執行概要

就 FPGA 而言，可在設備的可編程邏輯中例化一個或多個軟核處理器，從而使設計人員能夠將可編程微控制器和/或微處理器核添加到自己的設計中。

現在，基于 FPGA 的軟核處理器的性能在嵌入式市場中變得越來越重要。工業和軍用等市場中那些運行復雜工作負載的嵌入式應用需要能夠配備多種支持易用工具的高性能軟核處理器來加速軟件開發。

RISC-V 不但能夠滿足這些市場的性能需求，還能提供一條持續實現技術模塊或知識產權模塊(IP 模塊) 升級、不斷獲得先進工具的途徑。發展壯大中的 RISC-V 生態系統也帶來了廣泛的軟件兼容性、更好的工具和編譯器支持，以及標準的調試環境。

通過將英特爾 FPGA 中使用的軟核處理器遷移到開放標準，以及與知名 RISC-V 解決方案提供商 Ashling 合作，英特爾可使用戶獲得由現代集成開發環境 (IDE)、編譯器、調試器和操作系統組成的多元生態系統的支持。

英特爾 RISC-V 策略

英特爾是微處理器行業的開拓者。早在 50 多年前的 1971 年就打造了首款商用微處理器英特爾 4004。1978 年，英特爾創造了 x86 架構，這是早期面向基于微處理器計算的指令集架構 (ISA) 之一。現在，x86 指令集架構已經發展成為世界上通用計算應用廣泛使用的架構。自 x86 指令集架構問世以來，英特爾將 40 多年的時間都投入到開發成功的指令集架構、建立卓有成效的合作關系以及發展高生產力水平的生態系統上，這些業界都有目共睹。

除了微處理器產品外，英特爾的可編程解決方案事業部還開發了大容量高性能 FPGA。這些設備為用戶提供了多種選擇，包括可配置的嵌入式 SRAM、高速收發器、高速輸入/輸出 (I/O)、邏輯塊和路由。內置的 IP 模塊與出色的軟件工具相結合，有效縮短了 FPGA 開發時間、降低了功耗和成本。

2022 年 2 月，英特爾成為全球開放硬件標準組織 RISC-V International 的活躍成員。開放的 RISC-V 生態系統提供了現代計算不可或缺的開放式、模塊化構建基礎。加入 RISC-V 后，英特爾展現出自身的領導力，開展了多項活動，為所有行業利益相關者擴大了 RISC-V 生態系統的潛力。

基于 RISC-V 策略，英特爾與 RISC-V 生態系統內各大合作伙伴通力合作，這些合作伙伴包括 Ashling、晶心科技、Esperanto Technologies、SiFive 和 Ventana Micro Systems。

英特爾計劃投入多筆資金，加強 RISC-V 生態系統建設并幫助推動 RISC-V 進一步落地。在英特爾的組織下，這些投資將幫助那些具有開創性的 RISC-V 公司通過在以下活動及其他方面開展合作，更快實現創新：

技術協同優化

優先晶圓共乘服務

支持客戶設計

建立開發板

不斷發展軟件基礎設施

例如，英特爾計劃提供一系列經過驗證的基于 RISC-V 的內核，這些內核的性能已針對不同的細分市場進行了優化。英特爾將通過與各大提供商合作，優化面向英特爾制程工藝的 IP 模塊，以確保 RISC-V 能夠在從嵌入式內核到高性能內核的各種內核類型的英特爾 芯片上運行良好。RISC-V 產品將提供三種類型：

基于英特爾 技術制造的合作伙伴產品。

獲得差異化 IP 模塊許可的 RISC-V 內核。

采用英特爾先進封裝技術和高速芯片到芯片接口的 RISC-V 小芯片構建模塊。

英特爾對 RISC-V 的投資，再加上 RISC-V 社區的支持，將加速開放式 RISC-V 模塊和其他交付產品的開發進程。此外，英特爾晶圓代工服務 (IFS) 部門還將贊助一個開源軟件開發平臺。該平臺支持自由開展實驗，生態系統、大學和聯盟的合作伙伴均可從中受益。這項代工服務策略將提供廣泛的面向英特爾制程工藝優化的技術。英特爾晶圓代工服務能夠提供面向 x86、Arm和 RISC-V 全部三大行業主流指令集架構優化的技術。而且，英特爾已經看到代工客戶對支持更多 RISC-V IP 模塊產品的強勁需求。

英特爾 eASIC 設備：

從 FPGA 到 ASIC 的捷徑

為了適應各種業務和開發模式，英特爾還提供了先進的英特爾 eASIC 設備和 ASIC 選擇方案。英特爾 eASIC 設備屬于結構化 ASIC，這是一種介于 FPGA 和標準單元 ASIC 二者之間的中間技術。而標準單元 ASIC 則可以利用英特爾晶圓代工服務創建。該服務是一種完全垂直化的獨立代工業務，旨在幫助滿足全球對半導體不斷增長的需求。

英特爾 eASIC 設備性能介于 FPGA 和 ASIC 實現之間。使用英特爾 eASIC 設備，既可以保持與 FPGA 實現相同的主頻，又能夠降低功耗，還可以在保持散熱/功耗預算不變的同時提高性能。與標準單元 ASIC 相比，英特爾 eASIC 設備上市時間 (TTM) 更快，一次性成本投入 (NRE) 更低。相比之下，標準單元 ASIC 則能以更低的功耗提供更高的性能。一旦一種設計的英特爾 FPGA 實現得到驗證，該設計就可以固化成為成本和功耗更低的英特爾 eASIC 設備或性能更高、功耗進一步降低的 ASIC。開發人員還可能會從該設計的英特爾 FPGA 實現開始，隨后遷移到英特爾 eASIC 設備，然后再次遷移到完整的ASIC(圖 1)。

英特爾提供從 FPGA 到英特爾 eASIC 設備和 ASIC 的遷移路徑，以減少成本、降低功耗、提升性能。

英特爾的 RISC-V 策略既支持基于英特爾 FPGA 開發 RISC-V，也支持后續部署到英特爾 FPGA、英特爾 eASIC 設備和ASIC(包括英特爾晶圓代工服務提供的 ASIC)。除了英特爾之外，其他公司較難提供從 FPGA 到英特爾 eASIC 設備再到ASIC 這些能夠減少成本、降低功耗、提升性能的遷移路徑。

RISC-V 對于FPGA 客戶的價值

RISC-V 是一種開源硬件指令集架構，始于 2010 年。不同于大多數其他指令集架構，RISC-V 是在開源許可下提供的。RISC-V指令集規范定義了 32 位和 64 位尋址空間變體。指令集具有可變寬度和可擴展等特點，為解決廣泛用例而設計。

除了具有開源指令集架構這一屬性外，RISC-V 的成功還可以歸因于其實現模塊化、可擴展性、穩定性、效率和性能的設計宗旨。RISC-V 是一種“白板”設計，沒有傳統或反向兼容方面的限制或約束，因此能夠為未來開放式計算設計的自由和創新鋪平道路。得益于多方參與者的加入，RISC-V 正借助目前可用的多種開源架構實現方案推動多項創新。

商業企業要求指令集架構即使對部署多年的產品也仍保持穩定性。為了解決這一問題，2015 年 RISC-V 基金會 (RISC-VFoundation) 成立，負責制定、維護和發布 RISC-V 定義。為更好地發揮作用，這家非盈利性組織于 2020 年更名為 RISC-V International。

RISC-V 正迎來指數級增長。據 RISC-V International 報告1 ，“承諾加入 RISC-V 和對 RISC-V 的投資持續飆升。2021 年，RISC-V 成員人數增長了 130%，達到 2,478 名成員，其中包括 18 名高級成員”。隨著數十億芯片部署就緒，從嵌入式汽車到超大規模人工智能 (AI)、從 5G 到高性能計算 (HPC) 等，RISC-V 在各行各業以及各種實現方案中得到廣泛的商業應用。

RISC-V 的開源性質開啟了通過開放標準合作來實現處理器創新的新時代。多方參與者正在推進實現方案的創新，使廣泛的開源生態系統迅速崛起。該生態系統涵蓋復雜的硬件設計和驗證工具、豐富的軟件開發工具套件、操作系統 (OS) 和實時操作系統 (RTOS) 端口等。硬核和軟核 RISC-V 處理器的激增也為應用在不同實現方案之間的移植和應用的長期維護提供了極大的便利條件。人們會看到，從一開始就是為充分利用 RISC-V 架構的優勢而開發的應用將大量涌現。

就 FPGA 而言，可在設備的可編程邏輯中例化一個或多個軟核處理器，從而使設計人員能夠將可編程微控制器和/或微處理器核添加到自己的設計中。同樣，對于在芯片中直接集成了一個、兩個或四個 Arm 硬核處理器的英特爾 片上系統 (SoC) FPGA來說，必要時可在設備的可編程邏輯中例化更多軟核處理器。

自 2004 年推出以來，英特爾的 32 位 Nios II 處理器一直是使用英特爾 FPGA 和 SoC FPGA 的設計人員選擇的軟核處理器。多年來，Nios II 處理器積累形成了由開發人員、工具、軟件和軟件 IP 模塊組成的大型生態系統。

現在，英特爾已推出基于開源 RISC-V 指令集架構、面向英特爾 FPGA 的新一代軟核處理器 Nios V 處理器。Nios V 處理器家族的第一款產品是 Nios V/m(“微控制器”版)。英特爾計劃增加更多 Nios V 處理器變體，包括一個“通用”版、一個“應用類”版和一個“Linux”版，其中“Linux”版是能夠運行 Linux 內核的 64 位處理器。此外，英特爾還會加大對包括 Zephyr、FreeRTOS 和Linux 在內的廣泛操作系統的支持。

利用 Nios 處理器中的 RISC-V 將會極大拓展當下廣泛的 Nios 生態系統，為基于 FPGA 的系統開發人員提供更大的靈活性、更出色的性能。Nios V 處理器采用與 Nios II 處理器相同的簡單設計流程，可通過英特爾 Quartus Prime Pro Edition Software 獲得。讓現有基于 Nios II 處理器的設計的創建者特別感興趣的是，他們可以把設計快速、輕松地移植到 Nios V 處理器。

由于 RISC-V 指令集架構內已實現多項架構升級，與現有的軟核處理器相比，Nios V 軟核處理器能提供更好的性能。此外，RISC-V 還有一個關鍵優勢，那就是軟件可移植性和穩定性。舉例來說，開發人員可以利用軟核版 RISC-V 在 FPGA 中開始一項設計，所編寫的任何在初始 RISC-V 軟核上運行的軟件今后都可以在任何其他 RISC-V 核上運行。

RISC-V 另一個非常重要的優勢是，廣泛的開源生態系統迅速崛起。這一生態系統涵蓋硬件設計和驗證工具、軟件開發工具(例如編譯器和調試器)、操作系統 (OS) 和 RTOS 端口等。

英特爾大力投資 RISC-V 的一個例證是，英特爾通過與知名的RISC-V 工具供應商和 RISC-V International 成員 Ashling 合作，向 FPGA 客戶提供面向 RiscFree 集成開發環境和統一調試器的完整開源工具解決方案。

RiscFree 對于 FPGA

和 ASIC 客戶的價值

如今的 SoC 和系統級封裝 (SiP) 設計正變得越來越復雜，這是因為芯片設計人員需要將更多的功能集成到單一的器件和單一的封裝中，以滿足市場對于更多功能、更高性能和更低功耗的需求。由于制程工藝的改進出現瓶頸，設計人員只得不斷采用多核設計。此外，他們還將多種異構處理器架構(如 RISC-V、Arm和 x86)整合到同一 SoC 或 SiP 中。

促使 RISC-V 獲得成功的一個主要因素是，不同的公司和實體可以將指令集架構作為自己獨特的差異化實現方案(例如不同的數據寬度、管道寬度和管道架構)的基礎。這使 RISC-V 處理器能夠以廣泛的形式出現，從面向邊緣微控制器應用的基于 32 位 FPGA 的軟核處理器到面向云端高性能計算應用的基于 64 位 SoC 的硬核處理器，無所不包。

Ashling 的 RiscFree 集成開發環境和統一調試器為全部 RISC-V實現提供支持。自推出以來，RiscFree 工具鏈穩步在嵌入式工具市場拿下市場份額，在 RISC-V 市場上更以其易用性、廣泛的功能和插件式架構而表現搶眼。

RiscFree 可以針對上述設備使用單一調試探針，從單一軟件環境提供全面開源的多核(同構和異構)調試解決方案，為 ASIC 客戶帶來附加價值。RiscFree 完全支持 Nios V 處理器，同樣也可為 FPGA 客戶帶來附加價值。

就英特爾 FPGA 而言，RiscFree 包括一個開源的、基于 Eclipse 的集成開發環境、編譯器、調試器和跟蹤程序。這種單次安裝程序開箱可用，可為基于 RISC-V 指令集架構的所有 32 位和 64 位Nios V 軟核處理器提供 RiscFree 軟件開發和調試支持。

除了自定義集成和支持向 Nios V 處理器擴展外，RiscFree 還支持英特爾 Agilex 、英特爾 Stratix 10、英特爾 Arria 10和英特爾 Cyclone 10 GX 設備，以及后續的更多產品系列。

Ashling 與英特爾合作的價值

自 1982 年以來，Ashling 一直是重要的嵌入式開發工具和服務提供商，有著 30 余年的嵌入式系統工具開發經驗。作為 RISC-VInternational 的長期成員，Ashling 始終密切關注 RISC-V 的發展，尤其重視調試標準及跟蹤標準。作為跟蹤技術委員會 (Tracecommittee) 的副主席，Ashling 參與制定了第一批定義 RISC-V 實時跟蹤的標準。

與 Ashling 合作，英特爾便有了自己的工具提供商，可確保其所有 Nios V 處理器的工具需求均能得到滿足，包括由集成開發環境、編譯器、調試器及 Nios V 處理器和 Arm 處理器跟蹤支持組成的完整開源工具鏈。

兩家公司已計劃保持長期合作，因此，隨著英特爾 Nios V處理器家族的發展壯大，工具鏈也會隨之發展，以確保能夠充分支持新產品和新功能。

Ashling 與英特爾團隊在工程設計方面的合作將確保 Ashling 軟件開發與英特爾 FPGA 開發工具鏈緊密耦合，例如：

01項目管理器和構建管理器包括 Make 和 Cmake 支持，可快速導入、構建和調試英特爾 Quartus 軟件創建的應用框架。

02Nios V GCC 編譯器工具鏈完全整合到 RiscFree 集成開發環境中，可以為使用 Nios V HAL API 接入硬件的 newlib和 picolibc 運行時庫提供支持。

03RiscFree 提供運行時調試功能，可以支持英特爾 FPGA Download Cable II (USB Blaster II)、Nios V 和 Arm 處理器內核寄存器虛擬化，以及對 Nios V 和 Arm 兩種處理器內核的實時片上和片下跟蹤。

04RiscFree 還為 Zephyr、FreeRTOS、uC/OS-II 以及完整的目標(多核/多 Hart)Linux 內核等各種 OS 和 RTOS 解決方案提供感知調試能力，同時也支持設備驅動程序和應用調試。

05RiscFree 支持面向 Nios V 處理器的自定義指令和擴展。

在很多同時采用 Arm 和 RISC-V 處理器內核(硬核和/或軟核)的開發環境中，必須運用多種調試器，一種用于 Arm 處理器，一種用于 RISC-V 處理器。經過比較，單個 RiscFree 實例支持調試任意數量的異構或同構內核;例如，同時調試英特爾 FPGA Arm硬核和 Nios V 軟核。

英特爾與競爭對手

多數競爭對手只提供閉源的專有解決方案，而英特爾則能讓您全面獲得開源 RISC-V 生態系統的支持。解決方案目前支持 RISC-V開發，后續還支持部署到英特爾 FPGA、英特爾的結構化 ASIC 和英特爾晶圓代工服務提供的 ASIC。

在 Ashling 及其 RiscFree 集成開發環境和統一調試器的支持下，英特爾作為開放式生態系統的合作伙伴，可以利用其 RISC-V 開發人員目前可用的易用開源工具，支持完整的跨越 FPGA、英特爾 eASIC 設備和 ASIC 的自定義邏輯連續體。

總結

除了向全球供應強大的微處理器，英特爾還開發了先進的 FPGA。FPGA 經過配置可以執行多種功能，包括例化一個或多個軟核處理器。這些軟核處理器的性能在嵌入式市場中變得越來越重要。

RISC-V 是一種開源硬件指令集架構。RISC-V 定義為一種“白板”設計，沒有傳統或反向兼容方面的限制或約束，其設計宗旨就是要實現模塊化、可擴展性、穩定性、效率和性能。因此，RISC-V 正迎來指數級增長。

英特爾加入全球開放硬件標準組織 RISC-V International，積極發揮領導作用，致力于為所有行業利益相關者擴大 RISC-V 生態系統的潛力。

英特爾現已發布了基于開源 RISC-V 指令集架構、面向英特爾 FPGA 的新一代軟核處理器 Nios V 處理器。除了面向 FPGA的軟核 Nios V 處理器，英特爾還將提供面向英特爾 eASIC 設備和 ASIC 的硬核 RISC-V 實現方案。此外，英特爾還提供從FPGA 到英特爾 eASIC 設備和 ASIC 的遷移路徑。除了英特爾之外，其他公司較難提供從 FPGA 到英特爾 eASIC 設備再到ASIC 這些能夠減少成本、降低功耗、提升性能的遷移路徑。

英特爾的合作伙伴 Ashling 是 RISC-V International 的長期成員，Ashling 的 RiscFree 集成開發環境和統一調試器為全部RISC-V 實現提供支持。自推出以來，RiscFree 工具鏈便憑借其易用性、廣泛的功能和插件式架構，在包括 RISC-V 市場在內的嵌入式工具市場得到廣泛應用。

Ashling 的 RiscFree 能夠針對上述設備使用單一調試探針，從單一軟件環境提供全面開源的多核(同構和異構)調試解決方案，為英特爾的 FPGA 和 ASIC 客戶帶來附加價值。

英特爾計劃加大投資力度，以加強 RISC-V 生態系統建設并推動 RISC-V 進一步落地。在英特爾的組織下，這些投資將幫助具有開創性的 RISC-V 公司通過在技術協同優化、優先晶圓共乘服務、支持客戶設計、建立開發板和發展軟件基礎設施這些方面開展合作，更快實現創新。

原文標題：白皮書丨英特爾攜手知名RISC-V工具提供商Ashling，著力擴展多平臺RISC-V支持

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審核編輯：湯梓紅