🥬RISC-V单板计算机模拟和FPGA板多核IP实现

关键词

RISC-V | 单板计算机 | 模拟 | C/C++ | 汇编 | 模拟器 | FPGA | 多核IP | 处理器 | 工具链 | RV32I

RISC-V单板计算机模拟和FPGA板多核IP实现 | Notion亞圖跨際 on Notion

🏈page指点迷津 | Brief

🎯要点

1. 🎯使用单板计算机 Visionfive 2 或模拟器测试RISC-V汇编

2. 🎯RISC-V汇编加载和算术。🎯使用GNU MAKE汇编RISC-V指令，ESP32使用CMake编译执行指令。🎯RISC-V汇编功能和使用释义：控制指令，内存管理，功能块和堆栈。

3. 🎯 使用RISC-V汇编代码控制GPIO。🎯RISC-V汇编指令嵌入C 代码，C代码调用汇编指令控制，Python代码调用RISC-V汇编指令。🎯RISC-V数学计算汇编指令，矩阵乘法示例。🎯使用模拟器测试RISC-V浮点运算。🎯RISC-V汇编代码优化，使用渗透工具将RISC-V汇编和C 代码之间关系。

4. 🎯ESP32-C3使用RISC-V 汇编：安装RISC-V模拟器编译调试。🎯 C代码和RISC-V汇编示例1：32位整数累加。🎯C代码和RISC-V汇编示例2：控制LED闪烁🎯C代码和RISC-V汇编示例3：奇校验。🎯C代码和RISC-V汇编示例4：加载和存储。🎯C代码和RISC-V汇编示例5：摄氏度数据。🎯C代码和RISC-V汇编示例6：调用程序指令。🎯C代码和RISC-V汇编示例7：程序流控制。🎯C代码和RISC-V汇编示例8：算术运算。🎯C代码和RISC-V汇编示例9：乘法除法。🎯C代码和RISC-V汇编示例10：寻址、下标和字符串。🎯C代码和RISC-V汇编示例11：浮点处理。🎯C代码和RISC-V汇编示例12：使用GCC处理测试代码。🎯C代码和RISC-V汇编示例13：控制拓展。🎯C代码和RISC-V汇编示例14：内嵌汇编。

5. 🎯安装FPGA开发工具HLS和IDE，创建和模拟IP。

   1. 🎯安装和使用RISC-V工具链，模拟器/调试器，调试C代码示例。🎯RV32I（RISC-V）汇编示例，C代码和汇编代码。

   2. 🎯更新程序计数器的路径C++代码：顶层函数原型，读取内存数组函数，执行函数，IP运行条件函数，使用测试平台进行 IP 仿真，FPGA开发板测试IP，构建 RISC-V 指令编码，填充执行阶段构建寄存器路径。

   3. 🎯构建RISC-V处理器（C++代码）：RV32I 顶层函数，更新指令编码，计算访问地址，使用测试平台模拟RV32I，FPGA开发板测试IP。

   4. 🎯自编汇编代码测试RISC-V处理器，使用RISC-V ISA模拟器测试，在 Rv32I 处理器上运行基准测试套件，使 Rv32I IP 适应 RISC-V F 扩展。

   5. 🎯构建流水线 RISC-V 处理器（C++代码）：级间传输类型定义，IP 顶层函数，编码函数，执行函数，IP的仿真与综合，Vivado项目使用该IP，将流水线分为多个阶段。

   6. 🎯使用多周期流水线构建 RISC-V 处理器（C++代码），使用多个 Hart 流水线构建 RISC-V 处理器，互连 IP ，构建多核RISC-V处理器，使用 Multihart 内核的多核 RISC-V 处理器，开发板使用RISC-V处理器。

🍇RISC-V汇编

输入Doubler

您应该知道，RISC-V 函数的输入位于寄存器 a0、a1 至 a7 中。这些只是从 x10 开始的寄存器的别名。

 doubler:
    ADD a0, a0, a0

为了测试这一点，请在模拟器中运行代码之前在寄存器 a0 中放置一个初始值。如果有效，那么 a0 应该加倍。函数应该在 a0 中返回结果，所以这是正确的方法。

如果这是从其他地方调用的真实函数，我们将需要在最后一行从函数返回：

 JALR zero, ra, 0

通常RISC-V汇编器会有一条伪指令RET来实现这一点。

该指令如何运作？在真实的程序中，我们以 42 作为参数调用的倍增函数必须写成这样：

 ADDI a0, zero, 42
 JAL ra, doubler
 SUB t3, t4, t2

这意味着返回地址存储在 ra (x1) 寄存器中，因此当 doubler 返回时，它开始执行 SUB t3、t4、t2 指令。这意味着什么？只是我放在那里的任意指令。

乘八

这次我要你将 input 的输入乘以 8。基本 RISC-V ISA 没有乘法指令，我们使用的解释器没有任何支持除法和乘法的 RISC-V M 扩展。

加法

从概念上讲，乘法只是重复加法，所以这可能是最明显的解决方案：

 eight_times:
    ADD a0, a0, a0
    ADD a0, a0, a0
    ADD a0, a0, a0
    HLT              # Stop execution

使用逻辑移位

在二进制数系统中，将所有数字向左移动一位与乘以二相同。移动两个位置就像乘以四。

 010b = 2
 010b << 1 = 100b = 4
 001b << 2 = 100b

在 RISC-V 汇编中，我们使用 SLLI 和 SLL 执行左移。 I 后缀表示我们使用立即值而不是寄存器来指定要移位的位置数。

 eight_times:
    SLLI a0,   a0, 3
    JALR zero, ra, 0
    HTL                # Stop excution. Normally you put RET

寻找最大值

这是公共函数 c = max(a, b) 的实现，它将 a 或 b 中较大的值分配给 c。要解决这个问题需要使用跳转和分支指令。有关如何将值从一个寄存器移动到另一个寄存器的提示是，您可以使用 ADD 或 ADDI 指令。

普通的 RISC-V 汇编代码有一个称为 MV 的伪指令，我们在这里无法访问它，但以下这两行是等效的：

 MV a4, a3
 ADDI a4, a3, 0

查看下面的解决方法：

 max:
    BLT a0, a1, second   # if a0 < a1 then a1 is larger
    JAL zero, done
 second:
    ADD a0, zero, a1     # make a1 the return value
 done:
     HLT                 # normally a RET would be here

如果你没搞清楚这一点。您可以尝试实现 min 函数。

简单乘数

我们不用与固定数字相乘，而是将两个任意数字相乘。 在这种情况下，您可以仅使用添加和分支。 它不需要是高效的。 该函数将 a0 和 a1 中的两个参数相乘，并像往常一样在 a0 中返回结果。

 multiply:
   ADD  t0, zero, zero
   ADDI a1, a1, -1
 accumulate:
   ADD  t0, t0, a0
   ADDI a1, a1, -1
   BGE  a1, zero, accumulate
   ADD  a0, zero, t0
   HLT

由于我们的解释器缺少大量 RISC-V 指令，因此它的长度稍长，可读性也较差。

 multiply:
   LI   t0, 0         # set t0 to 0
 accumulate:
   ADD  t0, t0, a0
   ADDI a1, a1, -1      # decrement a1
   BGT  a1, zero, accumulate
   MV  a0, t0           # copy t0 value to a0
   RET                  # return to calling function

快速乘法

当乘法在软件中实现时，我们上面使用的方法没有被使用，因为这太慢了。相反，使用了添加和移位的组合。比如执行 42 × 20，只需两次加法，而不是二十次加法。您可以使用左移 SLL 或 SLLI 以及右移 SRA 和 SRAI。

 fast_multiply:
    ADD  t0, zero, zero      # to keep track of result
    
 next_digit:
    ANDI t1, a1, 1           # is rightmost bit 1?
    SRAI a1, a1, 1
    
    BEQ  t1, zero, skip      # if right most bit 0, don't add
    ADD  t0, t0, a0
 skip:
    SLLI a0, a0, 1           # double first argument
    BNE  a1, zero, next_digit
    ADD  a0, zero, t0        # move accum result to a0
    HLT