RISC-V 32I CPU

文件结构

├─Figures               # 存放数据通路图
│   Design-Figure.drawio
│   Design-Figure.png
│
├─Simulation        
│   testBench.v         # 仿真文件
│
├─Source                # CPU源代码
│  ├─Cache              # 数据和指令cache
│  ├─CSR                # CSR有关部件
│  ├─ExMemSegReg        # EX-MEM级间寄存器
│  ├─IdExSegReg         # ID-EX级间寄存器
│  ├─IfIdSegReg         # IF-ID级间寄存器
│  └─MemWbSegReg        # MEM-WB级间寄存器
│    ALU.v          
│    BranchDecision.v
│    ControllerDecoder.v
│    DataExtend.v
│    GeneralRegister.v
│    Hazard.v
│    ImmExtend.v
│    NPCGenerator.v
│    Parameters.v       # 参数文件
│    PC.v
│    RV32ICore.v        # CPU顶层文件
│
└─TestTools             #测试数据生成工具
    ├─FunctionalTest    #功能测试
    └─PerformanceTest   #性能测试

CPU基本情况

ISA支持

RISC-V 32I的指令类型共有6种, 每种指令的具体位划分如下:

本CPU支持的指令有:

#逻辑或算数运算指令
SLLI、SRLI、SRAI、ADD、SUB、SLL、SLT、SLTU、XOR、SRL、SRA、OR、AND、ADDI、SLTI、SLTIU、XORI、ORI、ANDI、

#load与store类型的指令
LB、LH、LW、LBU、LHU、SB、SH、SW、

#分支指令
BEQ、BNE、BLT、BLTU、BGE、BGEU、

#跳转或寄存器更新指令
LUI、AUIPC、JALR、JAL、

#CSR指令
CSRRW、CSRRS、CSRRC、CSRRWI、CSRRSI、CSRRCI

功能特性

此CPU的功能特性包括:

• 五段流水线, 带有定向旁路;
• 支持2bits BHT分支预测, 并可自由调整buffer大小;
• 支持LRU n-way D-Cache, 并可自由调整D-Cache配置。在D-Cache之后接有main_mem, 负责模拟主存50个时钟周期的延迟。

其数据通路如下:

Getting Started

以Vivado开发为例, 首先需要生成I-Cache和D-cache的Verilog文件(默认的Cache文件为1TestAll对应的Verilog文件), 详情见测试样例生成。接下来新建Vivado工程, 将Source的代码导入, 然后将Simulation文件夹下的testBench.v作为仿真文件导入, 之后就可以进行仿真了。功能和性能测试结果说明也请参考此文档。

另外, 我们可以通过调节Cache的配置、分支预测器的大小、测试样例的规模来分析CPU在不同配置下的性能。