龙芯新架构LoongArch与Linux内核

LoongArch简介

  从CISC与RISC谈起

   •   中心处置惩罚器（  CPU  ）分为  CISC  （  Complex Instruction Set Computer  ，复杂指令集计算机）和     RISC  （  Reduced Instruction Set Computer  ，精简指令集计算机）两大类     • CISC  的特征是指令集复杂而庞大、指令字不等长、寻址方式复杂、计算指令操作数可以是内存     等，典型代表有  X86     • RISC  的特征是指令集精简而高效、指令字等长、寻址方式简明、计算指令操作数必须是寄存器     等，典型代表有  ARM  、  MIPS  和  Power     • CISC  和  RISC  各有优劣，在发展过程中也并非井水不犯河水，而是互相吸收对方的长处。  X86  在     内部早已实现  RISC  化（所谓微指令），而  RISC  也引入了  SIMD  等功能比较强大而复杂的指令     （所谓向量化）     龙芯处置惩罚器（Loongson）与龙芯指令系统（LoongArch）

     •    LoongISA：基于MIPS指令系统扩展（旧龙芯）        •    MIPS基础指令        •    龙芯扩展指令：LoongEXT        •    向量扩展指令：LoongSIMD        •    二进制翻译扩展指令：LoongBT        •    LoongArch：龙芯自主指令系统（新龙芯）        •    龙芯基础指令        •    128位向量扩展指令：LSX        •    256位向量扩展指令：LASX        •    虚拟化扩展指令：LVZ        •    二进制翻译扩展指令：LBT         

   

         龙芯处置惩罚器三大家族

       •     龙芯    1    号           • 32    位单核    CPU    （小    CPU    ）           • MIPS32    指令集或    LA32    指令集           •     主要面向工业控制、数据采集、消费电子等           

             •     龙芯    2    号           •     低端    64    位单核    /    双核    CPU    （中    CPU    ）           • MIPS64    指令集或    LA64    指令集（龙芯    2K500/2K1000/2K2000    ）           •     主要面向工业控制、移动终端、嵌入式计算机等           

          •     龙芯    3    号           •     高端    64    位多核    CPU    （大    CPU    ）           • MIPS64    指令集（龙芯    3A1000/3B1500/3A2000/3A3000/3A4000    ）或    LA64    指令集           (    龙芯    3A5000/3C5000/3D5000)           •     主要面向电脑（桌面计算机、服务器、高性能计算机）等            

             LoongArch的主要特征

         •              典型的     RISC     ：     32     位定长指令，     32     个通用寄存器，     32     个浮点     /     向量寄存器              • 4     个特权级：     PLV0~3     ，此中     PLV0     最高（内核态），     PLV3     最低（用户态）              •              主要特权资源：控制状态寄存器（     CSR     ）              •              地址空间：支持可配置的直接映射和页表映射              • TLB     ：可变页巨细的     MTLB+     固定页巨细的     STLB              • Cache     ：一级指令     Cache     （     ICache     ）、一级数据     Cache     （     DCache     ）、二级牺牲     Cache     （     VCache     ）、三级肴杂              Cache     （     SCache     ）                 

             根本功能

           •       重定位内核（      PIE      ）、向量、虚拟化、二进制翻译       ……                 •       电源管理                 •       动态调频（      CPUFreq      ，      DVFS      ）、温度调控      ……                 •       调测工具                 •       Kprobe/Uprobe      、      WatchPoint      、      kgdb ……                 •       更多处置惩罚器支持                 •       目前仅支持大      CPU      ：龙芯      3A5000/3C5000/3D5000      ，使用      ACPI                 •       未来要支持小      CPU      ：龙芯      1X/2K500/2K1000/2K2000      ，使用      FDT                LoongArch开源生态

           UEFI      规范：      2.10      版本开始支持      LoongArch                 •       ACPI      规范：      6.5      版本开始支持      LoongArch                 •       Automake      ：      1.18      版本开始支持      LoongArch                 •       Cmake      ：      3.20      开始支持      LoongArch                 •       Meson      ：      0.57      开始支持      LoongArch                 •       Binutils      ：      2.38      版本开始支持      LoongArch                 •       GCC      ：      12      版本开始支持      LoongArch                 •       Linux      ：      5.19      版本开始支持      LoongArch                 •       Glibc      ：      2.36      版本开始支持      LoongArch                 •       Systemd      ：      250      版本开始支持      LoongArch                 •       FFmpeg      ：      5.0      版本开始支持      LoongArch                 •       QEMU      ：      7.1      版本开始支持      LoongArch                 •       GoLang      ：      1.19      开始支持      LoongArch                 •       LLVM      ：      15      版本开始支持      LoongArch                 •       .NET      ：      7.0      版本将支持      LoongArch                 •       OpenJDK/Rust/Musl……      ：正在努力举行上游工作
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