RISC-V技術及生態(tài)專題前言①

武延軍, 宋 威, 張 科, 邢明杰

1(中國科學院 軟件研究所, 北京 100190)

2(中國科學院 信息工程研究所, 北京 100093)

3(中國科學院 計算技術研究所, 北京 100190)

4(中國科學院大學, 北京 100049)

從RISC-V指令集的誕生到現在已經歷了10多個年頭. 國內的企業(yè)和科研機構也已從最開始的觀望逐漸轉變?yōu)橹鲃咏蛹{和積極推動這一新的開放體系架構.秉承去年第一屆專題的初衷, 今年我們再一次組織RISC-V技術及生態(tài)的研討, 記錄、探討和推廣國內產業(yè)和學術界在RISC-V相關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多位相關領域專家參與審稿工作, 每篇投稿至少邀請2位專家進行評審. 稿件經初審、多輪復審、終審, 并在RISC-V技術及生態(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、基礎軟件改進、架構安全測試和嵌入式系統(tǒng)教學等諸多方面的內容.

Kubernetes作為集群容器編排管理平臺, 已廣泛應用于各種容器化服務場景. 論文“基于Kubernetes的RISC-V異構集群云任務調度系統(tǒng)”針對當前Kubernetes不能調度RISC-V指令集架構的計算任務, 尤其是現有調度算法無法利用RISC-V用戶自定義擴展指令集架構特性提供高性能可靠服務的問題, 提出一種基于Kubernetes異構指令集感知的集群調度系統(tǒng), 可以提高集群調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)內核和驅動的標準虛擬環(huán)境, 對RISC-V生態(tài)的發(fā)展有著重要作用. 論文“基于地址空間標識符的QEMU動態(tài)跳轉優(yōu)化”針對QEMU現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識符來記錄內存頁的版本信息, 實現了內存頁映射的動態(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架構被用于(超)小內存嵌入式系統(tǒng)的一個根本障礙. 在現有壓縮指令集擴展(RVC)的基礎上, 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子擴展實現在了LLVM的鏈接器LLD中, 并發(fā)現現有的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.

調試器是軟件開發(fā)過程中的一個重要部件, 而現有的RISC-V調試方案存在性能低、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用的RISC-V調試協(xié)議棧方案”中, 作為國產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的調試協(xié)議棧方案, 顯著提高了調試器的性能, 并降低了開發(fā)、維護和測試成本.

內存安全是計算機安全的一個重要組成部分, 然而處理器的內存安全評估一直是一個難解的問題. 論文“跨平臺內存安全測試集設計”設計了一個兼具綜合性和可移植性的內存安全測試框架, 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兩個架構上完成了測試.

隨著RISC-V架構在嵌入式系統(tǒng)中的快速發(fā)展, 針對RISC-V的系統(tǒng)教學成為了一個亟待解決的問題. 論文“基于RISC-V處理器內核微控制器的智能教學平臺”在沁恒微電子RISC-V架構CH32V307微控制器所支持的通用嵌入式計算機生態(tài)系統(tǒng)的基礎上, 針對高等學校嵌入式系統(tǒng)的教學和技術培訓的現實需求,設計實現了一套嵌入式系統(tǒng)智能教學平臺并編寫了大量的教學實驗, 這對嵌入式系統(tǒng)教育教學領域具有借鑒意義.

本專題主要面向RISC-V軟硬件相關的研究人員和工程人員, 內容涵蓋了體系結構、安全、編譯器、自動化測試、嵌入式應用等領域, 反映了我國學者在相關領域的最新研究進展. 感謝《計算機系統(tǒng)應用》編委會對專題工作的指導和幫助, 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. 希望本專題能夠對RISC-V相關領域的研究工作有所促進.