本文上接：
《大道至簡——RISC-V架構之魂（中）》
2.12 特權模式
RISC-V架構定義了三種工作模式，又稱特權模式（Privileged Mode）：
Machine Mode：機器模式，簡稱M Mode。
Supervisor Mode：監督模式，簡稱S Mode。
User Mode：用戶模式，簡稱U Mode。
RISC-V架構定義M Mode為必選模式，另外兩種為可選模式。通過不同的模式組合可以實現不同的系統。
RISC-V架構也支持幾種不同的存儲器地址管理機制，包括對于物理地址和虛擬地址的管理機制，使得RISC-V架構能夠支持從簡單的嵌入式系統（直接操作物理地址）到復雜的操作系統（直接操作虛擬地址）的各種系統。
2.13 CSR寄存器
RISC-V架構定義了一些控制和狀態寄存器（Control and Status Register，CSR），用于配置或記錄一些運行的狀態。CSR寄存器是處理器核內部的寄存器，使用其自己的地址編碼空間和存儲器尋址的地址區間完全無關系。
CSR寄存器的訪問采用專用的CSR指令，包括CSRRW、CSRRS、CSRRC、CSRRWI、CSRRSI以及CSRRCI指令。
2.14 中斷和異常
中斷和異常機制往往是處理器指令集架構中最為復雜而關鍵的部分。RISC-V架構定義了一套相對簡單基本的中斷和異常機制，但是也允許用戶對其進行定制和擴展。
2.15 矢量指令子集
RISC-V架構目前雖然還沒有定型矢量（Vector）指令子集，但是從目前的草案中已經可以看出，RISC-V矢量指令子集的設計理念非常的先進，由于后發優勢及借助矢量架構多年發展成熟的結論，RISC-V架構將使用可變長度的矢量，而不是矢量定長的SIMD指令集（譬如ARM的NEON和Intel的MMX），從而能夠靈活的支持不同的實現。追求低功耗小面積的CPU可以選擇使用長度較短的硬件矢量進行實現，而高性能的CPU則可以選擇較長的硬件矢量進行實現，并且同樣的軟件代碼能夠彼此兼容。
2.16 自定制指令擴展
除了上述闡述的模塊化指令子集的可擴展、可選擇，RISC-V架構還有一個非常重要的特性，那就是支持第三方的擴展。用戶可以擴展自己的指令子集，RISC-V預留了大量的指令編碼空間用于用戶的自定義擴展，同時，還定義了四條Custom指令可供用戶直接使用，每條Custom指令都有幾個比特位的子編碼空間預留，因此，用戶可以直接使用四條Custom指令擴展出幾十條自定義的指令。
請參見《實例講解進駐Google兩位大神主推的異構計算與RISC-V》了解更多協處理器擴展的信息。
2.17 總結與比較
處理器設計技術經過幾十年的衍進，隨著大規模集成電路設計技術的發展直至今天，呈現出如下特點：
由于高性能處理器的硬件調度能力已經非常強勁且主頻很高，因此，硬件設計希望指令集盡可能的規整、簡單，從而，使得處理器可以設計出更高的主頻與更低的面積。
以IoT應用為主的極低功耗處理器更加苛求低功耗與低面積。
存儲器的資源也比早期的RISC處理器更加豐富。
如上種種這些因素，使得很多早期的RISC架構設計理念（依據當時技術背景而誕生），時至今日不僅不能幫助現代處理器設計，反而成了負擔桎梏。某些早期RISC架構定義的特性，一方面使得高性能處理器的硬件設計束手束腳；另一方面又使得極低功耗的處理器硬件設計背負不必要的復雜度。
得益于后發優勢，全新的RISC-V架構能夠規避所有這些已知的負擔，同時，利用其先進的設計哲學，設計出一套“現代”的指令集。本節再次將其特點總結如表2所示。
表2 RISC-V指令集架構特點總結
這里寫圖片描述
一言以蔽之，RISC-V的特點在于極簡、模塊化以及可定制擴展，通過這些指令集的組合或者擴展，你幾乎可以構建適用于任何一個領域的微處理器，比如云計算、存儲、并行計算、虛擬化/容器、MCU、應用處理器和DSP處理器等。
3 RISC-V和其他開放架構有何不同
如果僅從“免費”或“開放”這兩點來評判，RISC-V架構并不是第一個做到免費或開放的處理器架構。
下文將通過論述幾個具有代表性的開放架構，來分析RISC-V架構的不同之處以及為什么其他開放架構沒能取得足夠的成功。
3.1 平民英雄——OpenRISC
OpenRISC是OpenCores組織提供的基于GPL協議的開放源代碼RISC處理器。
OpenRISC具有以下特點：
采用免費開放的32/64位 RISC架構。
用Verilog HDL（硬件描述語言）實現了基于該架構的處理器源代碼。
具有完整的工具鏈。
OpenRISC被應用到很多公司的項目之中。可以說，OpenRISC是應用非常廣泛的一種開源處理器實現。
OpenRISC的不足之處在于其側重于實現一種開源的CPU Core，而非立足于定義一種開放的指令集架構，因此其架構的發展不夠完整，指令集的定義也不具備上節中提到的RISC-V架構的優點，更加沒有上升到成立專門的基金會組織的高度。OpenRISC更多的時候被認為是一個開源的Core，而非一種優美的指令集架構。此外，OpenRISC的許可證為GPL，這意味著所有的指令集改動都必須開源（而RISC-V則無此約束）。
3.2 豪門顯貴——SPARC
SPARC架構作為經典的RISC微處理器架構之一，SPARC最早于1985年由Sun電腦所設計。SPARC也是SPARC國際公司的注冊商標之一，這家公司于1989年成立，目的是向外界推廣SPARC架構以及為該架構進行兼容性測試。該公司為了推廣SPARC的生態系統，SPARC國際公司將標準開放，并授權予多家生產商采用，包括德州儀器、Cypress半導體和富士通等。由于SPARC架構也對外完全開放，因此，也出現了完全開放源碼的LEON處理器。不僅如此，Sun公司還于1994年推動SPARC v8架構成為IEEE標準（IEEE Standard 1754-1994）。
由于SPARC架構的初衷是面向服務器領域而設計，其最大的特點是擁有一個大型的寄存器窗口，符合SPARC架構的處理器需要實現從72到640個之多的通用寄存器，每個寄存器寬度為64bits，組成一系列的寄存器組，稱之為寄存器窗口。
這種寄存器窗口的架構，由于可以切換不同的寄存器組快速地響應函數調用與返回，因此，能夠產生非常高的性能，但是這種架構由于功耗面積代價太大，而并不適用于PC與嵌入式領域處理器。而SPARC架構也不具備模塊化的特點，使得用戶無法裁剪和選擇。很難作為一種通用的處理器架構對商用的x86和ARM架構形成替代。
設計這種超大服務器CPU芯片又非普通公司與個人所能涉足，而有能力設計這種大型CPU的公司也沒有必要投入巨大的成本來挑戰x86的統治地位。隨著Sun公司的衰弱，SPARC架構現在基本上退出了人們的視野。感興趣的讀者請在網絡上自行搜索文章《再見SPARC處理器，再見Sun》
3.3 名校優生——RISC-V
關于RISC-V在伯克利大學誕生的經歷，本節在此不做重復贅述。
因為多年來在CPU領域已經出現過多個免費或開放的架構，很多高校也在科研項目中推出過多種指令集架構。因此，當筆者第一次聽說RISC-V之時，以為又是一個玩具，或純粹學術性質的科研項目而不以為意。
直到筆者親自通讀了一遍RISC-V的架構文檔，不禁為其先進的設計理念所折服。同時，RISC-V架構的各種優點也得到了眾多專業人士的青睞好評和眾多商業公司的相繼加盟。并且2016年RISC-V基金會的正式啟動在業界引起了不小的影響。如此種種，使得RISC-V成為至今為止最具備革命性意義的開放處理器架構。