日志

risc-v MCU 的研究

已有 1708 次阅读| 2020-4-28 00:08 |系统分类:芯片设计

一：通用寄存器

Register	ABI	Use by convention	Preserved?
x0	zero	hardwired to 0, ignores writes	n/a
x1	ra	return address for jumps	no
x2	sp	stack pointer	yes
x3	gp	global pointer	n/a
x4	tp	thread pointer	n/a
x5	t0	temporary register 0	no
x6	t1	temporary register 1	no
x7	t2	temporary register 2	no
x8	s0 or fp	saved register 0 or frame pointer	yes
x9	s1	saved register 1	yes
x10	a0	return value or function argument 0	no
x11	a1	return value or function argument 1	no
x12	a2	function argument 2	no
x13	a3	function argument 3	no
x14	a4	function argument 4	no
x15	a5	function argument 5	no
x16	a6	function argument 6	no
x17	a7	function argument 7	no
x18	s2	saved register 2	yes
x19	s3	saved register 3	yes
x20	s4	saved register 4	yes
x21	s5	saved register 5	yes
x22	s6	saved register 6	yes
x23	s7	saved register 7	yes
x24	s8	saved register 8	yes
x25	s9	saved register 9	yes
x26	s10	saved register 10	yes
x27	s11	saved register 11	yes
x28	t3	temporary register 3	no
x29	t4	temporary register 4	no
x30	t5	temporary register 5	no
x31	t6	temporary register 6	no
pc	(none)	program counter	n/a

Little Endian mode is used.

这个笔记写的不错，共享下来

https://www.cnblogs.com/George-Okelly1995/p/9801357.html

二：代码管理

学习一个CPU的最好的方法是试着写一个CPU, 就像软件的hello world。先实现一个简单的指令集，然后逐步扩充。

不太习惯用github之类的东西，一般用本地的svn，为了免得自己懈怠，找了一个代码管理网站，过一段更新进度。

https://gitee.com/lcf0451/riscv0.git

三：设计一个简单的CPU

买了雷思磊的<<自己动手写CPU>>，之所以买这本而不是胡振波的那本《手把手教你设计CPU》，存粹是因为我们公司发了100元的Amazon消费券。而我在Kindle中只能找到这本:-)
没钱买书的可以看这个微博，书没有多少钱，能买就买吧。
https://blog.csdn.net/leishangwen/article/list/2?t=1
设计一个一条指令的CPU.(2级流水线） --done 2020-05-01.
跑了仿真和综合 --done 2020-05-02
编译环境的搭建 --done 2020-05-05
windows 下riscv工具链的编译可参考这个网页：
https://www.emdalo.com/posts/risc-v-gnu-compiler-toolchain-howto-compile-on-windows/
写了一个简单的汇编程序，然后编译成二进制的文件。初始化到memory，跑仿真成功。
由于买的是Kindle的电子版本，不知道从哪可以下载bin2mem.exe文件，自己从下面这个程序简单改了一下，实现了
同样的功能,改动后的版本上传到了gitee上。
https://github.com/ikorb/gcvideo/blob/master/Firmware/bin2mem.pl
更多指令的实现 --done 2020-05-17
-> 实现了所有的ALU指令，实现了load 指令。 smoke test pass. --done 2020-05-10.
-> 大致浏览了以下文档，riscv-spec.pdf/RISC-V-Reader-Chinese-v2p1.pdf/riscv-privileged-v1.9.1.pdf。网上看到一个牛人说几个小时设计了一个RISC-V的CPU。不知道怎么做到的。我收集和研究资料就用了好长时间，这还是快速浏览的情况。 --done 2020-05-12
-> All RV32I commands are implemented. --done 2020-05-12.
-> 实现RV32M指令 --done 2020-05-16
IBEX的设计有些地方没有那么容易看懂。是因为做了一些逻辑资源共享和路径的balance. 我写这个只是为了研究，所以很多都忽略掉了，和IBEX不一样，而是直接实现，让工具去优化吧。并且看IBEX的设计，实际上有些地方功耗还可以改进，将来自己用的时候可以优化一下。目前阶段主要是学习。
IBEX的设计是用的system verilog, 而我是用verilog. 第一是因为自己的很多工具都是verilog的，第二是个人觉得system verilog是一个很尴尬的设计语言。抽象性还不如去用C，封装后可读性不如verilog, 懒得换了。
-> 实现各种异常检测和中断 -done 2020-05-17
-> 实现RV32C指令 -done 2020-05-17
验证，验证，验证。--tracked on another thread(2020-05-20).
之所以很多开源的设计，平时不用。是因为验证的不完整。因为试错的成本很高。所以在使用之前，需要完整的验证。
验证的工作在SOC的日志里记录。在研究RISCV CPU的时间，发现大部分的时间花在找资料和研究资料上。并且随着时间，自己必然会忘记。将来如果自己需要更复杂或者其它性能的CPU，可能还需要把这些资料再看一遍。这是很大的浪费。既然目前自己刚看完RISCV的资料，不如研究一下RISCV CPU的自动生成。这样将来自己需要不同性能的CPU是只需要简单生成一下，不需要花费很大的力气去研究资料，再去设计一个RISCV CPU。
使用更抽象的语言设计RISCV CPU
打算从SpinalHDL开始，请参考https://zhuanlan.zhihu.com/p/89249985。
抽象的模型语言，个人其实更喜欢用C，个人也写过用C转verilog的小工具。但是自己从头搞从C语言模型生成RISCV CPU的设计，太浪费时间。还是站在别人的肩膀上速度更快:-)。
-> 下载并研究SpinalHDL. --done 2020-06-06
安装软件，走了很多弯路。最后发现参考这个帖子比较好。成功安装并运行了第一个例子。尽管很多地方还不是很明白。
https://linuxadminonline.com/how-to-install-sbt-on-centos-7/
-> 下载各种SpinalHDL的文章，视频看看。--done.
scala for impatient. -- done 2020-09-07
Programming in scala -- on going
-> 重温各种CPU架构设计的资料 --done
公司的项目突然忙了起来，每天都在加班，回家后连开自己电脑的想法都没有。刚好趁这段时间，把零散的时间利用起来，重温各种CPU架构的书。
--> 利用现有的VexRiscV SOC，生成代码，并编译C测试程序。FPGA demo. --done
--> 利用SpinalHDL 设计一些简单的verilog 设计。 --.done.
SpinalHDL Workshop.
--> 利用SpinalHDL自己设计RAM IP, 替换VexRiscV中的RAM. --On going.