A Casual Introduction to RISC-V

Kernel/VM探検隊＠つくば No3での発表スライド。

Transcript

1. RISC-V の全体像をざっくり掴む Masanori Ogino 2026 年 3 月 20 日 Kernel/VM 探検隊＠つくば No3 筑波大学 3A204 講義室
2. whoami プロフィール • 長崎県出身 • 埼玉県在住 • 大学の非常勤職員 興味のある分野 • 情報理論 • 形式言語 • コンピューターアーキテクチャ 過去のカーネル/VM 探検隊での発表 • Rust 入門以前（2014 年） • Portable Driver Architecture（PDA）で ユーザ空間 PCI デバイスドライバ （2017 年） • Linux カーネルの FPGA サブシステム （2023 年） リンク • https://www.brackets-salad.com/ 1 / 18
3. アウトライン RISC-V とは？ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ⁠3 RISC-V の特徴 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ⁠5 RISC-V の歴史 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ⁠6 ISA 拡張命名規則 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ⁠8 ISA を越えて . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ⁠11 プロファイル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ⁠12 周辺ハードウェア . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ⁠13 デバッグ・トレース・RAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ⁠14 プラットフォームソフトウェア . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ⁠15 その他 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ⁠16 最後に一言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ⁠17 2 / 18
4. RISC-V とは？
5. RISC-V とは？ 複数のモジュールによって構成される ロイヤリティーフリーの 命令セットアーキテクチャ 4 / 18
6. RISC-V の特徴 • 可変命令長（32 ビットの命令が中心） • 汎用レジスタ長は 32 ビットまたは 64 ビット（128 ビットは予約） • 16 本または 32 本の汎用レジスタ（その内 1 本はゼロレジスタ） • リトルエンディアン（仕様上はビッグエンディアン・バイエンディアンも可能） • ロードストアアーキテクチャ 5 / 18
7. RISC-V の歴史 2010 年 • UC Berkeley で Krste Asanović が Yunsup Lee と Andrew Waterman と ISA の設計に取り掛かる 2011 年 • The RISC-V Instruction Set Manual, Volume I: Base User-Level ISA （EECS-2011-62） • 28 nm FDSOI で RISC-V のプロセッサ がテープアウトされる 2014 年 • The RISC-V Instruction Set Manual, Volume I: User-Level ISA, Version 2.0 （EECS-2014-54） • Instruction Sets Should Be Free: The Case For RISC-V（EECS-2014-146） 2015 年 • Krste Asanović、Yunsup Lee、Andrew Waterman が SiFive 社を立ち上げる • RISC-V Foundation が設立される 6 / 18
8. RISC-V の歴史 2017 年 • 4 月、Computer Organization and Design RISC-V Edition が出版される • 11 月、The RISC-V Reader: An Open Architecture Atlas が出版される • 12 月、Computer Architecture: A Quantitative Approach 6th ed.が出版される 2018 年 • 米中対立を背景に、RISC-V Summit で本部組織の米国外移転が提案される 2020 年 • スイスに RISC-V International が設立される 7 / 18
9. ISA 拡張命名規則
10. ISA 拡張命名規則 RISC-V プロセッサのデータシートに書いてある RV64GCBVH とか、RV32IMAC とか あれは一体何を意味しているの？ 9 / 18
11. ISA 拡張命名規則 • RV32: 32 ビットアドレス長 • RV64: 64 ビットアドレス長 • I: ベース ISA • E: 縮小版ベース ISA • M: 整数乗算・除算 • A: アトミック • F: 単精度浮動小数点数 • D: 倍精度浮動小数点数 • G: IMAFDZicsr_Zifencei の略 • Q: 四倍精度浮動小数点数 • C: 16 ビット圧縮命令 • B: ビット操作 • V: ベクトル • H: ハイパーバイザ • Z: 追加の非特権拡張の接頭辞 • S: 追加の特権拡張の接頭辞 • X: 非標準拡張の接頭辞 10 / 18
12. ISA を越えて
13. プロファイル 「どの命令をサポートすればソフトウェアが動くんだ？」 「どの命令に依存したコードを書けばいいんだ？」 • RVA23 プロファイル：サーバー・アプリケーションプロセッサ リッチな OS が動き、主にバイナリ配布されるソフトウェアのターゲット 例：Ubuntu のイメージが動くようなハードウェアを作りたい • RVB23 プロファイル：エッジ・組み込みデバイス リッチな OS が動き、主にソース配布されるソフトウェアのターゲット 例：OpenWrt や Yocto Linux をベースにした SDK で顧客が製品開発するような ハードウェアを作りたい 12 / 18
14. 周辺ハードウェア 「命令セットだけじゃコンピューターとして不十分だよね？」 • Advanced Interrupt Architecture • IOMMU Architecture • Platform-Level Interrupt Controller • Server SOC 13 / 18
15. デバッグ・トレース・RAS 「プロセッサ内部のトレースとかデバッグとかしたいんだけど」 • Efficient Trace • Capacity and Bandwidth QoS Register Interface • Debug • Nexus-based Trace • RERI Architecture • Trace Connectors • Trace Control Interface • Unformatted Trace & Diagnostic Data Packet Encapsulation 14 / 18
16. プラットフォームソフトウェア 「UEFI とか ACPI とか、Arm でいう ATF とか、そういうインターフェースは？」 • Boot and Runtime Services • Functional Fixed Hardware • IO Mapping Table • Platform Management Interface • Semihosting • Supervisor Binary Interface • UEFI Protocol 15 / 18
17. その他 • System V processor-specific ABI (psABI) • Vector C Intrinsic 16 / 18
18. 最後に一言
19. 最後に一言 「RISC-V に興味があるんだけど、いつ触り始めたらいいかなぁ」 「買ったハードウェアがすぐ使えなくなったら嫌だなぁ」 「色々ボードが出てるみたいだけど、どれを買ったらいいかわからない」 RVA23 準拠のハードウェアを買いましょう （今年の夏頃から RVA23 準拠の実機が買えるようになってくる、はず） （カーネル自作勢なら RVA20 / RVA22 準拠のハードウェアでも遊べます） （Linux が走らないマイコンが欲しい人はいつでも OK） 18 / 18