chisel在面向对象上的优势。
• Chisel用LazyModule来实现编译时代码生成机制。

画几个结构图来形式化的表示Rocket-chip的内部链接。同时叙述Rocket-chip的可配置功能。 同时在这里介绍devicetree的自动生成。

TileLink总线的channel名称和功能，支持的报文类型和传输协议等等。

介绍Rocket-Chip采用的缓存一致性策略、片上互联总线的结构图、多核结构等。

这里主要是讲仿真的基本方法和Rocket-chip/Chisel提供的几种测试方法：require check, assertion, bus-monitor, unitest, groundtest, isa regression. 这一章并不具体讲测试和仿真的基本步骤。

整体性的介绍，结构框图，可配置模块（scratch-pad, blocking L1, non-blocking L1, RoCC, FPU）。 已流片的结果比较。

5级ALU流水线结构，多周期整数乘法器，I$和D$的连接，CSR的连接，forwarding network。

指令缓存的结构，BHT, BTB, RAS的结构和运行时学习，branch/jump指令的执行，以及由于分支预测错误造成的流水线重置。

介绍非阻塞数据缓存的结构，cache hit的基本流水线，miss时的data fetch，tlb miss造成缺页，地址空间检查(强制PMA)，parity检查与数据修复，支持coherence。

在非阻塞数据缓存的基础上，通过裁剪获得阻塞缓存和scratch pad。

还不确定用cache来做scratch pad（pin cache line）的实现在L1还是L2。如果在L1可以尝试说一说。不过这个点的水比较深。

介绍RISC-V支持的分页式内存、页表结构、TLB设计、硬件页表查询PTW

分析RoCC接口，并可以通过仿真实验说明RoCC如何使用

包括特点（比如：乱序、超标量）、性能参数、结构框图、接口图等，src/main/scala目录下的文件的基本作用。

以图示的方式分析

以图示的方式分析

以图示的方式分析

以图示的方式分析

介绍SiFive公司及其Freedom系列的基本情况

介绍Freedom E310的性能参数、结构框图、接口图、各个模块的作用、地址空间分配、启动顺序等

仿真步骤，实验环境搭建，实验步骤（包括下载到开发板的步骤），测试例程分析（以SiFive提供的Eclipse开发环境中的自带测试例程进行分析，主要是分析启动过程的代码，这样也更好地帮助读者熟悉RISC-V的指令的用法）

首先是介绍如果调试，给出步骤，做实验，给出实验截图。然后，分析调试的原理，包括debug rom的内容、openocd的设置及基本工作原理、JTAG总线的知识、Freedom E310对于调试指令的处理，并进一步分析step、break、continue等调试指令的实现原理。

介绍如何使FreeRTOS在Freedom E310上的运行

我先大概列一下目录，宋同学修改啊

包括LowRISC的产生原因、发展历史、相比Rocket的主要改进点、结构图。

包括主要思路、实现效果、最好能结合试验演示效果等

包括主要思路、实现效果、使用测试等

包括PULP与PULPino的关系、PULPino的结构组成、RI5CY、流片的性能 PULP低功耗的原因，功耗对比（在论文中有对比），以及可以工作在多种电压情况下

介绍什么是向量运算、RI5CY的向量运算指令、优势特点、实现等

介绍硬件循环的原理、优势、实现等

不知道准确的翻译是什么

官网上只是在zedboard上做了测试，而且是需要ARM配合，这里计划使用Arty平台测试，与Freedom E310的测试平台是同一个，移植后，可以独立运行，不需要ARM配合。同时，在移植过程中，就顺便讲解关键脚本、boot code、测试程序等。此外，还介绍调试过程，这个也是官网没有的。

介绍浮点运算的基本情况，便于理解后文

介绍FPU在Rocket-Chip的可以实现的功能、对外接口、在流水线的位置、对流水线的影响、浮点指令的执行过程等。

leishangwen:
这个先放在这里吧，理由有两个：1、还不确定如果单独作为一章，那么讲的内容有哪些，能否独立成完整的一章；2、单独作为一章放在Rocket、BOOM两章的后面，有点破坏整本书的目录结构，有点突兀，如果确实要单独成章，建议放在全书的最后。