基于FPGA与RISC-V的嵌入式系统设计
概述
RISC-V，这一CPU界的名校生，自出世以来就备受关注，如今基于RISC-V的处理器于雨后春笋般被推出。为了更多人参与RISC-V的设计，RISC-V基金会每年都会举办面向全球工程师的Soft CPU设计比赛，今年美国加州圣地亚哥的华人工程师Changyi Gu荣获冠军！这是他去年参加比赛获得季军后再夺桂冠！Changyi 也是我们硬禾的老朋友，在苏老师的盛情邀请下，他开源的8051核 - FP51-T，以及去年RISC-V比赛的获奖作品 - Reindeer都完美移植到了小脚丫FPGA上。Reindeer RISC-V软核设计精巧，性能强劲，工具完善，代码和资料全开源，用户可以自由扩展外设，还可以使用开源硬件领域最火爆的Arduino IDE开发程序，对新手来说非常友好。
清华出版社还邀请顾先生出版了这本《基于FPGA与RISC-V的嵌入式系统设计》，本书详细介绍了RISC-V指令集和其背后的设计思想，并在此基础上引入了一种称为FARM的软硬件开发模式，将FPGA同RISC-V CPU软核相结合，并利用Arduino与Make作为软件快速开发工具，有效地提高了开发效率，使系统设计具有更好的通用性和可移植性。
本书内容既有深度，亦有广度，对各类从事软硬件开发的科技人员会有很大的参考价值。对高校相关专业的学生，本书也是一部很好的教学资料。
除了上述有关软硬件的讨论之外，本书的作者还与硬禾的小脚丫FPGA的团队进行了合作，成功地将书中的大部分内容移植到了小脚丫FPGA旗下的STEP CYC10开发板上，并将相关的技术细节在书中做了详细陈述，以方便读者的动手实践。
RISC-V介绍
硬件平台STEP CYC10
STEP CYC10开发板介绍
小脚丫STEP-CYC10 是一款基于Intel Cyclone10设计的FPGA开发板。板卡尺寸只有72mm×40mm。核心FPGA芯片选用了Intel公司Cyclone 10 LP系列的10CL016YU256C8G，相比于前一代的Cyclone IV系列的FPGA，它的性能更强，功耗更低，板上的FPGA芯片资源达16000逻辑单元（LEs），同时该板卡最高支持10CL025YU256芯片。另外，板卡上集成了USB Blaster编程器、SDRAM、FLASH等多种外设。板上预留了PCIE子卡插座，你可以方便的进行扩展。
除了大容量资源之外，板上集成了SDRAM，非常适合RISC-V软核处理器的移植学习。
STEP CYC10结构框图
STEP CYC10板卡详细介绍
基于FPGA与RISC-V的新型嵌入式系统开发方式
经过美国PulseRain Technology与小脚丫团队的不懈努力，在小脚丫Cyclone10开发板上成功移植了PulseRain Reindeer RISC-V 软核，并且开发了配套Arduino IDE的板子支持包，使得用户可以通过Arduino开发环境直接对嵌入到FPGA中的RISC-V软核进行编程。
FPGA优秀的性价比和灵活性；开源硬件Arduino及其丰富的软件库；开源的编译器和工具链GNU；再加上如今热度空前的开源处理器RISC-V，形成了一种灵活快速的新型嵌入式开发方式FRAM: FPGA+Arduino+RISC-V+Make。
如上图所示，在FARM开发模式下，FPGA成为系统的核心芯片。在FPGA中会包含一个支持RISC-V的开源处理器软核 (RISC-V Soft CPU)。该处理器可以包含一个硬件逻辑实现的代码载入器 (Hardware Based Code Loader)。FPGA也会包含所有的（或大部分的）外部设备实现，这些外部设备和RISC-V通过总线相连。对于无法完全用FPGA实现的功能 (例如传感器），FPGA也会实现其控制部分或者数据的读写。
上图中RISC-V 软核的编程，可以通过两种方式。
- 对中小型的裸金属 (bare metal)系统，开发者可以直接在Arduino 集成开发环境下编程，并充分利用Arduino提供的软件支持库。编译结果也可以在集成环境下直接写入到FPGA上的RISC-V软核里。
- 当软件规模变大时，软件的配置和编译可以通过Make来实现，并执行和RISC-V软核配套的代码载入工具，下载编译结果。