引言：伯克利大學(xué)于2014年發(fā)布了開源指令集架構(gòu)RISC-V，其目標(biāo)是成為指令集架構(gòu)領(lǐng)域的Linux，應(yīng)用覆蓋IoT（Internet of Things）設(shè)備、桌面計(jì)算機(jī)、高性能計(jì)算機(jī)等眾多領(lǐng)域［1］。RISC-V自發(fā)布以來受到多方關(guān)注和參與，圍繞RISC-V的生態(tài)環(huán)境逐漸完善，并涌現(xiàn)了眾多開源處理器及SoC（System on Chip）采用RISC-V架構(gòu)，其中Rocket-Chip就是由伯克利大學(xué)發(fā)布的基于RISC-V的可配置SoC，通過配置不同的參數(shù)可以得到不同性能、應(yīng)用不同場合的SoC。RISC-V的迅速發(fā)展還激勵(lì)其設(shè)計(jì)人員成立了SiFive公司，專注于定制化SoC設(shè)計(jì)，其產(chǎn)品線包括如下：

（1）開源處理器核Coreplex IP系列

包括Coreplex U、Coreplex E兩個(gè)系列。其中Coreplex U系列目前有U5 Coreplex子系列，其是64位RISC-V架構(gòu)處理器，支持多核、多級(jí)緩存、硬件支持的單精度與雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算；Coreplex E系列目前有E3 Coreplex子系列，其是32位的RISC-V架構(gòu)處理器，依據(jù)應(yīng)用環(huán)境可配置支持RV32E、乘法、除法、浮點(diǎn)運(yùn)算等，目標(biāo)是低功耗的嵌入式控制器。

（2）開源SoC Freedom系列

包括Freedom Unleashed、Freedom Everywhere兩個(gè)系列。其中Freedom Unleashed系列是基于U5 Coreplex的SoC，包括U500子系列，其外設(shè)控制器包括DDR3/DDR4 DRAM 控制器、PCIe 3.0控制器、1Gb Ethernet控制器、USB 3.0控制器等，支持Unix等多種操作系統(tǒng)；Freedom Everywhere系列是基于E3 Coreplex的SoC，包括E300子系列，其具有片上debug單元、平臺(tái)級(jí)中斷控制器等，支持FreeRTOS等多種操作系統(tǒng)。

（3）Freedom E310

Freedom E310是Freedom Everywhere的子系列E300的一個(gè)流片實(shí)例，目標(biāo)應(yīng)用場合是微控制器、IoT、可穿戴設(shè)備等，其處理器核是E3 Coreplex子系列的一個(gè)實(shí)例——E31，支持RV32IMAC指令集。其采用180nm工藝成功流片，主頻可以達(dá)到320MHz以上。

（4）開源開發(fā)板HiFive1

HiFive1是第一款采用Freedom E310作為核心控制芯片的Arduino兼容開發(fā)板。作為深度開源的代表，其微控制器對(duì)應(yīng)的RTL代碼、電路圖設(shè)計(jì)文件、PCB設(shè)計(jì)文件等完全開源。

SiFive給出的Freedom E310的RTL代碼，目前僅支持Xilinx的Arty開發(fā)平臺(tái)，本文在簡單介紹Freedom E310的基礎(chǔ)上，給出了將其移植到Altera的DE2開發(fā)平臺(tái)的詳細(xì)步驟。

1 Freedom E310介紹

1.1 Freedom E310的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

Freedom E310的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。處于核心的是單發(fā)射、順序執(zhí)行處理器E31，支持RV32IMAC指令集，具有16K的指令緩存，16K的數(shù)據(jù)SRAM。

圖1 Freedom E310的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

Freedom E310有多個(gè)外設(shè)，通過TileLink互連總線將這多個(gè)外設(shè)連接到處理器。主要外設(shè)包括：

l AON（Always-on Domain）：AON的意思就是始終在線，不受處理器核心電源管理的影響，包括實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器、看門狗、復(fù)位與電源管理等子模塊。

l GPIO（General Purpose Input/Output）控制器：通用輸入輸出，每一個(gè)引腳都可以設(shè)置輸入或者輸出，并可以設(shè)置是否能夠引發(fā)中斷。Freedom E310的GPIO可以復(fù)用，復(fù)用為UART、I2C、SPI、PWM等。

l PLIC（Platform-Level Interrupt Control）：平臺(tái)級(jí)中斷控制器，用于接受外部的中斷信號(hào)，然后按照優(yōu)先級(jí)送給處理器，支持52個(gè)外部中斷源，7個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。

l Debug Unit：調(diào)試單元，支持外部調(diào)試器通過標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口進(jìn)行調(diào)試，支持2個(gè)硬件斷點(diǎn)、觀察點(diǎn)。

l QSPI（Quad-SPI）：QSPI flash控制器，用于訪問flash，可以支持eXecute-In-Place模式。