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“没有金刚钻，不揽瓷器活。”对于设计CPU这样高端大气上档次的活计，没有几把“金刚钻”肯定是不行的，这些个金刚钻是什么呢？首先是硬件，就是本书要推介的蜂鸟E200开发板，当然更重要的是软件工具。作为一种开放免费的架构，软硬件作为一个IP全都整合在了RISC-V的开源社区里，可以从RISC-V基金会网站进入RISC-V Tools，现在这种IP模式的供应链大大方便了开发者的加入，这也是开源模式很容易挑战传统商业开发的原因所在。 RISC-V Tools已经被做成了一个宏项目，里面一股脑儿包含了RISC-V相关工具链、仿真器和测试套件等子项目。从网站截图中我们会看到，实际上这个工具链的名称已经改变为了riscv-software-list，相应的在GihHub平台上的访问地址为https://github.com/riscv/riscv-software-list，CPU设计是复杂的工作，涉及的工具也会比较复杂。 在这个复杂的工具集合里，我们需要找出我们首先要去涉及的工具。riscv-fesvr、riscv-pk、riscv-isa-sim分别提供上位机和CPU之间通信、可执行文件运行的程序环境、基于C/C++开发的指令集模拟器，三者协调可在Spike模拟器上运行一个完整的程序。riscv-gcc、riscv-binutils-gdb、riscv-glibc分别是GCC编译器、二进制工具（链接器、汇编器等）、GNC C标准库实现…… “长江后浪推前浪，前浪死在沙滩上。”作为后起之秀的RISC-V架构是在巨人的肩膀上成长起来的，是踏过无数战士的尸体走到前台的，作者在这里用两个开源、免费的处理器架构的历史事件分析了RISC-V架构的革命性意义。OpenRISC侧重于开源，而非立足于定义一种开放的指令集架构，架构的发展不够完善。 豪门显贵SPARC架构面向服务器领域，拥有一个大型的寄存器窗口，由于功耗面积代价太大，并不适用于PC和嵌入式领域处理器。不具备模块化、可裁剪的特点，随着Sun公司的衰弱，基本退出了人们的事业。RISC-V作为新时代的“名校优生”，其优点得到众多专业人士、商业公司青睐，2016年RISC-V基金会的启动为其发展显示了可见的坦途。

RISC-V处理器相比于已有的商用处理器架构，“大道至简”设计理念成了其鲜明的特色，也成为其能在处理器江湖里得以“清水出芙蓉”的显著优势。 那么这种“大道至简”在设计中是如何体现出来的呢？对比，可以看到RISC-V相对于其它商用处理器的优势和特色。RISC-V的设计哲学，作为设计者推崇的主要策略，追求“简单即是美”、“简单即意味着可靠”。 “大道至简”首先可以从其架构文档看出来，相比于x86和ARM架构文档多达数千页的规模，“指令集文档”的篇幅为145页，而“特权架构文档”的篇幅也仅为91页。在RISC-V基金会的网站上（https://riscv.org/specifications/）无需注册便可免费下载其文档。 RISC-V的指令集架构到底如何实现了“简单就是美”的设计哲学呢？作者从模块化的指令子集、可配置的通用寄存器组、规整的指令编码、简洁的存储器访问指令、高效的分支跳转指令、简洁的子程序调用、无条件码执行、无分支延迟槽、零开销硬件循环、简洁的运算指令、优雅的压缩指令集、特权模式、CSR寄存器、中断和异常、矢量指令子集、自定制指令扩展12个方面进行了全面分析。 得益于后发优势，全新的RISC-V架构规避了先前RISC架构设计中出现的已知负担，利用其先进的设计哲学，设计出了一套“现代”指令集。总结起来，可以用一张表格显示其优点和特点。

《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器》的第一部分内容为“CPU与RISC-V综述”，分为四章，其中第一章“一文读懂CPU之三生三世”，对于处理器的业界生态作了综述。今年是新中国成立70周年，处理器CPU诞生还不到60周年，在20世纪60年代诞生了第一款CPU。60年间CPU领域已是江湖门派林立，几经洗牌，“眼看他起高楼，眼看他宴宾客，眼看他楼塌了”，几十年间相继诞生或消亡过了几十种不同的CPU架构。 ISA（伊莎，意为指令集架 构）被称为“CPU的灵魂”，最著名的x86架构处理器曾经统治着桌面PC，因此也成就了Intel，记得多年前曾经买过Intel总裁格鲁夫写的 《只有偏执狂才能生存》。当年买的第一台电脑AMD的486 ，但Intel的处理器才是主流，贵出不少。 CISC（复杂指令集）和RISC（精简指令集），最后CISC被取代成了趋势。作者例举了九种比较知名的ISA指令集架构x86、Power、ARM比较熟悉，C-SKY居然也是一种重要的指令集架构。 国产CPU结盟各大ISA推出了多个品牌CPU，有基于MIPS的龙芯，有基于x86的兆芯和海光，有基于Power的中晟宏芯，有基于ARM的飞腾、华为海思、展讯和华芯通。 ARM在移动互联时代成为新的王者，其“处理器IP授权 ”模式获得巨大成功，形成了新的事实标准。ARM在2004年启用了Cortes命名，细分为面向高性能密集型系统的Cortex-A 系列、面向实施应用的Cortex-R系列、面向嵌入式用的Cortex-M系列。 最后，本书的 IP：RISC-V 闪亮登场，V包含全新的第五代（V为希腊语的数字5）指令集和变化。不同于以往的指令集构架， RISC-V 是一个开源的系统。

书接上回，关于CPU的设计和制作，有一个粗略的印象：从一堆沙子到CPU芯片，由简单的逻辑电路经由复杂的组合完成，Intel、AMD、Arm，一枝梅分得太清的FPGA、ASIC、Verilog，希望通过本书的阅读学习能有个清晰的构架。 在前言部分，对于树立个章节的主要内容做了梳理，全书四大部分共分为20章加6个附录，其中大部分章节属于第2部分：如何使用Verilog设计CPU，包括了5—16章。 书的第4部分是附录，内容有RISC-V 指令集、RISC-V架构的CSR寄存器、系统平台中断控制器PLIC、存储器模型、原子操作指令应用、RISC-V指令编码列表和伪指令列表。基本属于字典工具内容。 进入目录，我们会看到章节标题并非冷冰冰的专业术语，而是有“三生三世”、“东边日出西边雨”、“大道至简”之类的流行语、诗句、哲理名言，无疑增加了可读性、趣味性，也体现了作者胡振波先生丰富的阅历和涉猎，好感倍升。 主要部分第2部分标题持续了上面的风格，看了这些有趣的标题应该能够加深对枯燥知识概念的理解记忆。 看目录就是一个大工程，足足有6页，章节细分，足见这也是本有分量的书，接下来有抽出时间细细品读一下每一章节的内容。不动笔墨不读书，边读边写笔记，教学相长，也是件比较有趣味的事情了。

很高兴在面包板论坛上申请到了一本好书《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器》，胡振波著，由中国工信出版集团和人民邮电出版社出版的。 这本书很厚，很新，一看书名就知道这是一本高端大气上档次的书——手把手教做CPU，这在过去想都不敢想。首先要了解一下这本书的作者——胡振波，在书封面折进去的部分就有一段作者简介。 作者胡振波曾任职于多家CPU设计制作的公司，开发了蜂鸟E200系列低功耗RISC-V处理器内核，本书就是以这个作为开发实例的。 再看一下内容提要，分为四部分：1.CPU和RISC-V的综述；2.讲解如何使用Verilog设计CPU；3.介绍蜂鸟E203配套的SoC和软件平台；4.附录，RISC-V指令构架集。2018年6月第一版，2019年6月第9次印刷，一个字：新。 精彩的书评，一些看过书稿、书或作者本人的读者给出的一些评价，值得参考。“龙芯之父”永康籍科学家胡伟武曾在接受媒体采访时说，开发龙芯CPU的最初动念来自于有次回母校看到当年用74系列逻辑芯片焊接出来的仿8051内核。一本书、一件物品如果能让看到的人起心动念，激发出创新的兴趣和热情，就会显现出特有的价值。相信这样一本介绍CPU制作的书会让很多读者起心动念，或者一个CPU创新的苗头正在发生，期待未来。 序和前言对于书中内容作了更详细的解读，让读者了解到本书以及CPU设计的背景知识，更好地去理解书的主要内容。