[MCU] 真正的RISC-V开发板——VEGA织女星开发板

火辣西米秀 2021-10-15 08:30 楼主

现在情况下下大家纷纷把注意力投向了另一个的处理器架构RISC-V，它是基于精简指令集(RISC)的一个开源指令集架构。相比于其他指令集，“RISC-V 指令集可以自由地用于任何目的，允许任何人设计、制造和销售 RISC-V 芯片和软件”，正是由于这种开放性，于2015年成立的RISC-V基金会，吸引了很多科技巨头加入RISC-V基金会，现在的RISC-V基金会成员已经超过了235个，包括国外的Google、三星、英伟达、微芯、高通、惠普、意法半导体、西数、NXP等，国内的阿里巴巴、华为、高云等公司。前一段时间申请到一块NXP恩智浦的一款真正的RISC-V开发板——织女星开发板，所以拿来玩玩，学习一下RISC-V架构处理器的开发。

关于VEGA织女星开发板

织女星开发板是OPEN-ISA社区为中国大陆地区定制的一款体积小、功耗超低和功能丰富的基于RV32M1 的 RISC-V评估开发板。利用该开发板，用户可以快速建立一个使用 RV32M1 的 RISC-V应用和演示系统。

RISC-V内核支持使用SEGGER公司的JLink调试器来进行程序的下载、调试，没错，就是那个经常用来调试ARM内核的调试器，要使用带有TMS(SWDIO)、TCLK(SWCLK)、TDI、TDO接口的调试器，不能使用那种只有SWDIO和SWCLK的调试器。当然，也可以使用板载的FreeLink调试器，不过在使用板载调试器调试RISC-V之前，需要使用LPCScrypt_installer_2.1.0_842.exe软件，把FreeLink的CMSIS-DAP固件升级为JLink固件，这样才可以调试RISC-V核。可以参考：织女星开发板调试器升级为Jlink固件

之所以说这是一块真正的RISC-V开发板，是因为它的主控芯片RV32M1是真正的RISC-V内核芯片，众所周知，市面上很多RISC-V开发板基本都是基于FPGA实现的RISC-V软核处理器。

基于FPGA实现的RISC-V开发板

Perf-V：国内澎峰科技出品，基于Xilinx Artix-7系列FPGA-XC7A50T实现
蜂鸟E203：国内芯来科技出品，基于Xilinx Artix-7系列FPGA-XC7A75T，可以配置为RV32IC或RV32EC架构。
小脚丫STEP开发板：国内思得普科技出品，基于Intel公司Cyclone 10系列FPGA芯片10CL016YU256C8G
小脚丫STEP-MXO2 二代FPGA开发板：基于Lattice公司MXO2系列的FPGA芯片LCMO2-4000HC-4MG132

基于RISC-V芯片实现的开发板

NXP VEGA织女星开发板：NXP恩智浦出品，基于NXP四核异构处理器，片上集成两个ARM内核和两个RISC-V内核，板载资源丰富。目前还买不到这块开发板和RV32M1芯片，想体验这块RISC-V板子的朋友，可以免费申请：NXP恩智浦VEGA织女星开发板免费申请！官方社区：OPEN-ISA社区
Sipeed M1(荔枝丹)开发板：基于K210 RISC-V芯片，K210是国内嘉楠耘智的团队在2018年研发出一款7nmAI芯片，采用了基于rocket-chip的双核RV64GCC RISC-V CPU。
Lichee Tang(荔枝糖)开发板：基于国产FPGA芯片EG4S20，EG4S20是国内安路科技开发设计的FPGA芯片，20K逻辑单元，130KB SRAM。
VEGA织女星开发板分为两种，一种是国际版，一种是国内版

国际版本VEGA开发板

国内版织女星开发板RV32-VEGA-Lite

硬件上稍微有所不同，软件上完全兼容国际版VEGABoad 开发板，充分利用已有的 OPEN-ISA的生态环境，希望进一步带动中国大陆地区 RISC-V的软件生态链。

芯片特写

板载资源简介

VEGA织女星开发板采用6层PCB设计，以满足 RM32M1 设备所需的射频电路。沉金PCB工艺，蓝色油墨，白色丝印，符合欧盟RoHS标准，无铅环保。芯片周围留有屏蔽罩的焊接位置，不过并没焊接。好了，我们来看一下板载的资源吧。

主控芯片：恩智浦的RV32M1，四核异构：两个ARM核，两个RISC-V核，自带无线功能。

板载调试器：基于LPC4322的FreeLink调试器，默认为CMSIS固件，升级为Jlink固件后可调试ARM核和RISC-V内核。

调试接口：两个ARM核共用一个JTAG调试口，两个RISC-V核共用一个JTAG调试口，可能是由于PCB空间大小的限制，这两个2*5P的接口并不是通用的2.54mm间距的排针，而是比较少用的1.25的排针，对于手头没有这种接口排线的朋友，可能不是很方便的使用，不过我们有万能的淘宝。

RF射频电路：板载有射频电路，当然也留有了J16天线端子的位置。

串行Flash：美信的MX25R3235FZNIL0，4MB串行闪存，可以存储一些非易失性数据。
加速度和磁力传感器：恩智浦的FXOS8700CQ，六轴传感器，IIC接口
SDHC卡槽：PCB背面留有位置，但是并没有焊接。
光敏传感器：PCB留有位置，没有焊接。
按键：4个用户按键，板载的两侧各2个，可以实现人机交互操作。
LED指示：1个RGB和1个状态指示LED 。
Arduino接口：内部的两排插座，是兼容Arduino的，如果之前玩过Arduino，那么它的一些扩展模块，可以直接使用，而无需连线。
调试跳线：板子中部留有两排跳线，一边是FreeLink调试器的输出，一边是RV32M1芯片的ARM调试接口，如果想使用板载调试器调试ARM内核，那么只需要使用几个跳线帽直接短接排针即可，但是如果想使用板载调试调试RISC-V内核，需要将跳线断开，并使用导线将FreeLink的调试输出和RISV-V调试接口J17相连接。

主控芯片RV32M1简介

要重点介绍一下织女星开发板的主控芯片RV32M1，RV32M1是一颗真正的 RISC-V芯片，其目的是为了扩大和推动 RISC-V生态系统的发展，让广大的MCU 嵌入式开发工程师有真正的 RISC-V 芯片可用。目前该芯片只供应给OPEN-ISA 社区生产评估开发板使用，不单独销售。如果需要样片，可以到社区申请。下面来看一下RV32M1的片上资源。

两个RISC-V内核，一个 RI5CY 核、一个 ZERO_RISCY 核。关于这两款RISC-V Core，是由博洛尼亚大学苏和黎世联邦理工学院（ETH Zurich, Università di Bologna）开发的32位内核，遵循Solderpad Hardware License v. 0.51许可。

两个ARM内核，一个 Cortex-M4F 核、一个 Cortex-M0+ 内核。

1.25 MB Flash 、384 KB SRAM

集成了可工作在 2.36 GHz 到 2.48 GHz 频率范围，支持 FSK/GFSK 和 O-QPSK调制的无线收发器。

支持低功耗蓝牙（BLE）、通用 FSK（支持250、500、1000、2000 kbps）或者 IEEE 802.15.4 标准，可以运行 BLE Mesh、Thread和 Zigbee协议栈。

两个ARM核共用一个JTAG调试口，两个RISC-V核共用一个JTAG调试口，每个核都可以运行在48MHz频率，但在高速模式（HSRUN）时，可达72MHz，如果要查看系统当前的运行频率，可以在主程序中使用如下函数来获取系统时钟频率：

    uint32_t SysClk;
    SystemCoreClockUpdate();  
    SysClk = SystemCoreClock; 
    PRINTF("系统时钟: %d \r\n", SysClk);

4个核被分为两个子系统，大核CM4F/RI5CY和小核CM0+/ZERO-RISCY，片上集成1.25 MB Flash 、384 KB SRAM，其中1 MB的Flash被大核所使用，起始地址0x0000_0000，另外的256 KB Flash被小核所使用，起始地址0x0100_0000。

Flash地址示意

为了支持多核运行模式，RV32M1片上集成了多核管理系统（Multi_Core Unit），包括消息传递单元(Messaging Unit)、信号量2（SEMA42）、系统控制模块 (MSCM)、扩展资源控制器 (XRDC)等模块，用于多核间的通信和控制。

内部整体框图

通过配置RV32M1片上的FOPT寄存器(Flash Option Register)，可以支持上电时从不同的核来启动，默认从RISC-V RI5CY内核启动，如果要进行ARM核开发，如M4开发，则必须切换为从ARM核启动，否则当使用调试器进行程序下载时，根本不能识别到ARM芯片，这一点要特别注意。关于FOPT寄存器各位的描述，可以查看RV32M1参考手册P450，为了便于切换启动模式，官方已经为我们写好了配置文件，直接通过openocd和telnet软件就可以完成对FOPT寄存器的配置。