兆易创新大胆启用双赛道策略，率先实现RISC-V通用MCU商用落地

作者:单祥茹  来源:中国电子商情

发布时间:2019-08-23

在中国高性能通用微控制器领域处于领跑地位的兆易创新（GigaDevice）公司，近日大胆开启CPU双轨道发展策略，在行业内率先将开源指令集架构RISC-V引入到通用微控制器领域，正式推出全球首个基于RISC-V内核的GD32V系列32位通用MCU产品——GD32VF103系列，提供从芯片到程序代码库、开发套件、设计方案等完整工具链支持并持续打造RISC-V开发生态。

CPU芯片和操作系统是网信领域最基础的核心技术，中国在这方面常被比作“缺芯少魂”。然而，芯片设计门槛极高，只有少数企业能够承受中高端芯片的研发成本。诞生于2010年的RISC-V，是一个基于精简指令集原则的开源指令集架构（ISA），用户可自由免费地使用它进行CPU设计和开发，并添加自有指令集进行拓展，因此，极大地降低了处理器芯片的IP成本。近些年，有众多企业相继宣布推出了RISC-V指令集微处理器产品规划，兆易创新是业内第一个可实现产品批量供货的企业。随着GD32VF103系列等开源芯片的落地商用，不仅壮大了兆易创新国产CPU的产品阵营，按照中国工程院院士倪光南的话说，未来更有可能改变现有市场技术规则，从而在CPU领域形成Intel、arm、RISC-V三分天下的格局。

图1  GD32VF103系列RISC-V内核32位通用MCU首发现场

采用全面优化的RISC-V处理器内核

GD32VF103系列MCU采用全新的基于开源指令集架构RISC-V的Bumblebee处理器内核，是兆易创新携手国内RISC-V处理器内核IP和解决方案厂商芯来科技（Nuclei System Technology）面向物联网及其它超低功耗场景应用自主联合开发的一款商用RISC-V处理器内核。

Bumblebee内核采用32位RISC-V开源指令集架构并支持定制化指令，同时优化了中断处理机制。不仅配备了64位宽的实时计时器、可以产生RISC-V标准定义的计时器中断，还支持数十个外部中断源，具有16个中断级别和优先级，并支持中断嵌套和快速向量中断处理机制。低功耗管理可以支持两级休眠模式。内核支持标准JTAG接口及RISC-V调试标准，适用于硬件断点和交互式调试。Bumblebee内核也支持RISC-V标准的编译工具链，以及Linux/Windows图形化集成开发环境。

Bumblebee内核还设计了二级变长流水线微架构，配备精简的指令预取单元和动态分支预测器，并融入多种低功耗设计方法。能够以二级流水线的代价，达到传统架构三级流水线的性能和频率，实现了一流的能效比与成本优势。因此，GD32VF103系列MCU在最高主频下的工作性能可达153DMIPS，CoreMark测试表现优异，取得了360分，相比此前的GD32 Cortex-M3内核产品性能提升15%，动态功耗降低了50%，待机功耗更是降低了25%。

图2  GD32VF103系列RISC-V 内核32位通用MCU

多种产品组合扩大主流市场覆盖面

兆易创新执行副总裁、MCU事业部总经理邓禹在发布会现场表示：“微处理器产品的研发生产需要长时间的努力，兆易创新是国内最有资格做通用MCU的公司，一是我们在存储技术上有着多年的积累，拥有强大的Flash基因，这些为开发通用MCU打下了坚实的基础；二是在安全性、连结性、低功耗方面兆易创新也有丰富的经验；三是在生态系统建设上，兆易创新已经建立起方案商、生态推广商、技术支持服务商、大学计划等一条龙体系。”

同时，邓禹提出：“随着RISC-V体系在全球快速崛起，兆易创新在行业内首家推出基于RISC-V架构的32位通用MCU产品并持续打造RISC-V开发生态，将进一步满足市场对于开放性架构的差异化需求并有利于发挥成本优势，通过不断丰富完善的GD32 MCU‘百货商店’，持续为市场提供更多的技术选择。”

图3  GD32VF103系列RISC-V内核通用32位MCU产品线

根据兆易创新提供的产品信息，GD32VF103系列RISC-V MCU提供108MHz的运算主频，以及16KB到128KB的片上闪存和6KB到32KB的SRAM缓存，gFlash专利技术支持内核访问闪存高速零等待。其Bumblebee内核还内置了单周期硬件乘法器、硬件除法器和加速单元应对高级运算和数据处理的挑战。

芯片采用2.6V-3.6V供电，I/O口可承受5V电平。配备了1个支持三相PWM互补输出和霍尔采集接口的16位高级定时器可用于矢量控制，还拥有多达4个16位通用定时器、2个16位基本定时器和2个多通道DMA控制器。全新设计的中断控制器(ECLIC)提供了多达68个外部中断并可嵌套16个可编程优先级，以增强高性能控制的实时性。

为了满足广泛的主流应用，GD32VF103系列配备了多种外设资源，包含多达3个USART、2个UART、3个SPI、2个I2C、2个I2S、2个CAN2.0B和1个USB 2.0 FS OTG，以及外部总线扩展控制器(EXMC)。其中，全新设计的I2C接口支持快速Plus (Fm+)模式, 频率最高可达1 MHz (1MB/s)，是以往速度的两倍。外部总线扩展控制器（EXMC）更是方便连接NOR Flash，SRAM等外部存储器。

此外，GD32VF103系列还集成了2个采样率高达2.6M SPS的12位高速ADC，提供了多达16个可复用通道，并支持16-bit硬件过采样滤波功能和分辨率可配置功能，还拥有2个12位DAC。多达80%的GPIO具有多种可选功能还支持端口重映射，持续以灵活丰富的连接性满足主流开发应用需求。

GD32VF103系列为通用MCU产品，主要面向工业控制、消费电子、AIoT、边缘计算、人工智能以及垂直市场等领域。以AIoT为例，这是一个多样化、碎片化、差异化严重的市场。对于芯片行业而言，必须有足够的市场才能实现持续性发展。在2018年中国arm Cortex-M MCU市场排名中，兆易创新以9.4%的占有率位列ST、NXP之后排名第三。兆易创新此时选择首发GD32VF103系列产品，启用双赛道策略，也是希望借此大幅提高产品的市场覆盖度。兆易创新MCU产品市场总监金光一表示，最新推出的GD32VF103系列与基于arm内核的GD32F103系列完全兼容，打通了一个跨内核MCU互换的通道。这种跨越处理器内核的产品选型和设计切换将让工程师的设计工作变得灵活自如，代码移植还能有效缩短开发周期。接下来，兆易创新的目标是，争取每一个arm内核MCU均能对应推出一款RISC-V MCU产品。

持续打造的RISC-V开发生态

RISC-V指令集的开源属性有可能导致市场上出现大量非标产品，产品编译的工作量将非常大。因此，生态系统建设是RISC-V能否与x86和arm内核在市场上形成三足鼎立的局面的关键要素。兆易创新一直在为GD32生态系统提供丰富和完善的支持，包括多种开发板和应用软件在内的RISC-V开发生态也已准备就绪，GD32V系列产品的使用者可以利用全新的开发工具和程序代码库轻松实现设计构想。新增的开发工具包括GD32VF103V-EVAL全功能评估板以及GD32VF103R-START、GD32VF103C-START和GD32VF103T-START入门级学习板，可以分别对应四种不同封装和管脚，方便用户进行开发调试。另外还提供了GD32VF103-BLDC电机控制开发板、GD-LINK调试量产工具以及一系列来自合作伙伴的GD32 RISC-V终端设计方案。

据金光一介绍，兆易创新还联合芯来科技为GD32V系列MCU提供了免费集成开发环境Nuclei Studio。这个全新IDE基于开源的Eclipse架构，并集成了GCC、OpenOCD等RISC-V相关工具。用户可以快速上手并方便的完成代码编写、交叉编译、在线调试、程序烧写等一系列开发流程。第三方合作伙伴也提供了更多IDE和工具选择，包括Huawei IoT Studio、SEGGER J-Link V10及Embedded Studio等均已支持。嵌入式操作系统包括μC/OS II、FreeRTOS、RT-Thread、Huawei LiteOS等也已全面适配并可以直接连接至云。这些都极大程度的简化了开发难度。

作为GD32 MCU家族基于RISC-V内核的首个产品系列，全新的GD32VF103系列RISC-V MCU面向主流型开发需求，以均衡的处理效能和系统资源为RISC-V进入市场主流应用提供了高性价比的创新之选。首批产品共有14个型号，包括QFN36、LQFP48、LQFP64和LQFP100等4种封装类型选择，并完整保持了与现有arm内核产品在软件开发和引脚封装方面的兼容性。这种前所未有的创新性设计在GD32的arm内核产品与RISC-V内核产品之间搭建起快速通道，将进一步加速兆易创新在工业控制、消费电子、新兴IOT、边缘计算、人工智能及垂直行业等深嵌入式市场的布局。