时至今日,risc-v通过十数年的发展,已经取得了显著的成果,并开始冲击更高性能的应用场景,在当前核心累计出货量百亿颗的里程碑上,未来risc-v的发展潜力巨大。据semico research预测,至2025年,全球市场risc-v核产量会累计超过600亿颗。
显然,risc-v后续的发展速度比之前更加惊人。在高速的发展过程中,为了防止risc-v出现碎片化问题,目前已经初步形成一套标准化的扩展框架,使得广泛存在的risc-v芯片呈现多元化但不会惹上碎片化的麻烦。
借鉴linux的历史问题
我们都知道,一直以来risc-v的通用标准都是由 risc-v international 来主导。2022年3月, risc-v international 在其邮件列表上分享了一项调查,以收集社区的反馈,“帮助识别isa差距,制定未来的扩展计划,并保持risc-v应用程序之间的兼容性。”
随后在2022年6月,该组织宣布了2022年的首批四项规格和扩展的批准,其中就包括risc-v主管二进制接口(sbi)和risc-v统一可扩展固件接口(uefi)规格。
正如risc-v的首席技术官mark himelstein所言,risc-v sbi为开发者提供了一个类似的关键资源,在所有risc-v实现中移植主管模式软件的能力,本质上允许开发者写一次代码,并在所有地方应用。
根据官方介绍,risc-v规范的sbi架构了硬件平台和操作系统内核之间的固件层,使用主管模式(s-模式或vs-模式)下的应用二进制接口。这种抽象使所有risc-v操作系统的实现都有共同的平台服务。许多risc-v成员已经在他们的risc-v解决方案中实施了risc-v sbi规范,因此批准该规范将确保整个risc-v生态系统的标准方法,确保兼容性。
目前,risc-v在操作系统层面主要集中在三个方面——rtos、linux和安卓。根据平头哥的介绍,该公司的高性能risc-v处理器玄铁910已经实现了与linux、安卓、anolis、alios things、freertos、rt-thread等操作系统的适配。
risc-v uefi协议将现有的uefi标准引入risc-v平台。uefi 全称“统一的可扩展固定接口”(unified extensible firmware interface),前身为英特尔当年提出的efi标准。uefi的研发最开始确实就是为了取代bios系统,相较于bios系统,uefi使开机程序化繁为简,节省时间。
不难看出,risc-v international目前正在着力制定标准性扩展规范,以避免出现碎片化问题,主要目标是提升risc-v在三大目标操作系统rtos、linux和安卓方面的兼容能力,以及硬件自身的先前和向后的兼容特性。很明显,这是从linux身上借鉴的经验,作为一款开源的操作系统,linux一个比较明显的问题就是同样的东西在不同版本的linux上很难兼容。
比如,数年前“linux 之父” linus torvalds 就曾吐槽过桌面版linux的兼容问题,“每个发行版都在随意地修改glibc库,改变底层api,带来了很糟糕的程序兼容体验,”他在当时的一场会议中讲到。
从效果来看,risc-v international推动标准性扩展规范工作有两大明显的益处。其一是从市场终端来看,risc-v指令集面向的场景比过往的处理器架构更为多元,有着明显的碎片化特征,标准性扩展规范能够防止risc-v指令集的开源特性被市场碎片化带偏,更有益于产业发展;其二,正如上述提到的,标准性扩展规范保证了risc-v的兼容特性,虽然risc-v的目标操作系统很明确,但随着产品换代很容易出现应用不兼容的问题,给应用方案升级带来了重复的软件开发成本,有了标准性扩展规范便能够避免这些问题。
未来risc-v摸着势头过河
从芯片设计方面来看,目前的risc-v实际上也是在走arm架构的老路,尤其是在当前的主要应用——低端嵌入式领域,基于risc-v的mcu主要用于替代arm架构产品,并通过应用灵活性、低功耗和安全性等方面为方案设计带来提升。
因此,基于risc-v实现的mcu以及其他芯片依然在支持目前主流的硬件接口协议。
但是,risc-v要成为继x86和arm架构之后的第三种主流架构,就要走出一条有别以往的新路,就像arm架构在移动和嵌入式领域逐渐形成一套之际的标准规范一样,risc-v也需要面向自己的优势领域,当前来说就是aiot,进一步推行标准化,并形成体系。
从历史经验来看,risc-v如果要成为第三种主流架构,就需要找到自己的操作系统搭配,有人说是risc-v+linux的全开源系统,但是真是如此吗?正如很多人经常用的一个例子,4g时代未到来时,没有人能想象到如今如此庞大的app生态,以及广受欢迎的直播玩法。那么,当risc-v不再学习arm架构开始走自己的路时,会迸发出怎样的能量还不得而至。
不过在此过程中,开源的risc-v一定不能丢掉标准化的准绳,这是risc-v的立身之本。从目前的情况来看,risc-v international的方向较为明确,就是将需求发觉的任务交给广大开发者,利用好risc-v 社区。虽然我们还不知道risc-v到底会带来一个怎样的处理器盛世,但是有一点是明确的,开放性将为risc-v注入源源不断的活力,是其走向属于自己的盛世的核心推动力。在此过程中,risc-v international需要和所有risc-v开发者一起探讨,摸着势头过河。
当然,目前的政治生态也有可能诞生出一种极端的情况,也就是中国科学院计算技术研究所副所长、中国开放指令生态(risc-v)联盟秘书长包云岗教授曾撰文提到的risc-x。可以说,让risc-x成长起来,可能是全球risc-v开发者就不愿意看到的一种情况,是一种较为极端的情况,总结一句话就是,当总部在瑞士的risc-v international失去中立性后,risc-x将会是以个别国家为主导的risc-v,全球化属性将大打折扣。但是,risc-x也确实是risc-v标准化的一个分支。
写在最后
目前,作为后发架构的risc-v,一个明显的好处是能够借鉴前人的经验,学习之前的架构arm,学习此前的开源操作系统linux,这让risc-v能够少走很多弯路,进展非常迅速。
不过,risc-v立志成为第三种主流架构,它的路终究将需要自己去闯,标准化是risc-v的立身之本,也将随着risc-v的发展进程而不断演变,但具体会是什么样子,想来现在还没有人能够说的清楚。
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