工业计算系统传统上构建在 x86 或 Arm 架构之上,这两者均由单一公司拥有并授权。对于工业应用而言——机器通常被期望运行 10 到 15 年——这造成了对单一公司路线图或特定政府决策的依赖。欧洲 RISC-V 工业计算倡议 (ERICI) 寻求通过利用 RISC-V 来解决这一问题,RISC-V 是由非营利组织管理的开放指令集架构 (ISA)。虽然 RISC-V 芯片最近已达到适合工业使用的成熟水平,但 ERICI 指出仍存在显著差距:硬件虽然存在,但能够承受控制柜环境并保持十年以上高可用性的生产就绪型工业计算机尚未标准化。

一个包含 RISC-V 工业计算机和 I/O 模块的控制柜,位于一台 CNC 机床旁边
一个工业环境示例,其中 RISC-V 计算机可以管理 CNC 机床和操作面板。erici.eu

这张图片展示了 ERICI 标准化硬件和软件栈旨在部署的工业计算环境。

为了弥合这一差距,ERICI 协调了一个经过验证的软件层“参考栈”,旨在运行于符合 RVA23 标准的硬件上。RVA23 配置于 2024 年底获得批准,规定了 hypervisor 和向量扩展为强制要求,为软件开发者提供了稳定的基准。ERICI 栈由多个层级组成:用于固件和启动控制的 HFI BIOS、作为菜单驱动启动加载器的 mr-bml,以及作为资源分区 hypervisor 的 gRouvr。该栈的一个关键机制是能够在单个 SoC 上并行运行实时控制系统 (QSOE) 和通用 Linux 操作系统。通过使用 gRouvr hypervisor,这两个系统保持相互隔离,确保关键的时间控制循环不会被操作员基于 Linux 的 GUI 或网络任务所中断。

显示在 SpacemiT K3 板卡上作为 gRouvr 客户机运行的 QSOE 登录提示符的显示器
通过 gRouvr hypervisor 与通用操作系统隔离运行的 QSOE 实时控制系统。erici.eu

此视觉效果展示了 ERICI 栈的核心机制:与 Linux OS 并行运行实时控制系统 (QSOE)。

虽然该倡议提供了软件框架,但也突出了当前 RISC-V 板卡往往缺乏的特定硬件要求。例如,虽然像 SpacemiT K3 这样的板卡提供了必要的 RVA23 核心和 IOMMU,但它们可能尚未满足宽电压输入(例如 24 V DC)、扩展温度等级(例如 -40 至 85 °C)或 EtherCAT 和 CAN-FD 等现场总线支持的工业标准。ERICI 通过邀请工业硬件制造商和芯片供应商加入该倡议来解决这些限制。通过专注于 UEFI 和 devicetree 等开放接口,该项目确保生成的工业计算机不会绑定到单一芯片供应商或开发者,从而实现长期可维护性和硬件独立性。