RISC-V van software naar siliconen: programmering, Linux, FPGA en AI-toepassingen Training Cursus

RISC-V Architectuurfundamenten en Ecosysteemoverzicht

RISC-V ISA-landschap en industrie-adoptie

• Open ISA-filosofie en het RISC-V International-standaardisatielandschap
• Denkmodel van RISC-V: Load-Store Architectuur, Registerbestand, Bytevolgorde
• Vergelijking met ARM, x86 en POWER: trade-offs voor heterogene computing-architecturen
• Evaluatie van de ecosysteemrijping: SiFive, T-Head, Western Digital en de groeiende open-source siliconengemeenschap
• Gestandaardiseerde interfaces: RISC-V Privileged ISA, Machine Software Abstraction Layer (MSBL)

Geheugenmodellen en ABI-conformiteit

• Specificatie van de Niet-geprivilegieerde Architectuur: CSR-map, uitzonderingsbehandeling en geheugenhierarchieën
• RV32I / RV64I instructiesets en ABI-conformiteit voor cross-platform binaire overdraagbaarheid
• Geheugenbeorderingsconventies en barrier-instructies voor multiprocessorsystemen

RISC-V Assembly Programmering en Compiler Toolchain

Low-level Instructieprogrammering

• Basisinteger instructies (I), Vermenigvuldigen/Delen (M), Atomaire operaties (A) extensies
• Bewustzijnsstrategieën voor 32-bit en 64-bit RISC-V targets
• Aanroepconventies en stackframebeheer voor ingebedde en real-time softwaresystemen

Competentie in Compiler Toolchain

• LLVM-gebaseerde compiler toolchain: Clang, LLVM, Binutils voor RISC-V cross-compilatie
• Linkerscripts, secties en geheugenlayoutconfiguratie voor bare-metal en RTOS omgevingen
• Compiler intrinsics, optimalisatieniveaus en profielaangedreven code-tuning
• Workflows voor open-source toolchain ontwikkeling: bouwen, testen en verpakken van aangepaste GCC/Clang toolchains

Ontwikkeling van Ingebedde Systemen en Real-time Operating Systems

Bare-Metal en RTOS Programmering

• Rust systemprogrammering voor RISC-V: zero-cost abstracties, onveilig geheugenbeheer en bare-metal ontwikkeling
• No-Std omgevingen: aangepaste linkers, ontwikkeldriverontwikkeling en memory-mapped I/O
• Zephyr RTOS en Buildroot BSP ontwikkeling voor RISC-V targets
• Periferaal aansluiten: GPIO, I2C, SPI, UART en DMA controller programmering

Optimalisatie van Stroom en Prestaties

• Clock gating, power domeinbeheer en optimalisatie van low-power modi
• Cyclusnauwkeurige prestatieanalyse met simulatieprofilers en hardware prestatietellers
• Real-time interrupt latentie-tuning voor safety-critical applicaties

Linux Kernel en Bootloader Ontwikkeling voor RISC-V

Boot Firmware en Bootloader Ecosystem

• OpenSBI (SBI specificatie implementatie): bootloader firmware ontwikkeling
• UEFI/EDK II op RISC-V: ontwikkeling van moderne firmware boot stacks
• Porteren van Coreboot en U-Boot voor RISC-V single-board computers

Linux Kernel Integratie

• RISC-V mainline kernel bijdragen: device tree overlays, CPU-topologie en interrupt controller (AIA) driver ontwikkeling
• Vendor BSP ontwikkeling en kernel configuratie voor aangepaste SoC-platforms
• Bestandssysteem ondersteuning, netwerkstack en containerisatie ondersteuning (Docker, Kubernetes) op RISC-V host systemen

RISC-V SoC Design en FPGA Prototyping

Multi-core SoC Architectuur en Integratie

• Network-on-Chip (NoC) ontwerpmethodologieën voor RISC-V multi-core processors
• Axi4/CHI cache coherentie en inter-processorkommunicatieprotocollen
• Open-source IP integratie: OpenCores, ChIPS Framework en vendor RTL-componenten
• Busmatrix ontwerp en geheugencontroller integratie (DDR, SRAM, eMMC, PCIe)

FPGA-gebaseerde Processor Prototyping

• FPGA synthese en implementatie van RISC-V core (bv. BOOM, VexRiscv, PULP)
• SystemVerilog Assertions (SVA) en UVM-gebaseerde functionele verificatiemethodologie
• Formele verificatietools en property-based testing voor RISC-V core validatie

RISC-V Vector Extensies en Domein-Specifieke Acceleratie

RVV (RISC-V Vector) Extensie Diep Duik

• Vector load/store, vector-fused multiply-add (VFMA) en matrixberekening acceleratie
• Variabele-lengte vectoroperaties (VL, VLEN) voor werkbelasting-geoptimaliseerde SIMD uitvoering
• Vector maskeroperaties, segmentcontrole en datatypeflexibiliteit voor DSP en ML werkbelastingen

Aangepast DSP en Domein-Specifiek Instructieontwerp

• Ontwerpen van domein-specifieke accelerators via aangepaste extensies en CBAR-gebaseerde operand interfaces
• Compiler frontend wijzigingen voor aangepaste instructiegeneratie en code-emissie
• Hardware-software partitioneringsstrategieën voor accelerator integratie in productie SoCs

AI Acceleratie en Edge Machine Learning op RISC-V

NPU Ontwerp en Integratie voor RISC-V Processors

• Neural Processing Unit architectuur: systolische arrays, tensor cores en wegingcompressie voor on-chip AI acceleratie
• Modelkwantificatietechnieken (INT8, INT4, FP8) voor edge implementatie op RISC-V
• Framework compatibiliteit: TensorFlow Lite Micro, ONNX Runtime en PyTorch Edge op RISC-V targets

Heterogene Computing voor AI Werkbelastingen

• Cogepaste ontwerptechnieken voor RISC-V host CPU met AI accelerator NPU voor real-time inferentie pipelines
• Geheugensubsystem optimalisatie: HBM/DDR bandbreedtebeheer voor ML modelweringen en activeringen
• Thermisch en stroombudgettering voor edge AI inferentiesystemen

Hardwarebeveiliging en Vertrouwelijke Berekeningen op RISC-V

Fysieke Geheugenbeveiliging en Vertroude Uitvoering

• Fysieke Geheugenbeveiliging (PMP) en Page Table walker beveiligingsmechanismen
• Secure Enclave/TEE architecturen voor RISC-V: OP-TEE integratie, SEV-klasse vertrouwde uitvoeringsomgevingen
• Bootketenbeveiliging: root of trust, secure boot en gemeten launch attestatie

Cryptografische Acceleratie

• RISC-V cryptografische extensies (Zk, Zkr, K extensies): SHA, AES, RSA, RSA-PSS en ECC acceleratie
• Post-quantum cryptografie (PQC) integratie voor volgende-generatie RISC-V processors
• Side-channel aanval mitigatietechnieken: constant-time programmering, maskering en hardware random number generators

Geavanceerd Aangepast Architectuur en ISA Extensie Ontwerp

Domein-Specifieke Architectuur en Aangepaste Instructie Extensies

• ISA extensie ontwerpmethodologie: encoding, encoding tabellen, ABI impactanalyse en RISC-V International specificatie indieningsproces
• Aangepast registerbestand ontwerp met CBAR (Custom Base Address Registers) voor operand dispatch
• Instructiepipelining, hazard detectie en pipeline wijzigingen voor aangepaste extensies

Verificatie en Signoff van Aangepaste Architectuurwijzigingen

• Testbench ontwerp voor aangepaste extensies: gericht vs. constraint-random stimulus generatie
• Regressietesting frameworks en dekking-gebaseerde verificatie voor architectuurwijzigingen
• Interoperabiliteitstests: het garanderen dat aangepaste instructies functioneren binnen gevestigde ABI beperkingen

Safety-Critical en Automotive RISC-V Toepassingen

Functionele Veiligheid en Automotive Standaardconformiteit

• ISO 26262 functionele veiligheid conformiteit voor RISC-V automotive processors
• ASIL-Q classificatie en safety manual ontwikkeling voor RISC-V silicon IP
• Deterministische interruptbehandeling, lockstep core paren en geheugenbeveiliging voor safety-critical RISC-V systemen

Industriële Real-time en Edge Computing Toepassingen

• IEC 61508 SIL conformiteit en deterministische planning op RISC-V multi-core platforms
• Ontwikkeling van industriële IoT gateways met RISC-V: connectiviteit, edge analytics en OTA firmware updatesystemen

Afsluitend Project: End-to-End RISC-V Systeemontwikkeling

Volledige Levenscyclus Project

• Architectuurspecificatie: ISA extensies en core configuratie ontwerp voor een gedefinieerd use case
• RTL implementatie in SystemVerilog met UVM testbenches en formele verificatie dekking
• FPGA prototyping, boot firmware ontwikkeling en bare-metal driver stack integratie
• Linux BSP en toolchain aanpassing voor de aangepaste RISC-V core
• AI werkbelasting implementatie: NPU integratie, modelkwantificatie en prestatie benchmarking
• Beveiligingsvalidatie: PMP afhandeling, secure boot en cryptografische acceleratie benchmarking
• Technische architectuurdocumentatie, IP strategie analyse en cross-functionele team presentatie