使用 RVfpga 套件的教學經驗分享

Core Concepts

RVfpga 套件提供一個基於 RISC-V 指令集和 FPGA 技術的實用電腦架構學習平台，適用於計算機科學、計算機工程和相關領域的教育工作者和學生，並已成功應用於各種教學活動中，包括學士/碩士學位課程、線上課程和研討會。

Abstract

這篇論文探討了 RVfpga 套件在計算機架構教學中的應用。RVfpga 是一個基於 RISC-V 指令集和 FPGA 技術的開放原始碼平台，旨在提供實作經驗。
RVfpga 套件提供兩個 SoC，分別基於 VeeR EH1 和 VeeR EL2 核心，並包含多種周邊設備，例如 Boot ROM、系統控制器、SPI、PTC、GPIO 和 UART。該套件還提供了詳細的實驗指南和設定說明，方便使用者學習和使用。
RVfpga 套件的主要優勢在於它的實用性。學生可以透過實際操作 RVfpga SoC，深入了解電腦架構的各個方面，包括指令集、微架構、記憶體階層和輸入/輸出系統。

RVfpga 套件已被多所大學應用於計算機架構課程中，包括西班牙馬德里康普頓斯大學、美國波特蘭州立大學、以色列魯賓學院和西班牙巴塞隆納大學。
這些大學的教授們分享了他們使用 RVfpga 套件的經驗，並強調了該套件在幫助學生理解和應用理論概念方面的價值。學生們也對 RVfpga 套件表示讚賞，認為它提供了一個寶貴的學習平台。

Key Insights Distilled From

Teaching Experiences using the RVfpga Package

by D. Chaver, S... at arxiv.org 11-25-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.14954.pdf

Deeper Inquiries

RVfpga 套件的未來發展方向是什麼？是否有計劃添加新的功能或支援更多的 FPGA 平台？

RVfpga 套件的未來發展方向充滿著可能性，以下列出幾項潛在發展方向：

支援更多 FPGA 平台: 目前 RVfpga 已經可以在多款 FPGA 板卡上運行，未來可以考慮支援更多種類的 FPGA 平台，例如 Intel (原 Altera) 的 FPGA，或是 Lattice 的 FPGA，讓更多學生可以使用自己熟悉的平台進行學習。
擴展 RVfpga-SoC 課程: RVfpga-SoC 課程可以加入更多進階的 SoC 設計內容，例如網路通訊、影像處理、機器學習等應用，讓學生可以學習如何使用 RISC-V 架構設計更複雜的系統。
加入新的 RISC-V 擴展指令集: RVfpga 可以加入更多 RISC-V 的擴展指令集，例如向量指令集 (RVV)、位元操作指令集 (B) 等，讓學生可以學習和使用這些新的指令集。
開發更豐富的教學資源: RVfpga 可以開發更多教學資源，例如教學影片、線上練習題、互動式模擬器等，讓學生可以更輕鬆地學習和使用 RVfpga。
與業界合作: RVfpga 可以與業界合作，開發更貼近業界需求的教學內容和實驗項目，讓學生在畢業後可以更快地適應業界的工作環境。
總之，RVfpga 作為一個開放、免費、功能強大的 RISC-V 教學平台，未來發展潛力巨大。透過不斷地更新和完善，RVfpga 將會吸引更多學生和教師的關注和使用，為 RISC-V 的推廣和應用做出更大的貢獻。

雖然 RVfpga 套件提供了豐富的學習資源，但對於沒有任何 FPGA 經驗的學生來說，學習曲線可能仍然比較陡峭。如何降低 RVfpga 套件的學習門檻，讓更多學生受益？

降低 RVfpga 套件學習門檻，讓更多學生受益，可以從以下幾個方面著手：

強化基礎知識: 針對沒有 FPGA 經驗的學生，可以增加入門課程，介紹 FPGA 的基本概念、Verilog/SystemVerilog 語言基礎、Vivado 等開發工具的使用方法，為學習 RVfpga 打好基礎。
簡化實驗步驟: 可以考慮將實驗步驟進一步細化，提供更詳細的操作指南和程式碼範例，並針對常見問題提供解決方案，降低學生的學習難度。
開發圖形化介面: 可以開發圖形化介面工具，將 RVfpga 的配置、編譯、燒錄、除錯等流程可視化，讓學生可以更直觀地理解和操作 RVfpga。
提供線上學習資源: 可以製作教學影片、線上課程、互動式教程等線上學習資源，讓學生可以根據自己的進度和需求靈活地學習 RVfpga。
建立學習社群: 可以建立 RVfpga 的學習社群，讓學生可以互相交流學習經驗、分享學習資源、解決學習中遇到的問題，營造良好的學習氛圍。
透過以上措施，可以有效降低 RVfpga 的學習門檻，讓更多沒有 FPGA 經驗的學生也能夠輕鬆上手，掌握 RISC-V 架構和 FPGA 技術，為將來從事相關領域的工作打下堅實的基礎。

隨著 RISC-V 架構的普及，RVfpga 套件是否有可能成為業界標準的電腦架構教學平台？

RVfpga 套件具備成為業界標準電腦架構教學平台的潛力，原因如下：

開放性和免費性: RVfpga 基於開放的 RISC-V 架構，且所有資源皆免費提供，降低了學習門檻，有利於在教育機構中廣泛推廣。相較於其他商業平台，RVfpga 不受限於高昂的授權費用，更能滿足教學需求。
靈活性與可擴展性: RVfpga 提供完整的軟硬體設計資源，允許使用者根據自身需求修改和擴展，例如添加自定義指令、修改微架構、整合外部設備等，非常適合用於教學和研究。
豐富的教學資源: RVfpga 配套的教學資源日益豐富，包括實驗指導、範例程式碼、教學影片等，並且有活躍的社群提供技術支援，有助於教師教學和學生學習。
業界應用: RISC-V 架構在業界的應用日益廣泛，許多公司都開始採用 RISC-V 設計晶片，RVfpga 可以作為一個橋樑，讓學生在學校學習到的知識能夠直接應用到實際工作中。
然而，RVfpga 要成為業界標準的電腦架構教學平台，還需要克服一些挑戰：

生態系統尚待完善: 相較於 x86、ARM 等成熟架構，RISC-V 的軟體生態系統還不夠完善，一些常用的軟體工具和函式庫還不支援 RISC-V 架構，這可能會限制 RVfpga 的應用範圍。
業界認可度: 雖然 RISC-V 的發展勢頭強勁，但目前業界主流的電腦架構教學平台仍然是 x86 和 ARM，RVfpga 需要獲得更多業界廠商和教育機構的認可，才能真正成為業界標準。
總體而言，RVfpga 作為一個基於 RISC-V 架構的開放、免費、靈活的教學平台，具備成為業界標準電腦架構教學平台的潛力。隨著 RISC-V 生態系統的完善和業界認可度的提升，RVfpga 有望在未來電腦架構教學中扮演更加重要的角色。