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基于RISC-V单片机的图像采集存储系统设计
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作者 刘峰 孟令军 刘昕昊 《仪表技术与传感器》 北大核心 2025年第2期40-44,共5页
针对当前嵌入式图像抓拍存储系统体积大、功耗高,提出了一种体积小、功耗低、基于RISC-V单片机的图像采集存储系统。系统采用RISC-V架构的单片机CH565W作为系统主控,使用CMOS传感器作为图像采集前端,使用eMMC芯片作为图像存储介质。系... 针对当前嵌入式图像抓拍存储系统体积大、功耗高,提出了一种体积小、功耗低、基于RISC-V单片机的图像采集存储系统。系统采用RISC-V架构的单片机CH565W作为系统主控,使用CMOS传感器作为图像采集前端,使用eMMC芯片作为图像存储介质。系统测试结果表明:上位机可以实时显示分辨率为1 600 pixel×1 200 pixel、帧率为15 fps的视频,系统在低功耗模式下功耗为6.5 mW,系统正常工作时,整机功耗为750 mW,图像数据的平均存储速率为3.43 MB/s。 展开更多
关键词 risc-v CH565W 嵌入式 低功耗
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面向RISC-V平台的安全高效固件可信平台模块设计与实现
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作者 王杰 王鹃 《电子与信息学报》 北大核心 2025年第7期2385-2395,共11页
可信平台模块(TPM)作为提升系统安全性的核心技术,能够提供基于硬件的密钥管理、可信启动和远程认证等安全功能。然而,当前RISC-V平台普遍缺乏TPM支持,限制了其在嵌入式和云计算场景中的安全能力。为解决这一问题,该文设计并实现了RfTP... 可信平台模块(TPM)作为提升系统安全性的核心技术,能够提供基于硬件的密钥管理、可信启动和远程认证等安全功能。然而,当前RISC-V平台普遍缺乏TPM支持,限制了其在嵌入式和云计算场景中的安全能力。为解决这一问题,该文设计并实现了RfTPM——一种面向RISC-V平台的固件可信平台模块(fTPM)架构,无需额外硬件单元或安全扩展即可提供等效的安全功能。针对执行隔离、可信启动、高效通信和安全时钟等关键挑战,在RfTPM中,该文提出了创新解决方案,包括:基于RISC-V物理内存保护(PMP)机制的内存隔离以及结合DRAM物理不可克隆函数(PUF)与Flash锁定的静态数据保护、基于延迟度量扩展的可信启动机制、基于动态权限交换页的高效通信机制以及基于RISC-V硬件计时器的细粒度安全时钟。该文构建了RfTPM的原型系统,对其进行了安全性分析并在Genesys2 FPGA平台模拟的Rocket Core上进行了性能测试。实验结果表明,RfTPM在保证安全性的同时在大多数TPM命令处理中有比较显著的性能优势。 展开更多
关键词 可信平台模块 固件可信平台模块 risc-v 可信启动
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用于低间隔加速部件控制的多线程无中断RISC-V处理器 被引量:1
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作者 张伟伟 陈虎 《计算机工程与科学》 北大核心 2025年第5期787-796,共10页
为满足控制低间隔加速部件的需求,提出了一种多线程无中断的RV32I微处理器(MIRV)结构和相关软件系统。MIRV采用六级流水线单发射顺序执行结构,结合数据重定向技术解决了线程内指令间的大部分数据冲突问题。硬件支持4个线程的寄存器组和... 为满足控制低间隔加速部件的需求,提出了一种多线程无中断的RV32I微处理器(MIRV)结构和相关软件系统。MIRV采用六级流水线单发射顺序执行结构,结合数据重定向技术解决了线程内指令间的大部分数据冲突问题。硬件支持4个线程的寄存器组和程序计数器,采用粗粒度线程调度机制,能够在线程内数据冲突和控制冲突无法解决时实现零时间开销的线程切换。还提出了硬件与软件统一的信号机制,利用特定CSR寄存器实现线程对外部加速部件信号的等待和快速唤醒,通过软件信号处理实现多线程同步与互斥。MIRV综合后包含1811个LUT,主频为210 MHz。与PicoRV32和DarkRISCV相比,MIRV主频较高且拥有较为优秀的性能。在MK7160FA开发板上使用C语言实现了基于生产者-消费者模型的流水灯控制测试案例,在该实验中,从硬件定时器发出信号到软件产生外部LED的控制信号仅需要10个时钟周期,验证了MIRV对外部硬件事件信号的低延迟响应能力。MIRV具备较低的硬件资源占用量、优异的性能和高级语言编程能力,可作为多种低间隔加速部件的控制器。 展开更多
关键词 低间隔 多线程 无中断支持 risc-v 微控制器
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NA-ROB:基于RISC-V超标量处理器的改进 被引量:1
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作者 景超霞 刘杰 +1 位作者 李洪奎 刘红海 《计算机应用研究》 北大核心 2025年第2期519-522,共4页
重排序缓存(ROB)是超标量处理器中的重要模块,用于确保乱序执行的指令能够正确地完成和提交。然而,在大规模超标量处理器中,存在ROB阻塞以及ROB容量有限的问题。为了解决上述问题并提高处理器性能,提出了零寄存器分配策略,通过将没有目... 重排序缓存(ROB)是超标量处理器中的重要模块,用于确保乱序执行的指令能够正确地完成和提交。然而,在大规模超标量处理器中,存在ROB阻塞以及ROB容量有限的问题。为了解决上述问题并提高处理器性能,提出了零寄存器分配策略,通过将没有目的寄存器的指令单独存储来避免占用ROB表项。同时,引入容量可动态调整的缓存结构(AROB),将长延时指令与普通指令分别存储在ROB和AROB中,以降低长延时指令导致的阻塞。改进后的超标量处理器被命名为NA-ROB,经过SPEC 2006基准测试程序的实验评估,结果表明,NA-ROB超标量处理器相比于传统的ROB超标量处理器,平均IPC提升了66%,同时ROB的阻塞概率降低了48%。因此,所提出的改进方法显著提升了处理器的整体性能和效率。 展开更多
关键词 risc-v指令集 超标量处理器 ROB AROB 零寄存器分配策略
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基于RISC-V的农田智能灌溉控制系统研究
5
作者 王猛 王凯 +4 位作者 张杰 杨张青 赵巧丽 秦一浪 李国强 《农机化研究》 北大核心 2025年第5期51-58,共8页
为提高农田灌溉水分利用率,明确不同土质对灌溉量的影响,利用RISC-V架构芯片构建了一种基于模型的灌溉控制系统。该系统以GD32VF103VBT6芯片为核心MCU,包括主控制器、通信、传感器、灌溉量计算和安全作业等功能模块。通过量化不同类型... 为提高农田灌溉水分利用率,明确不同土质对灌溉量的影响,利用RISC-V架构芯片构建了一种基于模型的灌溉控制系统。该系统以GD32VF103VBT6芯片为核心MCU,包括主控制器、通信、传感器、灌溉量计算和安全作业等功能模块。通过量化不同类型土壤水分运移动态的差异,依据土壤中沙粒、黏粒等组分比例,构建了适用于不同土壤质地的灌溉量估算模型。系统结合土壤墒情传感器获取的田间实时墒情数据,计算各轮灌区域最佳灌溉量,并根据灌溉量控制各灌区电磁阀开启时间,实现自动灌溉。该系统具有测墒灌溉、远程控制、水肥一体化灌溉、自动化轮灌等功能。研究结果表明:与传统农户经验灌溉方式相比,该系统能够显著降低作物灌溉量17.3%,但对籽粒产量的影响较小,仅降低了0.16%;与土壤水分动态平衡模型相比,该系统灌溉量降低了9.2%,产量提高了0.19%。此系统的研究和应用在保证作物产量稳定的前提下,能有效降低农田灌溉量,对发展智慧节水农业有重要意义。 展开更多
关键词 灌溉控制系统 risc-v 土壤质地 节水灌溉 灌溉量模型
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规则导向的ARM到RISC-V intrinsics函数迁移
6
作者 蒲文濠 朱家鑫 +1 位作者 陈伟 李慧 《广西大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期336-348,共13页
RISC-V是当前学术界与产业界重点关注的新一代精简指令集架构,为了加速RISC-V软件生态的构建,将ARM架构软件移植到RISC-V架构是一种高效且实用的策略。其中intrinsics函数作为优化代码的常用方式之一被广泛使用。针对现有ARM NEON intri... RISC-V是当前学术界与产业界重点关注的新一代精简指令集架构,为了加速RISC-V软件生态的构建,将ARM架构软件移植到RISC-V架构是一种高效且实用的策略。其中intrinsics函数作为优化代码的常用方式之一被广泛使用。针对现有ARM NEON intrinsics函数迁移工具适配版本低、覆盖函数少、适用软件范围有限等问题,提出一种基于ARM NEON到RISC-V向量扩展的完整数据类型映射与1 618条intrinsics函数映射关系的迁移方法,有效弥补了现有ARM NEON intrinsics函数迁移领域的不足。实验结果表明,所建立的映射关系覆盖各类软件中常用的intrinsics函数,能有效满足广泛的各类软件包迁移需求。基于该映射关系,提出了相应的自动迁移方法,实现了不修改或仅修改少量代码的迁移效果。 展开更多
关键词 risc-v ARM NEON RVV intrinsics函数 软件迁移 函数迁移
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在RISC-V双核上构建轻量级可信执行环境
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作者 张龙 唐佳绩 +2 位作者 郑兴建 刘畅 杨峰 《信息安全研究》 北大核心 2025年第6期500-510,共11页
随着物联网技术的快速发展,资源受限的嵌入式物联网设备在信息安全方面面临的挑战尤为严峻.可信执行环境(trusted execution environment,TEE)为解决终端设备的信息安全问题提供了一种有效的途径.它通过将系统划分为安全区域和普通区域... 随着物联网技术的快速发展,资源受限的嵌入式物联网设备在信息安全方面面临的挑战尤为严峻.可信执行环境(trusted execution environment,TEE)为解决终端设备的信息安全问题提供了一种有效的途径.它通过将系统划分为安全区域和普通区域,并采用内存访问权限控制等手段,确保安全应用软件与普通应用软件的分离运行,从而有效提升了系统的整体安全性.针对安全应用软件的可信隔离运行问题,提出了一种基于RISC-V双核的轻量级TEE片上系统SoC解决方案,该方案利用物理内存保护(physical memory protection,PMP)机制实现可信隔离运行;为了阻止普通区域应用程序对安全区域资源的未授权访问,提出一种低资源占用的输入输出物理内存保护(input output physical memory protection,IOPMP)设计方案,该方案通过物理地址访问防火墙机制阻止未授权访问;同时针对安全区与普通区之间消息的高效传递的问题,提出了一种基于“消息队列+中断”机制的Mailbox通信方案.实验结果表明,该方案在硬件资源消耗方面低于同类设计,功耗仅为0.256 W,降低了14%;在TEE CPU的CoreMark测试中,得分达到了2.40CoreMark MHz,是同类设计性能的2倍. 展开更多
关键词 可信执行环境 双核SoC risc-v PMP IOPMP MAILBOX
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基于多操作数的RISC-V指令集设计与功能优化方法
8
作者 张钰儿 席宇浩 刘鹏 《计算机工程与科学》 北大核心 2025年第6期968-975,共8页
RISC-V架构凭借其开放性和模块化的指令集架构(ISA)设计,为特定应用及其软件生态系统的定制指令集成提供了良好支持,使其能够高效处理复杂算法并执行重复性操作。然而,由于操作数数量的限制,为RISC-V处理器设计加速指令仍面临挑战。传... RISC-V架构凭借其开放性和模块化的指令集架构(ISA)设计,为特定应用及其软件生态系统的定制指令集成提供了良好支持,使其能够高效处理复杂算法并执行重复性操作。然而,由于操作数数量的限制,为RISC-V处理器设计加速指令仍面临挑战。传统处理器加速方法通常采用“2输入1输出”模型,这在一定程度上限制了复杂操作的灵活性与执行效率。为突破该限制,提出了一种多操作数增强指令集的设计方法。该方法通过引入多操作数加速机制,突破了传统模型的结构性约束,为多输入多输出任务提供了灵活的指令接口。为验证所提机制的有效性,基于Western Digital开源的RISC-V VeeR EH1处理器核实现了该设计,并在FPGA平台上进行了基准测试,涵盖SHA-256,SHA-1以及FIR/IIR滤波器等典型算法。实验结果表明,在FPGA平台上的逻辑资源开销控制在3%以内的情况下,处理器性能最高提升可达14%。与传统“2输入1输出”加速方法相比,所提出的增强指令集设计能够显著提升RISC-V在复杂任务处理中的性能,展示了其在嵌入式计算和专用加速领域的潜在优势。 展开更多
关键词 risc-v 自定义指令 软硬件协同设计
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基于RISC-V向量扩展的图像预处理加速方法
9
作者 刘强 尹蔚 李凯 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第4期1074-1084,共11页
作为卷积神经网络(CNN)计算的前序步骤,图像预处理不可或缺又非常耗时。为加速图像预处理,提出一种基于RISC-V向量扩展的加速方法,对灰度化、标准化、高斯滤波等11种图像预处理算法进行加速。从计算模式上将11种图像预处理算法归为4类,... 作为卷积神经网络(CNN)计算的前序步骤,图像预处理不可或缺又非常耗时。为加速图像预处理,提出一种基于RISC-V向量扩展的加速方法,对灰度化、标准化、高斯滤波等11种图像预处理算法进行加速。从计算模式上将11种图像预处理算法归为4类,并基于RISC-V向量扩展对各类图像预处理算法设计了加速方案;为进一步提高性能,新增6条自定义的向量指令,并通过修改编译器和设计硬件模块实现了6条自定义向量指令;使用现场可编程门阵列(FPGA)进行测试,并分析了向量处理器配置对性能和资源消耗的影响。结果显示:所提方法相比标量处理器实现了3.13~9.97倍的加速效果,可有效解决图像预处理在深度学习过程中的性能瓶颈问题。 展开更多
关键词 卷积神经网络 预处理 risc-v 向量扩展 算法加速
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支持FPGA动态重构的RISC-V扩展指令集设计与实现
10
作者 周炫锦 蔡刚 黄志洪 《计算机工程》 北大核心 2025年第5期229-238,共10页
目前实现动态重构的常用方法是通过片上接口进行配置,一般采用现场可编程门阵列(FPGA)官方提供的动态重构控制知识产权(IP)核,并通过系统总线与处理器相连。这种方法会占用较多静态部分的逻辑资源,并且限制了片上接口的运行频率。针对... 目前实现动态重构的常用方法是通过片上接口进行配置,一般采用现场可编程门阵列(FPGA)官方提供的动态重构控制知识产权(IP)核,并通过系统总线与处理器相连。这种方法会占用较多静态部分的逻辑资源,并且限制了片上接口的运行频率。针对这些问题,提出将FPGA抽象为大规模存储器的设计理念,构建DPRC动态重构控制指令集及配套应用程序编程接口(API),以优化逻辑资源占用量,消除缓冲延迟。指令集的实现以原有RV32IMC为基础,采用微指令序列控制片上接口部分,通过与数据通路紧密耦合来减少逻辑资源使用量,使用参数化多周期方案优化时序并确保通用性。实验结果表明,与传统方法相比,该系统中动态重构功能相关逻辑资源占用量减少84%,频率提高312%。相较于原有处理器,添加扩展指令集后处理器自身资源占用量仅增加5%,最差情况下扩展部分对时钟周期的影响小于0.2 ns,表明该动态重构控制方案具有低成本、高主频的特性。 展开更多
关键词 risc-v指令集 扩展指令集 动态重构 FPGA技术 大规模存储器
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基于指令扩展的RISC-V可配置故障注入检测方法
11
作者 刘强 李一可 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第1期43-52,共10页
针对处理器运行时受到故障攻击出现的数据流错误,提出了一种面向RISC-V处理器微架构的模式可配置故障注入检测方法。该方法基于RISC-V指令集架构,利用其可扩展性添加带模式配置的自定义算术逻辑运算指令和控制与状态寄存器,以软硬件结... 针对处理器运行时受到故障攻击出现的数据流错误,提出了一种面向RISC-V处理器微架构的模式可配置故障注入检测方法。该方法基于RISC-V指令集架构,利用其可扩展性添加带模式配置的自定义算术逻辑运算指令和控制与状态寄存器,以软硬件结合的方式同时实现算术逻辑运算和故障注入检测。在软件层面,通过写寄存器指令将配置信息写入自定义的控制与状态寄存器,配置自定义指令的故障注入检测模式,包括信息冗余和时间冗余2种故障注入检测模式及其参数;在硬件层面,实现了支持模式可配置故障注入检测方法的RISC-V处理器微架构。采用仿真器命令模拟故障注入,验证扩展后的RISC-V处理器的功能正确性与故障注入检测能力。实验结果表明:当信息冗余模式和时间冗余模式的应用频率相同时,模式可配置方法相较于单信息冗余方法,平均故障检测率提高13.34%,引入4.4%的平均资源开销;相较于单时间冗余方法,降低了8.24%的平均时间开销,故障检测率降低了13.33%。所提模式可配置方法可以实现故障检测率和时间开销的折中,适用于不同安全性和性能需求的应用场景。 展开更多
关键词 硬件安全 故障注入攻击对策 故障注入检测 risc-v处理器 指令扩展
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面向RISC-V的基础数学库实现 被引量:2
12
作者 李飞 郭绍忠 +3 位作者 郝江伟 侯明 宋广辉 许瑾晨 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1633-1647,共15页
RISC-V指令集架构(Instruction Set Architecture,ISA)作为一种新兴的精简ISA,因免费、开源、自由等特点而得到快速发展.由于国内外对RISC-V的研究主要集中在硬件开发,软件生态相较于成熟ISA还很薄弱,实现一套RISC-V指令集高性能基础数... RISC-V指令集架构(Instruction Set Architecture,ISA)作为一种新兴的精简ISA,因免费、开源、自由等特点而得到快速发展.由于国内外对RISC-V的研究主要集中在硬件开发,软件生态相较于成熟ISA还很薄弱,实现一套RISC-V指令集高性能基础数学库可以进一步丰富RISC-V软件生态.本文基于自动化移植技术实现申威数学库到RISC-V的移植,为RISC-V指令架构提供首个使用向量指令优化的基础数学库系统.本文提出向量寄存器自动分支查表法与路径标记插入法,重点解决不同架构间寄存器映射过程中的寄存器复用问题,实现寄存器正确高效映射,并依据不同指令等价转换策略自动化移植数学函数69个.测试结果表明,RISC-V基础数学库函数可实现正确计算,最大误差为1.90ULP,函数性能平均为157.03节拍. 展开更多
关键词 risc-v 申威 汇编 向量 数学库 自动化移植
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基于RISC-V的超标量处理器的ROB压缩方法 被引量:1
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作者 王洁 付丹阳 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2024年第7期1185-1192,共8页
RISC-V指令集具有灵活可扩展的优势,向量扩展是其扩展指令集之一。在实现向量扩展时需要将向量指令拆分成多条微指令,如果每条微指令都占用一项重排序缓存(ROB),会存在一定的信息冗余,并且会减少CPU中并行执行的指令(in-flight指令)数量... RISC-V指令集具有灵活可扩展的优势,向量扩展是其扩展指令集之一。在实现向量扩展时需要将向量指令拆分成多条微指令,如果每条微指令都占用一项重排序缓存(ROB),会存在一定的信息冗余,并且会减少CPU中并行执行的指令(in-flight指令)数量,影响处理器性能。基于指令与微指令在ROB中的存储解耦方法,使用一个新的队列(RAB)存储每条微指令的目的寄存器的重命名映射关系等信息,每项ROB只存储其对应指令拆分的微指令的公共信息,ROB与RAB分别控制指令与微指令的提交与回滚,减少了存储信息冗余,缓解了由向量指令拆分的微指令过多导致的in-flight指令数量减少问题。在上述方法的基础上,同时实现了标量指令的ROB压缩,在ROB项数不变的情况下,增加了in-flight指令的最大数量。最终的仿真结果表明,此方法有效提高了处理器性能。 展开更多
关键词 risc-v 超标量 处理器 ROB压缩
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基于RISC-V的IOMMU设计
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作者 王镇道 班贵龙 +1 位作者 胡锦 焦旭峰 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期187-194,共8页
在半导体技术受到管控的背景下,实现芯片的完全自主可控已成为现今半导体技术发展的重点.由于RISC-V具有开源、应用广泛的特性,研究RISC-V架构对于我国微处理器的自主可控具有重要研究意义.在微处理器系统中,由于物理资源的有限性和直... 在半导体技术受到管控的背景下,实现芯片的完全自主可控已成为现今半导体技术发展的重点.由于RISC-V具有开源、应用广泛的特性,研究RISC-V架构对于我国微处理器的自主可控具有重要研究意义.在微处理器系统中,由于物理资源的有限性和直接访问存储可能潜在危害,DMA访问I/O设备时将会受到诸多限制,从而影响访问性能.目前主流的方法是通过将I/O事务虚拟化,可以很好地解决这一问题.本文首次提出了一种基于RISC-V的I/O虚拟化架构,极大地加速了I/O访问进程,仅花费几个时钟周期就可快速完成I/O设备对内存的DMA请求.本设计将来可以作为IP,集成到RISC-V架构的处理器中,加速I/O设备对内存的访问. 展开更多
关键词 虚拟化 缓存 risc-v
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RISC-V特权架构配置的硬件实现影响研究 被引量:2
15
作者 闫润 黄立波 +3 位作者 成元虎 杨凌 兰孟桥 张京 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2024年第4期1018-1024,共7页
RISC-V指令集的模块化设计,能够适用于从低功耗设备到高性能处理器等多个领域.RISC-V特权架构涵盖了系统中除非特权指令集以外的所有内容,包括特权指令以及运行操作系统和连接外部设备所需的附加功能.基于特权架构,分为32位和64位两类,... RISC-V指令集的模块化设计,能够适用于从低功耗设备到高性能处理器等多个领域.RISC-V特权架构涵盖了系统中除非特权指令集以外的所有内容,包括特权指令以及运行操作系统和连接外部设备所需的附加功能.基于特权架构,分为32位和64位两类,涵盖特权等级、异常处理、物理内存保护、基于页面的虚拟内存和性能计数器等模块的32种配置,探索特权架构配置在不同应用场景下对功能和硬件资源开销的影响.在实现方式上,采用参数化配置来选择系统的特权架构.实验结果表明,根据配置的特权架构不同,在采用相同非特权体系结构的情况下,最多会有28.63%的面积和40.83%的功耗差异. 展开更多
关键词 risc-v 特权架构 配置性 面积 功耗 微处理器
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面向RISC-V适配开发的x86 built-in函数转换方法 被引量:1
16
作者 丁志远 朱家鑫 +1 位作者 吴国全 王伟 《广西大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第3期620-636,共17页
新兴架构RISC-V的生态建设需要将其他架构函数或软件包向RISC-V架构迁移适配。在研究GCC特定架构适配的built-in函数向RISC-V架构迁移时,提出一套x86到RISC-V的built-in函数转换方法,对于非扩展指令集(属非向量类型)built-in函数,采用RI... 新兴架构RISC-V的生态建设需要将其他架构函数或软件包向RISC-V架构迁移适配。在研究GCC特定架构适配的built-in函数向RISC-V架构迁移时,提出一套x86到RISC-V的built-in函数转换方法,对于非扩展指令集(属非向量类型)built-in函数,采用RISC-V架构下相同功能的built-in或标准库函数替代;对于SSE扩展指令集built-in函数,建立数据类型映射和向量函数操作映射实现向RISC-V架构向量扩展函数或标准库函数的迁移,其中RVV函数迁移方式占比67%。实验结果表明:方法迁移的程序功能正确,方法有效。本文方法对其他扩展指令集built-in函数的迁移提供了指导,且与现有工作相比,更易扩展、覆盖面更广。 展开更多
关键词 函数迁移 built-in函数 指令扩展集 risc-v迁移
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基于RISC-V指令扩展方式的国密算法SM2、SM3和SM4的高效实现 被引量:1
17
作者 王明登 严迎建 +1 位作者 郭朋飞 张帆 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2850-2865,共16页
基于指令扩展的密码算法实现是兼顾性能和面积的轻量级实现方式,特别适用于日益普及的物联网设备.SM2、SM3和SM4等国密算法有利于提高自主可控设备的安全性,但针对这些算法进行指令扩展的相关研究还不够充分.RISC-V由于其开源、简洁及... 基于指令扩展的密码算法实现是兼顾性能和面积的轻量级实现方式,特别适用于日益普及的物联网设备.SM2、SM3和SM4等国密算法有利于提高自主可控设备的安全性,但针对这些算法进行指令扩展的相关研究还不够充分.RISC-V由于其开源、简洁及可扩展等优点已成为业界最流行的指令集架构之一,本文主要基于国产开源RISC-V处理器对国密算法SM2、SM3和SM4进行指令扩展和高效实现.本文基于软硬件协同的理念提出总体指令的扩展方案.对相关密码算法进行深入分析和方案对比,分别设计了硬件单元,提出高效的实现方式.设计实现的协处理器具有2级流水线结构,顺序派遣、乱序执行和顺序写回的指令执行模式,以及独立内存访问单元和大位宽寄存器.协处理器统一接管了密码算法的部分控制逻辑,降低硬件资源消耗.实验结果表明,本文设计的密码协处理器硬件结构精简,资源利用率高.SM2、SM3和SM4算法占用资源少,但执行速率相比纯硬件有一定程度下降,资源面积和花费时间的乘积与其他相关文献相比有不同程度的优势. 展开更多
关键词 risc-v 协处理器 国密算法 指令扩展 蜂鸟E203 嵌入式系统
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映射字典导向的64位ARM到RISC-V汇编翻译
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作者 贾金成 朱家鑫 +2 位作者 唐震 王志鹏 王伟 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2024年第8期2041-2048,共8页
RISC-V是一个新兴开放的精简指令集架构,采用模块化设计,具有精简、可靠且支持多平台的优点.RISC-V指令集架构的推广需要其软件生态的支撑,但目前RISC-V的软件生态还不够丰富,亟需建设,软件生态建设过程中需要将其他架构的软件向RISC-V... RISC-V是一个新兴开放的精简指令集架构,采用模块化设计,具有精简、可靠且支持多平台的优点.RISC-V指令集架构的推广需要其软件生态的支撑,但目前RISC-V的软件生态还不够丰富,亟需建设,软件生态建设过程中需要将其他架构的软件向RISC-V架构迁移适配,现有的ARM到RISC-V汇编迁移辅助工具还不够成熟,存在寄存器使用错误、程序分支控制错误等诸多问题.因此,本文设计和实现了一个64位ARM到RISC-V的汇编翻译工具,通过设计指令映射字典将指令映射关系与工具的其他模块松耦合,实现了工具的高拓展性;根据两种架构的应用二进制接口差异设计了寄存器映射字典,充分利用了RISC-V的寄存器与内存资源.与现有工具相比,本工具更易拓展,并且支持更多指令类型. 展开更多
关键词 risc-v ARM 汇编语言 软件移植
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基于RISC-V内核的UHF RFID阅读器SoC设计 被引量:1
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作者 韩宇昕 卜刚 郭钰 《计算机工程与设计》 北大核心 2024年第5期1588-1594,共7页
为降低RFID阅读器产品设计的难度和结构复杂度,设计一款符合ISO/IEC 18000-6C协议的RFID阅读器SoC。系统用硬件实现协议中对于阅读器要求的脉冲间隔码模块、循环冗余编码/校验模块、FM0码/Miller码解码模块等。(有歧义)选用开源RISC-V... 为降低RFID阅读器产品设计的难度和结构复杂度,设计一款符合ISO/IEC 18000-6C协议的RFID阅读器SoC。系统用硬件实现协议中对于阅读器要求的脉冲间隔码模块、循环冗余编码/校验模块、FM0码/Miller码解码模块等。(有歧义)选用开源RISC-V内核蜂鸟E203提供控制和用户可编程空间。编写基于FreeRTOS实时嵌入式操作系统的SoC配套软件。经过测试,该设计能够在FPGA芯片内正常运行,实现符合协议对阅读器通信要求的相关操作,能够支持二次开发实现除RFID通信外的其它操作。 展开更多
关键词 射频识别技术 risc-v内核 阅读器 FPGA原型机 专用集成电路 片上系统 ICB总线
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SeChain:基于国密算法的RISC-V安全启动机制设计与实现
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作者 芮志清 梅瑶 +4 位作者 陈振哲 吴敬征 凌祥 罗天悦 武延军 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期1458-1475,共18页
开源RISC-V指令集为我国建立自主可控物联网生态提供了重大机遇.然而,物联网设备通常缺乏硬件加固措施,容易遭受物理级的固件篡改攻击,因此保障固件完整性以提高设备安全性至关重要.为此,已有基于安全启动技术的初步探索,但仍存在3个问... 开源RISC-V指令集为我国建立自主可控物联网生态提供了重大机遇.然而,物联网设备通常缺乏硬件加固措施,容易遭受物理级的固件篡改攻击,因此保障固件完整性以提高设备安全性至关重要.为此,已有基于安全启动技术的初步探索,但仍存在3个问题:1)传统软件信任根难以保证物理级可靠性;2)主流硬件级安全启动技术被国际芯片厂商掌握,技术未公开且不支持国密算法,无法保证安全自主可控;3)已有基于RISC-V CPU的安全启动研究缺乏对上层固件的校验机制.为解决上述3个问题,首次设计并实现基于国密SM9算法的RISC-V安全启动机制——SeChain.具体而言:1)在RISC-V SoC内部增加了签名计算单元(signature calculation unit,SCU),实现密钥对生成与签名;2)增加了密钥验证单元(key verification unit,KVU),实现验证算法的片内执行及固件完整性验证;3)设计实现基于验证引导的多级安全启动机制,从不可篡改的硬件信任根出发,逐级完成引导程序的完整性校验.基于上述设计,SeChain实现了信任根的不可篡改和安全可信,构造了一个可信的安全启动链,基于国密SM9算法为设备的安全启动和可信执行提供可靠保障.为了验证SeChain的有效性、高效性和可靠性,基于VexRiscv CPU在FPGA硬件平台完成了SeChain仿真验证实验.实验结果表明,SeChain能够有效抵御各类固件篡改攻击,并能对抗信任根攻击,且平均额外时间开销不超过6.47 s.SeChain适用于资源受限的IoT设备,在满足安全可信启动的同时,能为国产RISC-V生态的安全自主可控提供有力保障. 展开更多
关键词 可信计算 物联网安全 安全启动 SM9国密算法 risc-v
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