SCR1 RISC-V IP 概述：主要特性、配置、性能评估与开发工具

2. 概述

SCR1 是一款紧凑型、32 位、高能效的微控制器级内核。其面积起步仅为 10Kgates，适用于广泛领域，从通用深度嵌入式应用到工业控制和监控系统。得益于其开源特性，该内核也可用于教育和学术目的。

该内核基于哈佛架构，具有独立的指令和数据总线，支持 RV32I/EMC 指令集，包含可配置的 2-4 级顺序流水线、支持多达 16 个中断的 IPIC 单元、高达 64KB 的 TCM 以及行业标准的 AXI4/AHB-Lite 和 JTAG/cJTAG* 接口。SCR1 与 RISC-V International 定义的已批准规范完全兼容。

*可根据要求提供

SCR1 内核使用 SystemVerilog 开发，并在开源 SHL 许可下分发，允许无限制的商业使用。该内核附带预配置、经过测试并定期更新的软件、详细文档、示例、项目以及适用于主流 FPGA 的镜像，可让您开箱即用。Syntacore 提供基于商业模式的专门专业技术支持，确保您的项目快速无缝集成。

技术规格

以下是 SCR1 内核的详细技术规格。

表 1. SCR1 内核关键技术参数。

*可选扩展在括号中给出。扩展的字母编码含义：I：基本整数，E：精简基本整数，M：整数乘除，C：压缩指令。

可用配置

SCR1 提供三种标准配置—Min、Base 和 Max—提供灵活的功能集，可根据您特定应用的需求进行调整。

• 最小（Min）配置支持 RV32EC ISA，包括两级流水线和 TCM。此配置具有 16 个通用寄存器，适用于深度嵌入式应用，例如对面积最小化至关重要的物联网传感器。
• 基础（Base）配置支持 RV32IC ISA，包括 32 个通用寄存器、三级流水线、TCM、IPIC 中断控制器、通过 MTVEC 寄存器支持的向量中断模式、带 JTAG/cJTAG 接口和 2 个硬件断点的调试子系统，在面积效率和性能之间提供了最佳平衡。这使其适用于通用嵌入式应用，如工业控制系统。
• 最大（Max）配置支持 RV32IMC 指令集，包括 32 个通用寄存器、四级流水线、硬件乘除单元、带 JTAG/cJTAG 接口（多达 4 个硬件断点）的扩展调试功能、IPIC 中断控制器和通过 MTVEC 寄存器支持的向量中断模式，使其成为需要最大处理能力的高性能嵌入式系统（如控制系统和汽车电子）的理想选择。

表 2. SCR1 内核配置的关键特性和规格。

性能

下表包含了三种 SCR1 内核配置（最小、基础和最大）在广泛采用的 90LP 和 28HPC 工艺技术下的基本 PPA（性能、功耗和面积）指标。

表 3. SCR1 内核性能特性。

Dhrystone 2.1，Coremark 1.0 从 TCM 运行；SC-DT 2025.09，LLVM-20-sc*使用 LTO 优化；**使用基础规则优化
90LP，9 轨，LVT，典型条件，1.2V，25°C；
28HPC+，12 轨，LVT，典型条件 0.9V，25°C

性能比较：SCR1 与 ARM

下表 4 评估了 SCR1 与 ARM Cortex-M0 和 M3 内核在 28HPC 和 90LP 工艺技术下的性能和运行频率。

表 4. SCR1 与 ARM Cortex-M0、Cortex-M3 内核的关键性能特性。

*SCR1 – 90LP, 9 轨, LVT, 典型条件, 1.2V, 25°C; Cortex-M0 — 90LP, Arm SC7 RVT SS 1.08V, 125°C;
**SCR1 – 28HPC+, 12 轨, LVT, 典型条件 0.9V, 25°C; Cortex-M3 — 28HPM, 12 track, LVT, typical 0.9V, 85°C

SCR1 在性能上超越了 ARM Cortex-M0，接近 Cortex-M3 的水平。通过为 Max 配置启用 SCR1_NO_DEC_STAGE 定义，可以进一步优化，将处理器流水线减少一级，使其 Coremark 分数达到约 3.05 per MHz。此外，它在面积效率和功耗方面也有所改进。

面积与能效

下表 5 提供了 90 nm 工艺技术的特性。

表 5. SCR1 与 ARM Cortex-M0、Cortex-M3 内核的面积与能效。

*面积 – 90LP, 9 轨, LVT, 典型条件 1.2V, 25°C @50MHz, 仅核心逻辑;
功耗 – 90LP, 9 轨, LVT, 最差条件1.08V, 125°C @50MHz;
**Cortex-M0 -- 最小配置，90LP，7 轨，典型条件 1.2V，25°C，125°C；
***Cortex-M3 -- 最小配置，90LP，7 轨，RVT，典型条件 1.2V，25°С

3. 配置选项

在标准配置之上，还有许多架构和微架构特性可以微调，以更好地满足特定应用的需求。此外，Syntacore 提供全面的服务和支持，包括架构和微架构调整、ISA 配置和编译器优化，确保根据特定项目需求实现最佳实施方案。

以下是可用于使 SCR1 适应不同应用需求的关键配置选项（整体设计包含 40 多个可配置选项）。

表 6. SCR1 配置选项。

4. 完整的开发平台

除了 SCR1 内核和硬件配套资料外，Syntacore 还提供一整套预配置且经过测试的工具，可显著提高生产力并简化开发流程。

专业软件开发套件

Syntacore Development Toolkit (SC-DT) 是面向开发者的综合解决方案，包括基于 GCC/LLVM 的工具链、支持 Visual Studio Code 和 Eclipse 的集成开发环境、GDB 和 openOCD 调试器、QEMU 仿真环境、引导加载程序、系统软件、示例应用程序、基准测试和详细文档。

此外，Syntacore 还为来自领先供应商（SEGGER、Lauterbach、Ashling、Digilent、Olimex）的第三方调试硬件和软件提供广泛支持。

表 7. SC-DT 组件及支持的第三方工具。

*需单独下载

FPGA SDK

FPGA SDK 是一个开箱即用的项目，包含 IP 核、外设模块、标准接口、内存，并支持在特定板卡上添加自定义外设进行测试。

SDK 包括预构建镜像、引导加载程序、操作系统（Zephyr）、测试、HAL 和 BSP，以及 Eclipse 或 Visual Studio 开发环境。

为最流行的 FPGA 板卡*提供了开箱即用的项目：*

• Digilent Arty (Xilinx)
• Digilent Nexys4DDR (Xilinx)
• Altera Arria-V (Intel)
• Terasic DE10-Lite (Intel)

*可根据要求考虑其他制造商的板卡。

所有这些板卡的 SDK 都可在 GitHub 仓库获取，随时可以安装和配置，并由 Syntacore 持续维护。

文档

SCR1 软件包包含全面的文档：

• 用户手册，包含详细技术规格、配置指南和操作说明
• 外部架构规范 (EAS) 手册，深入描述 SCR1 架构和微架构，包括组件、ISA 和接口
• FPGA SDK 指南，提供针对特定板卡的 FPGA 设置、镜像加载和应用程序开发的分步说明

5. 总结

本文描述了开源 SCR1 内核的主要架构和微架构特性，展示了其 PPA 特性，与类似 ARM 内核进行了比较，描述了开发工具，并概述了支持的 FPGA 板卡。

SCR1 完全符合已批准的 RISC-V 规范，并在开源 SHL 许可下分发，允许在商业和学术应用中无限制使用。

SCR1 提供三种默认的开箱即用配置—Min、Base 和 Max—并提供灵活的进一步微调选项。SCR1 可以在我们专业团队的帮助下根据您的特定需求进行定制，使其适用于广泛领域—从通用嵌入式、物联网 (IoT) 到控制和监控系统。

与类似的 ARM Cortex-M0 和 Cortex-M3 IP 内核相比，SCR1 提供了有竞争力的 PPA 结果。该内核附带完全预配置的工具、FPGA SDK 和详细文档，以便快速入门，并提供基于 SLA 的专业支持。