1.3 龍芯系列處理器和龍芯架構介紹

1.3.1 龍芯系列處理器

龍芯中科技術股份有限公司（簡稱龍芯中科）從成立至今共開發了龍芯1號系列、龍芯2號系列、龍芯3號系列處理器及橋片等配套芯片。龍芯1號系列為低功耗、低成本專用嵌入式SoC或MCU處理器，通常集成1個32位低功耗處理器核，應用場景面向嵌入式專用應用領域，如物聯終端、儀器設備、數據采集等；龍芯2號系列為低功耗通用處理器，采用單芯片SoC設計，通常集成1~4個64位低功耗處理器核，應用場景面向工業控制與終端等領域，如網絡設備、行業終端、智能制造等；龍芯3號系列為高性能通用處理器，通常集成4個及以上64位高性能處理器核，與橋片配套使用，應用場景面向桌面和服務器等信息化領域。

龍芯3A5000/3B5000是面向個人計算機、服務器等信息化領域的通用處理器，基于龍芯自主指令系統（LoongArch）的LA464微結構，并進一步提升頻率，降低功耗，優化性能。在與龍芯3A4000處理器保持引腳兼容的基礎上，頻率提升至2.5GHz，功耗降低30%以上，性能提升50%以上。龍芯3B5000在龍芯3A5000的基礎上支持多路互連。龍芯3C5000是龍芯中科面向服務器領域的通用處理器，片上集成16個高性能LA464處理器核。表1-1中列舉了龍芯3A5000/3B5000的關鍵產品參數。

表1-1 龍芯3A5000/3B5000的關鍵產品參數

1.3.2 龍芯自主指令系統

2021年，龍芯中科基于20年的CPU研制和生態建設積累，正式對外發布了龍芯自主指令系統（LoongArch）。指令系統由龍芯基礎指令系統（Loongson Base）、二進制翻譯擴展（Loongson Binary Translation, LBT）、虛擬化擴展（Loongson Virtualization, LVZ）、向量擴展和高級向量擴展共5部分組成，近2000條指令，它們之間的關系如圖1-3所示。

龍芯基礎指令系統定義了常用的整數和浮點數指令，用于支持原有各主流編譯系統生成高效的目標代碼。LVZ部分的指令集用于為操作系統虛擬化提供硬件加速以提升性能。LBT部分的指令集用于提升跨指令系統二進制翻譯在龍芯架構平臺上的執行效率。LSX和LASX兩部分均用于加速計算密集型應用，區別在于LSX操作的向量位寬為128位，而LASX操作的向量位寬為256位。

龍芯架構分為32位（稱為LA32架構）和64位（稱為LA64架構）兩個版本，分別用于龍芯寄存器位寬是32位和64位的處理器上。LA64架構應用級向下二進制兼容LA32架構。即采用LA32架構的應用軟件的二進制可以直接運行在LA64架構的機器上并能獲得同樣的運行結果。但

圖1-3 龍芯自主指令系統

在兼容LA32架構的機器上運行的系統軟件（例如操作系統內核）的二進制直接在兼容LA64架構的機器上運行時，并不能保證總能獲得相同的運行結果。

龍芯指令系統從整個架構的頂層規劃，到各部分的功能定義，再到細節上每條指令的編碼、名稱、含義，在架構上進行自主重新設計，具有充分的自主性。同時，龍芯指令系統摒棄了傳統指令系統中部分不適應當前軟硬件設計技術發展趨勢的陳舊內容，吸納了近年來指令系統設計領域諸多先進的技術發展成果。同原有兼容指令系統相比，不僅在硬件方面更易于高性能低功耗設計，而且在軟件方面更易于編譯優化和操作系統、虛擬機的開發。

本書介紹了龍芯基礎指令集，包括指令類型、指令使用方法、指令使用場景等。書中常出現的LoongArch也特指龍芯基礎指令集。