RISC-V技術(shù)及生態(tài)專題前言①

武延軍, 宋 威, 張 科, 邢明杰

1(中國科學(xué)院 軟件研究所, 北京 100190)

2(中國科學(xué)院 信息工程研究所, 北京 100093)

3(中國科學(xué)院 計算技術(shù)研究所, 北京 100190)

4(中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

從RISC-V指令集的誕生到現(xiàn)在已經(jīng)歷了10多個年頭. 國內(nèi)的企業(yè)和科研機構(gòu)也已從最開始的觀望逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃咏蛹{和積極推動這一新的開放體系架構(gòu).秉承去年第一屆專題的初衷, 今年我們再一次組織RISC-V技術(shù)及生態(tài)的研討, 記錄、探討和推廣國內(nèi)產(chǎn)業(yè)和學(xué)術(shù)界在RISC-V相關(guān)問題上的最新進展和貢獻.

今年的專題完全采取了自由投稿的方式, 收到8篇投稿, 在篇數(shù)上和去年持平. 其中7篇通過了形式審查. 特約編輯先后邀請了10多位相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覅⑴c審稿工作, 每篇投稿至少邀請2位專家進行評審. 稿件經(jīng)初審、多輪復(fù)審、終審, 并在RISC-V技術(shù)及生態(tài)研討會上進行報告, 最終有6篇論文入選本專題. 這些論文涵蓋了RISC-V平臺的性能優(yōu)化、基礎(chǔ)軟件改進、架構(gòu)安全測試和嵌入式系統(tǒng)教學(xué)等諸多方面的內(nèi)容.

Kubernetes作為集群容器編排管理平臺, 已廣泛應(yīng)用于各種容器化服務(wù)場景. 論文“基于Kubernetes的RISC-V異構(gòu)集群云任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)”針對當(dāng)前Kubernetes不能調(diào)度RISC-V指令集架構(gòu)的計算任務(wù), 尤其是現(xiàn)有調(diào)度算法無法利用RISC-V用戶自定義擴展指令集架構(gòu)特性提供高性能可靠服務(wù)的問題, 提出一種基于Kubernetes異構(gòu)指令集感知的集群調(diào)度系統(tǒng), 可以提高集群調(diào)度正確性和資源利用率.

QEMU作為在硬件平臺就緒之前開發(fā)內(nèi)核和驅(qū)動的標(biāo)準(zhǔn)虛擬環(huán)境, 對RISC-V生態(tài)的發(fā)展有著重要作用. 論文“基于地址空間標(biāo)識符的QEMU動態(tài)跳轉(zhuǎn)優(yōu)化”針對QEMU現(xiàn)有的兩級翻譯塊緩存存在翻譯效率低下的問題, 提出了通過引入空間標(biāo)識符來記錄內(nèi)存頁的版本信息, 實現(xiàn)了內(nèi)存頁映射的動態(tài)監(jiān)測并減少了頁表的運行時查詢頻次, 最終降低了基本塊地址翻譯的性能開銷.

二進制程序體積偏大是限制RISC-V架構(gòu)被用于(超)小內(nèi)存嵌入式系統(tǒng)的一個根本障礙. 在現(xiàn)有壓縮指令集擴展(RVC)的基礎(chǔ)上, 最新的Zce子擴展有望進一步壓縮程序體積. 論文“基于鏈接器的RISC-V字加載指令優(yōu)化”將Zce子擴展實現(xiàn)在了LLVM的鏈接器LLD中, 并發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的Zce擴展方式未能發(fā)揮其最大的指令壓縮能力, 為社區(qū)進一步優(yōu)化二進制程序體積指明了很好的前進方向.

調(diào)試器是軟件開發(fā)過程中的一個重要部件, 而現(xiàn)有的RISC-V調(diào)試方案存在性能低、部署成本高以及二次開發(fā)難度大等問題. 在論文“基于輕量化遠程過程調(diào)用的RISC-V調(diào)試協(xié)議棧方案”中, 作為國產(chǎn)RISC-V處理器的先行者, 芯來科技提出了基于異步I/O、模塊化和輕量級RPC的調(diào)試協(xié)議棧方案, 顯著提高了調(diào)試器的性能, 并降低了開發(fā)、維護和測試成本.

內(nèi)存安全是計算機安全的一個重要組成部分, 然而處理器的內(nèi)存安全評估一直是一個難解的問題. 論文“跨平臺內(nèi)存安全測試集設(shè)計”設(shè)計了一個兼具綜合性和可移植性的內(nèi)存安全測試框架, 并開源了含有160項測例的初始測試集, 覆蓋了內(nèi)存的時空安全性、訪問控制、指針和控制流完整性等方面, 并在 x86-64和RISC-V兩個架構(gòu)上完成了測試.

隨著RISC-V架構(gòu)在嵌入式系統(tǒng)中的快速發(fā)展, 針對RISC-V的系統(tǒng)教學(xué)成為了一個亟待解決的問題. 論文“基于RISC-V處理器內(nèi)核微控制器的智能教學(xué)平臺”在沁恒微電子RISC-V架構(gòu)CH32V307微控制器所支持的通用嵌入式計算機生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上, 針對高等學(xué)校嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)和技術(shù)培訓(xùn)的現(xiàn)實需求,設(shè)計實現(xiàn)了一套嵌入式系統(tǒng)智能教學(xué)平臺并編寫了大量的教學(xué)實驗, 這對嵌入式系統(tǒng)教育教學(xué)領(lǐng)域具有借鑒意義.

本專題主要面向RISC-V軟硬件相關(guān)的研究人員和工程人員, 內(nèi)容涵蓋了體系結(jié)構(gòu)、安全、編譯器、自動化測試、嵌入式應(yīng)用等領(lǐng)域, 反映了我國學(xué)者在相關(guān)領(lǐng)域的最新研究進展. 感謝《計算機系統(tǒng)應(yīng)用》編委會對專題工作的指導(dǎo)和幫助, 感謝專題全體評審專家及時、耐心、細致的評審工作, 感謝踴躍投稿的所有作者. 希望本專題能夠?qū)ISC-V相關(guān)領(lǐng)域的研究工作有所促進.