RISC-V片上系统设计书籍出版

背景

RISC-V 是一种基于精简指令集计算（RISC）原则的开源指令集架构（ISA），自2010年诞生以来，已在学术界和工业界获得广泛关注。与ARM、x86等专有架构不同，RISC-V 完全开源，允许任何人自由使用、修改和实现，这极大地降低了处理器设计的门槛，推动了芯片创新。随着开源硬件运动的发展，越来越多的高校和企业开始采用 RISC-V 进行教学和产品开发。在此背景下，《RISC-V System-on-Chip Design》一书应运而生，旨在为高年级本科生提供一本易于理解的系统级芯片（SoC）设计教材，涵盖从操作系统、VLSI到存储器系统等必要概念，并附带完整的开源实现。

核心内容

本书全名为《RISC-V Microprocessor System-On-Chip Design》，由 Morgan Kaufmann 出版社出版，计划于2026年7月15日发行第一版（英文版），全书共856页。作者为 Oklahoma State University 的 Edward Joullian 工程学教授 James Stine 和 Harvey Mudd College 的工程学助理教授 Sarah L. Harris。

书中内容面向具有一定基础的高年级本科生，仅需高中数学水平即可理解大部分章节（浮点与除法章节需对计算机算术有一定兴趣）。作者采用类似 Harris & Harris《Digital Design and Computer Architecture》的风格，提供清晰易读的完整解释、旁注以及偶尔的幽默和漫画，以提高可读性。

本书的一大特色是附带完整的开源实现，包括一个 GitHub 仓库，其中包含：

• 完整的开源 SystemVerilog 代码
• C 语言和汇编语言的验证代码
• 用于基准测试和启动 Linux 的代码 每章末尾还设有练习题，供读者以多种方式扩展 RISC-V 处理器。

书中覆盖内容广泛：

• 详细设计了一个非平凡微处理器的所有组件
• 对 RISC-V 微处理器的实现进行了详细解释
• 使用开源的 SystemVerilog 代码和测试用例，覆盖整个处理器，包括单发射和超标量核心、多核、所有扩展（乘法/除法、浮点、原子内存操作）以及常见外设
• 指导读者构建脚本，在开源 Skywater 工艺上实现该处理器

此外，该书还提供了读者可能感兴趣的关联书籍，如《Computer Architecture: A Quantitative Approach》、《Digital Design and Computer Architecture, RISC-V Edition》、《Getting Started with FPGAs》等经典教材。

关键要点

• 目标读者：高年级本科生，仅需高中数学基础，适合对计算机体系结构、VLSI 和操作系统有一定了解但无需深入背景的学习者。
• 教学风格：延续 Harris & Harris 系列教材，以清晰、完整、幽默的方式讲解复杂概念，并配有旁注和漫画。
• 开源实现：配备完整的开源 SystemVerilog 代码库（GitHub），覆盖从单发射到超标量、多核、所有扩展（包括乘法/除法、浮点、原子操作）以及常见外设。
• 实践导向：包含验证代码（C/汇编）、基准测试代码和引导 Linux 的代码，并提供练习题帮助读者扩展处理器设计。
• 工艺支持：指导读者利用开源 Skywater 工艺构建脚本，实现处理器流片。
• 作者背景：James Stine 是 Oklahoma State University 教授，专攻计算机算术、内存架构和 EDA 设计流程，曾与 Google、Cadence、Synopsys 等合作开发 SoC 设计流程。Sarah L. Harris 是 Harvey Mudd College 助理教授，曾任教于 Stanford，并在 HP、SDSC、Nvidia、微软研究院工作过。
• 出版信息：ISBN-10: 0323994989，ISBN-13: 978-0323994989，重量约 15.9 盎司，在 Books 排行榜中位列 #129,262，在集成电路、计算机硬件设计与架构、电路设计等子类别中排名靠前。

意义与影响

本书的出版代表了开源 RISC-V 生态在教育和工程实践中的重要里程碑。它不仅为高校提供了可负担且开放的处理器设计教材，还通过完整的开源代码和流片指导，让学员能够从理论学习直接过渡到真实芯片制造。这种“从零到流片”的实践模式有助于缩小学术界与工业界之间的差距，加速 RISC-V 在嵌入式系统、IoT、边缘计算乃至服务器领域的应用。同时，作者们深厚的学术背景与工业合作经验，保证了内容的权威性与实用性。随着 RISC-V 在全球范围内的采用率持续上升，此类教材将成为培养下一代芯片设计师的关键资源。