面向高校系统能力培养的龙芯CPU开源计划与院校合作

2016.10面向高校系统能力培养的龙芯CPU开源计划与院校合作2026/4/271page2龙芯与系统能力培养龙芯与开源计划龙芯教学实验平台院校合作计划2026/4/272CPU和操作系统是计算机系统的核心，也是我国信息技术中的薄弱部分当前计算机专业系统课程的教学问题各门课程独立规划、知识冗余及衔接脱节《数字逻辑》、《计算机组成原理》、《计算机体系结构》、《操作系统》、《编译原理》突出原理性、分析式教学方法，缺乏工程性、综合式教学方法教学注重原理和概念，没有有效结合工程实践学习简单实验方法，缺乏开发具有工程规模系统的实践训练强度不足，不能对系统有较为深刻的认识龙芯与系统能力培养为目标的计算机专业课程改革2026/4/273自主信息化的人才与技术困境分析人才困境：国内IT人才结构失衡大背景：国内庞大的IT产业建立在国外软硬件系统平台之上应用开发型人才充足，底层基础系统研发人才却极度匮乏国内有几十万JAVA程序员，过去几乎不具备JAVA核心技术JAVA虚拟机的研发能力国内从事浏览器应用的团队数以千计，过去几乎不掌握过浏览器底层JS引擎研发技术国内IT企业极少参加系统相关标准制定，国内软件人才很少向国际开源社区贡献源码技术困境：围绕国产硬件平台的应用开发与适配优化能力缺课严重不掌握从硬件角度进行软件开发与调优的能力基础软件系统不完善，遇到问题不知如何解决上层应用系统与系统结构的磨合适配不足应用开发对X86架构形成惯性依赖，应用设计不足被X86强大的硬件平台掩盖缺少与国产系统架构平台的适配调优能力page42026/4/274理解程序的行为须有“系统思维”程序执行结果不仅取决于算法、程序的编写（编程语言）而且取决于语言处理系统（操作系统、ISA、微体系结构）提高对计算机系统的全面认识强化计算机整机概念，全面理解计算机系统层次结构深入理解OS和硬件之间的分工和衔接关系掌握硬件系统的基本原理与设计能力掌握从硬件角度进行软件开发与调优的能力算法功能部件/寄存器传送级

应用问题指令集体系结构(ISA)操作系统/虚拟机微体系结构器件编程(语言处理系统)电路2026/4/27Page5计算机基础软硬件的系统性为何计算机系统核心课程教学难？计算机系统具有很强的不可分割性课程数字逻辑计算机组成原理计算机体系结构操作系统编译技术数字逻辑

数值、数制及编码，算术运算函数（ALU），寄存器传输与控制（Regs，RTL），存储器，状态机设计数值、数制及编码，算术运算函数（ALU），寄存器及传输与控制（Regs，RTL），存储器，状态机设计计数器

计算机组成原理Datapath（ALU/乘法器），控制器（寄存器传输状态机设计方法），Memory

指令集，Datapath,控制器，算术运算函数（ALU/乘法器），单/多周期CPU，中断、DMA，Cache，虚拟存储器，Memory，总线指令集，单/多周期CPU，中断、DMA，Cache，Memory虚拟存储指令集

计算机体系结构

指令集，流水线CPU，中断、DMA，Cache，Memory，虚拟存储指令集操作系统

内存管理，应用程序加载，虚拟存储器内存管理，应用程序加载，虚拟存储器

内存管理，应用程序加载，进程调试编译技术

程序链接系统优化程序加载运行

2026/4/276计算机软硬件系统的实践性如何打造系统思维培养系统能力？系统能力需要反复迭代才能完成只有动手实践，才能完成系统能力培养的螺旋式上升实践是最好的课堂自己设计实践不一定比看懂别人的设计更难，并且理解更深刻龙芯通过分享多年在计算机系统设计方面的优势和经验，目标是教会高校学生不仅仅会“用”，更是要会“造”计算机。自用共享:自己培养到希望大学为我们培养什么样的人才?2026/4/277page8龙芯与系统能力培养龙芯与开源计划龙芯教学实验平台院校合作计划2026/4/278龙芯开源内容page9GS132GS232软件开源CPU核开源2026/4/27Page9龙芯CPU系列IP龙芯中科公司在龙芯系列CPU的设计过程中积累了系列化CPUIPGS132：面向低端微控制器（MCU）和终端应用GS232：面向工业控制/数据采集、网络设备、消费类电子等领域GS232E/GS264：高端智能手机、平板电脑、家庭数字媒体中心以及高端工业控制等应用page102026/4/27page11龙芯CPU开源内容龙芯开源CPUIPGS132：单发射、32位，静态执行（三级流水），无cache、TLBGS232：双发射、32位，乱序执行（五级流水），带cache、TLBMIPS32release1兼容32/64AXI接口提供配套说明文档使用说明手册、设计文档等提供配套开发环境与实验平台线上、线下使用限制仅限自用（教学、学术研究），不得提供给第三方不得用于盈利目的（商业用途）2026/4/27page12GS132CPUIPGS132isanentry-levelstaticCPUforMCUapplicationsMIPS32release1ISA3-stage,singleissue,staticpipelineNoCache,butwithinstSRAManddataSRAMinterface32bitaddressspaceFixed-mappingMMU32-bitdatawidthAXIbusinterfaceTarget40LLDMIPS/MHz0.80CoreMark/MHz1.79Area(mm2)0.04Frequency(MHz)100Power(μW/MHz)40.62026/4/27page13GS232CPUIPGS232isanentry-levelsuperscalarOoOCPUformid-rangeembeddedapplicationsMIPS32release1ISA5-stage,dualissue,out-of-orderpipeline256-entryBHTand8-entryRAS2FixUnitand1MemoryUnitWaypredictionL1I-Cache16KB4wayNon-blockingL1D-Cache,16KB4way32bitaddressspace,standardMMU32-entrydualJTLB,4-entryITLBand8-entryDTLB64-bitdatawidthAXIbusinterfacenotsupportmulti-coreTarget40LLDMIPS/MHz1.40CoreMark/MHz2.57Area(mm2)0.78Frequency(MHz)350Power(mW/MHz)0.52026/4/27page14GS132/232等CPUIP已应用于多款SoC芯片，涵盖消费类、工业控制和安全多个领域，累计出货量达数百万片龙芯自研产品龙芯1A、龙芯1B、龙芯1C海信画质引擎芯片主打欧美市场海信、海尔数字电视芯片主打智能高清电视海尔机顶盒及周边芯片销量超过300万颗浪潮齐鲁龙芯二代网络开票机北京市东王庄、西山壹号院等小区安装龙芯电表集中器北京市400多个龙芯充电桩合肥蜀山区交通信号灯龙芯CPUIP成熟度授权第三方客户研制产品

JY-SOC、BM-SOC；数字电视SOC、机顶盒SOC2026/4/27龙芯与软件开源page15龙芯的软件体系绝大部分是构建在开源软件基础之上的龙芯始终遵循开源相关协议并将自己修改的代码反馈给社区：Linux（Kernel、发布版），Firefox，PMON，GCC，Oprofile等龙芯资助硬件设备给开源社区进行MIPS龙芯架构的研发龙芯重视和国内外各开源社区的合作，并组建龙芯自己的社区龙芯逐步加大在软件领域的投入，通过各种方式不断推进开源软件在龙芯平台的发展龙芯组建产业联盟，和国内各高校及软件厂商共同构建国家自主可控体系的建设2026/4/2715龙芯开源社区提供龙芯开源社区作为交流和服务平台。社区提供论坛、百科、BUG管理、邮件列表、镜像源、源码库等多个版块。社区以“开源开发、合作共赢”的开源社区形式进行管理，发布开源社区版Loongnix操作系统及配套软件。通过“源码开放、免费下载”的方式。社区鼓励和支持国内外机构和开源爱好者共同参与龙芯基础软件生态建设。目前，国内主要的基础软件厂商和数量众多的开源爱好者都已经参与到龙芯社区，共同推进龙芯平台基础软件生态的持续发展。龙芯开源社区已有开源项目底层系统软件：kernel、pmon基础设施：C库、数学库、基础图形库、FFmpeg媒体库工具链：GCC、Perf、Oprofile、LLVMAPI与平台软件：Java、Qt图形、Browser浏览器、3D显控、自动化测试工具操作系统平台：Loongnix操作系统、Vxworks2026/4/2716page17龙芯与系统能力培养龙芯与开源计划龙芯教学实验平台院校合作计划2026/4/2717为高校提供参考开发与实验平台CPU设计与体系结构教学实验系统FPGA实验主板围绕教学需求进行定制独到的调试手段与调试界面设计涵盖多门基础课程的实验手册与参考实现龙芯产品级的IP核提供打通计算机软件系统实验page182026/4/2718面向教学需求的FPGA定制主板设计与XILINX战略合作共建计算机系统能力培养课程丰富的外设接口，满足《数字逻辑》、《计算机组成原理》、《计算机体系结构》等不同基础课程教学及实验案例的需要page192026/4/2719方便的硬件调试手段输入32位数显示结果除提供常用的矩阵键盘、单步按键外，还提供调试用触摸屏直接提供硬件级驱动，无需操作系统支持真实硬件信息显示，无需使用仿真环境，无需使用串口调试可提供44组32位数据显示，根据需要观察定义，如寄存器值、PC值、指令码等提供32位数的触摸屏输入，如可输入内存地址、源操作数等page202026/4/2720涵盖多门基础课程的实验手册与参考实现《数字逻辑》课程实验介绍实验一：基本门电路与FPGA环境熟悉实验二：组合逻辑电路实验实验三：锁存器、时钟与触发器电路实验实验四：时序逻辑电路实验实验五：存储器实验实验六：数字逻辑综合实验（数字时钟）《组成原理》、《体系结构》课程实验介绍实验一

硬件平台入门实验二

软件平台入门实验三

数据运算：定点加法实验四

数据运算：乘法器

实验五

寄存器堆实现实验六ALU模块实现实验七

存储器实验八

单周期CPU实现实验九

多周期CPU实现课程设计

静态5级流水CPU实现课程设计拓展题完整龙芯CPU系统实现实验箱配套：

配套实验软件、源码手册、实验指导书（学生版、老师版）

教学用的IP核等page212026/4/2721打通与操作系统的系统级实验

AIMv6教学操作系统与复旦张亮老师团队一起合作开发，从底层设计一个简单操作系统基于MITXV6教学内核；构件化特点加深学生对操作系统内核的理解page222026/4/2722实验平台系列拓展多功能操作系统教学实验系统CPU设计与体系结构教学实验系统高性能-并行计算教学实验系统嵌入式-物联网综合实验系统FPGA多核龙芯3号多路多机单片SoCpage232026/4/2723打造线上线下一体化平台OpenHEC（OpenecosystemforHigh-EfficiencyComputing）

联合虎甲虫教育打造线上远程FPGA实验中心随时随地开展计算机及电子类的硬件实验计算机类硬件慕客课程的在线实验环节工程教育专业认证所需的全天候实践平台大学生竞赛、创新创业的平台培养学生解决“复杂工程问题”系统能力的真实环境解放实验室人员，使其有更多精力集中在创新内容建设上page242026/4/2724龙芯与系统能力培养龙芯与开源计划龙芯教学实验平台院校合作计划page252026/4/2725计划推进方案page26网络申请下载开放申请试点院校复旦大学、南开大学南京航空航天、东北林大金陵科技学院、大连海洋大学填