引言

RVA23规范的发布标志着RISC-V社区的又一重要里程碑。尽管它为大规模部署提供了坚实基础，但创新从未止步，未来几年我们将见证更多扩展和配置文件的推出。 upcoming innovations主要集中在几个关键领域：

• 安全相关扩展，例如控制流完整性（CFI）。
• 性能相关扩展，如矩阵运算扩展。
• 规范小修订，例如RVA23.1。

本文将深入探讨这些内容，并分析Canonical及更广泛的社区对这些扩展的支持策略。

安全扩展

RISC-V拥有多种安全机制，如内存保护、内存管理和权限级别，但这些主要针对合法程序的正确运行。在恶意攻击风险日益增长的现代计算环境中，这些已显不足。幸运的是，针对此类威胁的多层防御机制正在积极开发中。其中，CFI已于2024年由RISC-V国际组织批准，其他扩展预计在2026或2027年完成批准流程。

控制流完整性（CFI）

CFI是一种轻量级可选扩展，旨在防范返回导向编程（ROP）和调用/跳转导向编程（COP/JOP）等控制流攻击。这类攻击通过改变程序执行流，跳转到代码中意外位置，利用程序二进制中的“小工具”片段执行任意代码。

CFI由两个独立扩展组成：

• Zicfilp
• Zicfiss

两者均用于控制程序流，防止跳转到非预期代码位置，并最大限度兼容现有RVA23硬件——若硬件未实现相关扩展，指令将被忽略。不过，在未支持Zimop操作码的预RVA23硬件上，Zicfiss指令会触发陷阱。尽管空操作指令（NOP）对性能和代码大小不理想，但这为软件快速采用（如编译器工具链）提供了灵活性，硬件可用后即可无缝工作。

其工作机制如下：

• 第一个扩展（Zicfilp）创建着陆垫。若程序分支到非着陆垫位置，将触发陷阱，阻止攻击者跳转到非显式分支目标。
• 第二个扩展（Zicfiss）保护函数返回。攻击者常通过覆盖栈来篡改返回地址，使程序跳转到意外位置。该扩展引入影子栈，函数调用时将返回地址同时存入常规栈和影子栈，返回时比较两者值，不匹配则触发陷阱，终止执行以阻止攻击。

RISC-V Control-Flow Integrity (CFI) – Ved Shanbhogue, Rivos & George Christou

矩阵扩展

AI/ML是近年来RISC-V增长最快的领域之一，其应用场景多样，大多依赖大量矩阵运算。不同场景（如小型IoT端点与服务器）对扩展的需求不同，RISC-V提供了三种矩阵扩展方案：集成矩阵扩展（IME）、向量矩阵扩展（VME）和附加矩阵扩展（AME）。

从Canonical视角看，更值得关注的是这些扩展对软件和工具链的影响。操作系统需感知架构状态以处理上下文切换：

• VME与标准向量扩展类似，无需额外状态或OS级修改。
• IME和AME更复杂，需OS修改支持。IME扩展向量寄存器文件并增加结果寄存器，AME则引入全新寄存器文件，上下文切换时OS需处理这些寄存器。

在之前的文章中，我们讨论了通过sys_riscv_hwprobe() Linux系统调用检测RISC-V定制指令的方法。该函数可向应用程序返回特定扩展的支持状态，同样适用于矩阵指令。这意味着代码库可编译支持多种实现方案，运行时软件可根据实际情况选择合适实现。

配置文件更新

架构的演进是必然的。应用场景变化、新应用涌现以及硅实现复杂度的提升，都推动着RISC-V规范的更新。RISC-V国际组织通过小修订（如RVA23.1）引入可选扩展，既保持长期软件稳定性，又允许创新。这些可选扩展分为两类：

• 开发选项
• 扩展选项

开发选项作为预研阶段引入，旨在探索新功能可行性，而扩展选项则针对特定场景优化性能或功能。

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原文链接：https://ubuntu.com//blog/evolution-of-the-risc-v-isa-what-next-after-rva23

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