引言：伯克利大學于2014年發布了開源指令集架構RISC-V，其目標是成為指令集架構領域的Linux，應用覆蓋IoT（Internet of Things）設備、桌面計算機、高性能計算機等眾多領域［1］。RISC-V自發布以來受到多方關注和參與，圍繞RISC-V的生態環境逐漸完善，并涌現了眾多開源處理器及SoC（System on Chip）采用RISC-V架構，其中Rocket-Chip就是由伯克利大學發布的基于RISC-V的可配置SoC，通過配置不同的參數可以得到不同性能、應用不同場合的SoC。RISC-V的迅速發展還激勵其設計人員成立了SiFive公司，專注于定制化SoC設計，其產品線包括如下：

（1）開源處理器核Coreplex IP系列

包括Coreplex U、Coreplex E兩個系列。其中Coreplex U系列目前有U5 Coreplex子系列，其是64位RISC-V架構處理器，支持多核、多級緩存、硬件支持的單精度與雙精度浮點運算；Coreplex E系列目前有E3 Coreplex子系列，其是32位的RISC-V架構處理器，依據應用環境可配置支持RV32E、乘法、除法、浮點運算等，目標是低功耗的嵌入式控制器。

（2）開源SoC Freedom系列

包括Freedom Unleashed、Freedom Everywhere兩個系列。其中Freedom Unleashed系列是基于U5 Coreplex的SoC，包括U500子系列，其外設控制器包括DDR3/DDR4 DRAM 控制器、PCIe 3.0控制器、1Gb Ethernet控制器、USB 3.0控制器等，支持Unix等多種操作系統；Freedom Everywhere系列是基于E3 Coreplex的SoC，包括E300子系列，其具有片上debug單元、平臺級中斷控制器等，支持FreeRTOS等多種操作系統。

（3）Freedom E310

Freedom E310是Freedom Everywhere的子系列E300的一個流片實例，目標應用場合是微控制器、IoT、可穿戴設備等，其處理器核是E3 Coreplex子系列的一個實例——E31，支持RV32IMAC指令集。其采用180nm工藝成功流片，主頻可以達到320MHz以上。

（4）開源開發板HiFive1

HiFive1是第一款采用Freedom E310作為核心控制芯片的Arduino兼容開發板。作為深度開源的代表，其微控制器對應的RTL代碼、電路圖設計文件、PCB設計文件等完全開源。

SiFive給出的Freedom E310的RTL代碼，目前僅支持Xilinx的Arty開發平臺，本文在簡單介紹Freedom E310的基礎上，給出了將其移植到Altera的DE2開發平臺的詳細步驟。

1 Freedom E310介紹

1.1 Freedom E310的結構設計

Freedom E310的結構設計如圖1所示。處于核心的是單發射、順序執行處理器E31，支持RV32IMAC指令集，具有16K的指令緩存，16K的數據SRAM。

圖1 Freedom E310的結構設計

Freedom E310有多個外設，通過TileLink互連總線將這多個外設連接到處理器。主要外設包括：

l AON（Always-on Domain）：AON的意思就是始終在線，不受處理器核心電源管理的影響，包括實時計數器、看門狗、復位與電源管理等子模塊。

l GPIO（General Purpose Input/Output）控制器：通用輸入輸出，每一個引腳都可以設置輸入或者輸出，并可以設置是否能夠引發中斷。Freedom E310的GPIO可以復用，復用為UART、I2C、SPI、PWM等。

l PLIC（Platform-Level Interrupt Control）：平臺級中斷控制器，用于接受外部的中斷信號，然后按照優先級送給處理器，支持52個外部中斷源，7個中斷優先級。

l Debug Unit：調試單元，支持外部調試器通過標準JTAG接口進行調試，支持2個硬件斷點、觀察點。

l QSPI（Quad-SPI）：QSPI flash控制器，用于訪問flash，可以支持eXecute-In-Place模式。