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RISC-V CPU：32i架构与汇编器

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简介：
本教程深入讲解了基于RISC-V指令集的32i架构及其汇编语言编程技巧，适合初学者掌握RV32I的基础知识和实践应用。 这是香港科技大学ELEC-5140高级计算机体系结构课程的项目材料之一，旨在鼓励学生改进现有的架构模型并提高其性能。 该项目包含以下内容： - RV32i目录：一个使用Verilog编写的RISC-V CPU Vivado项目，实现了一个五级单周期处理器，并支持31条基本指令。 - RISC-V_Assembler目录：一个汇编程序，用于将RISC-V指令汇编成十六进制格式，在Vivado仿真过程中可以直接加载到指令存储器中。 测试文件夹包含用RV32i汇编语言编写的标准基准测试。Vec_Mul是一个简单的编码示例。 该汇编器支持以下指令类型： - R型：例如，`add s1, t1, t2 # s1 = t1 + t2` - I型：例如，`slti s1, t1, 3 # 如果t1 < 3，则s1 = 1`

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  • RISC-V CPU：32i架构与汇编器
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    本教程深入讲解了基于RISC-V指令集的32i架构及其汇编语言编程技巧，适合初学者掌握RV32I的基础知识和实践应用。 这是香港科技大学ELEC-5140高级计算机体系结构课程的项目材料之一，旨在鼓励学生改进现有的架构模型并提高其性能。 该项目包含以下内容： - RV32i目录：一个使用Verilog编写的RISC-V CPU Vivado项目，实现了一个五级单周期处理器，并支持31条基本指令。 - RISC-V_Assembler目录：一个汇编程序，用于将RISC-V指令汇编成十六进制格式，在Vivado仿真过程中可以直接加载到指令存储器中。 测试文件夹包含用RV32i汇编语言编写的标准基准测试。Vec_Mul是一个简单的编码示例。 该汇编器支持以下指令类型： - R型：例如，`add s1, t1, t2 # s1 = t1 + t2` - I型：例如，`slti s1, t1, 3 # 如果t1 < 3，则s1 = 1`
     
  • 基于单周期的RISC-V架构CPU设计
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    本项目旨在设计并实现一个基于单周期数据通路的RISC-V架构处理器，通过简化指令执行流程，优化硬件资源利用，为嵌入式系统提供高效计算能力。 这里我上传了两个资源：一个是最后调试完成的代码，可以直接运行仿真；另一个是调试之前的版本。如果大家感兴趣，并想体验自己进行调试的过程，可以参考我写的《仿真调试篇》，自行动手进行debug。
     
  • RISC-V特权架构.pdf
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    《RISC-V特权架构》是一本详细介绍RISC-V处理器系统结构与指令集扩展机制的专业书籍。适合计算机体系结构研究者及嵌入式开发人员阅读参考。 RISC-V 是一种开源指令集架构（ISA），旨在支持从简单的微控制器到复杂的多核处理器的各种应用场景。它基于精简指令集计算机（RISC）原理，具备简单、高效且易于实现的特点。 在讨论 RISC-V 的特权架构时，我们重点关注其三个执行级别：机器级（Machine）、监督者级（Supervisor）和虚拟机管理程序级（Hypervisor）。这些级别的定义旨在提供一套硬件机制来支持操作系统及其他管理软件对处理器资源的有效管理和控制。RISC-V 特权架构的目标是通过保持硬件实现的简洁性，同时提供强大的系统功能，使学习、研究及各种应用场景中的部署变得更加容易。 机器级别 ISA 是 RISC-V 特权架构的基础部分，它定义了处理器的基本结构和执行模型，并包括最底层指令集以及用于管理内存和其他外围设备的寄存器与控制状态。这一级别的ISA为操作系统内核提供了最基本的硬件抽象支持。 监督者级 ISA 为操作系统提供了一个更高级别的硬件接口，使操作系统的资源管理和任务调度成为可能。它引入了中断、异常处理机制、定时器及内存保护等概念。在该级别上，可以实现多任务处理以及虚拟内存管理等功能，确保不同进程间的隔离与安全。 虚拟机管理程序级 ISA 位于监督者级之上，旨在支持软件的虚拟化技术。通过此级别的ISA定义的支持功能，可以在单一物理硬件平台上运行多个独立的操作系统实例（即虚拟机）。此外，它还规定了如何在硬件的帮助下控制这些虚拟资源的分配和管理过程。 RISC-V 特权架构规范是开放且不断发展的，并且目前我们讨论的是其草案版本1.12。文档由非营利组织 RISC-V 基金会发布并维护。主要编辑者包括 SiFive 公司及加州大学伯克利分校电子工程与计算机科学系的成员 Andrew Waterman 和 Krste Asanović，以及众多贡献者的共同努力。 该规范在创意共享属性4.0国际许可下发布，允许广泛使用和分享的同时也规定了衍生作品必须遵守相应条款。这些细节表明 RISC-V 特权架构及其相关文档旨在构建一个开放、可访问及协作的生态系统。
     
  • 基于RISC-V架构的单周期CPU设计与Verilog实现
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    本项目专注于基于RISC-V指令集架构的单周期CPU设计及Verilog硬件描述语言的实现，旨在探索精简指令系统在实际应用中的性能和效率。 本段落详细介绍了基于RISC-V架构的单周期CPU设计。首先概述了RISC-V架构的核心理念和特点，然后深入解析了单周期CPU的组成及各主要模块的功能。接着讨论了设计中的挑战与优化措施，并提供了15个Verilog代码示例，涵盖程序计数器、指令寄存器、控制单元、算术逻辑单元、寄存器文件以及数据存储器等多个关键模块的具体实现方法。 本段落适合具有计算机科学背景的学生和研究人员阅读，尤其是对CPU设计感兴趣的读者。通过学习本篇文章的内容，读者可以深入了解CPU的基本工作原理，掌握RISC-V架构及其应用，并学会使用Verilog进行硬件描述与实现。该内容适用于教学和研究环境中的实际项目实践。 建议读者逐步学习各个模块的设计思路及实现细节，并尝试自己动手完成整个单周期CPU的构建。通过结合实际硬件平台进行测试和调试，进一步加深对相关技术的理解与掌握。
     
  • RISC-V中文架构手册
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    《RISC-V中文架构手册》是一本全面介绍开源RISC-V指令集架构的中文指南，深入浅出地解析了其设计原理与应用实践。 学习RISC-V架构手册的中文版本有助于更好地理解其指令知识。
     
  • RISC-V架构中文手册
    优质
    《RISC-V架构中文手册》是一本全面介绍开源精简指令集计算（RISC）架构V版本的教程书籍，深入浅出地讲解了该架构的核心概念、设计理念及应用实践。适合计算机专业人员和技术爱好者阅读学习。 RISC-V中文架构手册（版本2.1）提供了对RISC-V指令集架构的详细介绍和解释，适合希望深入了解该架构的技术人员阅读。这份文档涵盖了从基础概念到高级特性的各个方面，并且通过实例帮助读者更好地理解每个部分的内容。 对于那些正在寻找一份详尽而易于理解的RISC-V中文资源的人来说，《RISC-V-Reader-Chinese-v2p1》是一个非常有价值的学习工具。它不仅解释了各种指令集架构的基本原理，还深入探讨了一些更复杂的设计问题和解决方案，使读者能够全面掌握该领域的知识和技术细节。 这份手册为学习者提供了一个良好的起点，并且通过详细的示例说明以及清晰的章节划分让复杂的概念变得易于理解。无论是刚接触RISC-V的新手还是经验丰富的开发者，《RISC-V-Reader-Chinese-v2p1》都是一个不可或缺的学习资源，能够帮助读者深入研究并掌握这一重要的技术领域。
     
  • RISC-V学习资源与开放架构设计指南 The RISC-V Reader
    优质
    《The RISC-V Reader》是一本汇集了关于RISC-V架构的学习资源和设计指南的综合性书籍，适合初学者及专业开发者深入理解RISC-V指令集及其应用。 《RISC-V开放架构设计之道》是一本关于RISC-V架构的书籍，深入浅出地介绍了RISC-V的设计理念、指令集以及应用前景等内容。这本书适合对计算机体系结构感兴趣的读者阅读，无论是初学者还是专业人士都能从中获得有益的知识和见解。
     
  • RISC-V汇编语言（riscv-asm）
    优质
    RISC-V汇编语言（riscv-asm）是一种用于RISC-V开源指令集架构的手动或半自动编程方式，直接使用机器码指令编写程序，适用于嵌入式系统和高性能计算场景。 这个简单的RISC-V汇编程序支持带有几个标准扩展的RV32和RV64架构。它的输出是一个原始列表，列出了源代码行、地址以及字节（以十六进制表示）。当前不支持生成ELF文件。 指令集及扩展如下： - RV32G (IMAFD_Zicsr_Zifencei) - RV64G (IMAFD_Zicsr_Zifencei) - C-压缩指令 - E-16个寄存器 - Q-四重浮点数支持 - Zfinx-X寄存器中的浮点数 其中包含一个非常简单的example.rva。尝试使用make命令编译示例： ``` $ make example .rva.tcl -march rv32gc example.rva 00005 0100 00C58533 add a0, a1, a2 00006 0104 FFFFC297 auipc t0, top ```
     
  • RARS: RISC-V汇编程序与运行时模拟器
    优质
    RARS（RISC-V Assembler and Runtime Simulator）是一款用于教育目的的免费软件工具，支持RISC-V架构汇编语言编程及代码执行环境搭建。它提供直观界面帮助学习者理解指令集体系结构和操作系统底层工作原理。 RARS是一个为初学者设计的RISC-V汇编程序开发环境。它集成了汇编器、模拟器以及运行时组件，能够将RISC-V汇编语言转换成机器码，并执行相应的指令。 **特性：** - 支持RISC-V IMFDN基础（包括riscv32和riscv64）。 - 多种系统调用匹配MARS或SPIKE的行为。 - 提供调试功能，支持断点及ebreak中断。 - 显示从伪指令到机器码的中间步骤，并进行并排比较。 文档资料详细介绍了受支持的功能、语法以及使用方法。这些文件可以在下载内容中通过帮助菜单访问。 **安装：** RARS作为可执行jar包发布。运行它需要至少Java 8环境的支持。 用户可以找到最新的稳定版本，也可以获取包含最新发展的开发分支，并且以前的所有稳定发行版都带有详细的发行说明记录。 对于希望自己构建jar文件或修改源代码的开发者来说，可以通过git clone命令来克隆项目仓库进行本地开发。
     
  • RISC-V汇编指令中文版
    优质
    《RISC-V汇编指令中文版》是一本全面介绍基于RISC-V架构汇编语言编程的手册，内容涵盖指令集详解、程序设计实例及优化技巧。适合嵌入式系统开发人员和计算机专业学生学习参考。 RISC-V汇编指令集是一种精简指令集计算（RISC）的开放标准架构，它具有模块化的设计特点，适用于各种规模的应用场景。该指令集由简单的基础指令集合扩展组成，并且可以根据不同的应用场景进行定制化的修改和优化。 对于有兴趣深入了解RISC-V汇编语言的朋友来说，可以参考相关的技术文档、书籍或参加在线课程学习更多知识。