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[RISC-V MCU 应用开发]

一个从零开始写的极简易懂的RISC-V处理器核 tinyriscv

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麻花油条|  楼主 | 2022-9-14 15:04 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
RISC-V处理器, TI, tiny, PGA, FPGA
本项目目前一共有3个分支，分别是master、bram和verilator，分别对应入门、进阶和高级三个级别，大家可以根据自身情况选择。
我建了一个RISC-V技术交流的微信群，如果对RISC-V（不限于本项目）感兴趣的话可以发邮件给我。
本项目是一直在更新的，verilator分支持续开发中 ，如果哪天不再更新了，我会特别说明的。
如果对本项目有疑问或者建议的话，优先通过邮件交流，谢谢。
1.初衷
本开源项目的初衷是本人想入门RISC-V，熟悉RISC-V的指令内容和汇编语法。
本人对RISC-V很感兴趣，很看好RISC-V的发展前景，觉得RISC-V就是CPU中的Linux。由于RISC-V是这两年才开始迅速发展的，因此关于RISC-V的学习参考资料目前还很少，特别是适合入门的资料，因此学习起来进度很缓慢，于是萌生了自己从零开始写RISC-V处理器核的想法。
本人是一名FPGA小白，为了快速入门、深入掌握RISC-V，我开始了学习FPGA和verilog的"艰难"历程。我工作的内容是和嵌入式软件相关的，平时根本不会接触到FPGA，也不会用到RISC-V，因此只能用业余时间来学习RISC-V。
网上有不少关于RISC-V的开源项目，但是大多都写得很"高深"，对于我这种小白来说学习起来是非常吃力的，不太适合入门。本项目目前的代码量非常少，是很简单易懂的，对于想入门RISC-V的同学来说是一个很好的参考，希望能够吸引更多的同学参与到RISC-V的学习中来，促进RISC-V的发展，如果能起到抛砖引玉的作用的话那就更好了，也许说是砖的话就有点夸大了，但哪怕是起到一颗沙子的作用，也就足矣。
2.介绍
本项目实现的是一个单核32位的小型RISC-V处理器核(tinyriscv)，采用verilog语言编写。设计目标是对标ARM Cortex-M3系列处理器。tinyriscv有以下特点：
  • 支持RV32IM指令集，通过RISC-V指令兼容性测试；
  • 采用三级流水线，即取指，译码，执行；
  • 可以运行C语言程序；
  • 支持JTAG，可以通过openocd读写内存(在线更新程序)；
  • 支持中断；
  • 支持总线；
  • 支持FreeRTOS；
  • 支持通过串口更新程序；
  • 容易移植到任何FPGA平台(如果资源足够的话)；
项目中的各目录说明：
rtl ：该目录包含tinyriscv的所有verilog源码；
sim ：该目录包含仿真批处理bat文件和脚本；
tests ：该目录包含测试程序源码，其中example目录为C语言程序例程源码，isa目录为RV32指令测试源码；
tools ：该目录包含编译汇编和C语言程序所需GNU工具链和将二进制文件转成仿真所需的mem格式文件的脚本，还有通过串口下载程序的脚本。
pic ：存放图片；
tb ：该目录包含仿真的testbench文件；
fpga ：存放FPGA相关文件，比如约束文件；

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沙发
麻花油条|  楼主 | 2022-9-14 15:10 | 只看该作者
tinyriscv的整体框架如下：
tinyriscv目前外挂了6个外设，每个外设的空间大小为256MB，地址空间分配如下图所示：
3.CoreMark测试
目前tinyriscv在Xilinx Artix-7 35T FPGA平台(时钟50MHz)上运行CoreMark跑分程序的结果如下图所示：
可知，tinyriscv的跑分成绩为2.4。
选了几款其他MCU的跑分结果如下图所示：
更多MCU的跑分结果，可以到[color=rgb(12, 147, 228) !important]coremark官网查询。

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板凳
麻花油条|  楼主 | 2022-9-14 15:26 | 只看该作者
4.如何使用
本项目可以运行在Windows和Linux平台(macOS平台理论上也是可以的)，编译仿真工具使用的是iverilog和vpp，波形查看工具使用的是gtkwave。
4.1Windows平台环境搭建
在使用之前需要安装以下工具：
  • 安装iverilog工具
可以在这里[color=rgb(12, 147, 228) !important]http://bleyer.org/icarus/下载，安装过程中记得同意把iverilog添加到环境变量中，当然也可以在安装完成后手动进行添加。安装完成后iverilog、vvp和gtkwave等工具也就安装好了。
  • 安装GNU工具链
可以通过百度网盘下载(链接: https://pan.baidu.com/s/1bYgslKxHMjtiZtIPsB2caQ 提取码: 9n3c)，或者通过微云下载[color=rgb(12, 147, 228) !important]https://share.weiyun.com/5bMOsu9，下载完成后将压缩包解压到本项目的tools目录下。注意目录的层次结构，解压后的工具路径应该如下所示：
tinyriscv        oolsgnu-mcu-eclipse-riscv-none-gcc-8.2.0-2.2-20190521-0004-win64in iscv-none-embed-gcc
  • 安装make工具
可以通过百度网盘下载(链接: https://pan.baidu.com/s/1nFaUIwv171PDXuF7TziDFg 提取码: 9ntc)，或者通过微云下载[color=rgb(12, 147, 228) !important]https://share.weiyun.com/59xtmWR，下载完成后直接解压，然后将make所在的路径添加到环境变量里。
  • 安装python3
到[color=rgb(12, 147, 228) !important]python官网下载win版本的python，注意要下载python3版本的。网速慢的同学可以通过百度网盘下载(链接: https://pan.baidu.com/s/1gNC8L5dZTsN6E5TJD2rmnQ 提取码: 3b4t)，或者通过微云下载[color=rgb(12, 147, 228) !important]https://share.weiyun.com/XwzSQHND。安装完后将python添加到环境变量里。
  • 下载tinyriscv代码
使用git clone命令下载，不要使用zip方式下载 ，否则有些文件会有格式问题。
git clone https://gitee.com/liangkangnan/tinyriscv.git
4.2Linux平台环境搭建
这里以Ubuntu系统为例进行说明。
  • 下载iverilog源码
git clone https://github.com/steveicarus/iverilog.git
  • 切换到v11分支(必须用V11或以上的版本)
git checkout v11-branch
  • 安装依赖
sudo apt-get install autoconf gperf flex bison build-essential
  • 编译、安装iverilog和vvp
sh autoconf.sh./configuremakemake install
  • 创建python软链接
sudo ln -s /usr/bin/python3.8 /usr/bin/python
其中/usr/bin/python3.8对应你实际安装的python版本。
  • 安装gtkwave
sudo apt-get install gtkwave
  • 安装GNU工具链
可以从百度网盘下载(链接：https://pan.baidu.com/s/10uLZYf_cgtH94kZI_N6JhQ
提取码：uk0w)或者自行下载其他版本的，下载后解压到tools目录下。
最后，需要确认tests/example/common.mk文件里的这几行内容要与你安装的工具链对应得上。
4.3运行指令测试程序
这里以Windows平台为例进行说明，Linux平台是类似的。
4.3.1 运行旧的指令测试程序
旧的指令测试程序属于比较早的指令兼容性测试方法，虽然目前RISC-V官方已经不更新了，但仍然是一个比较好的测试参考。
下面以add指令为例，说明如何运行旧的指令测试程序。
打开CMD窗口，进入到sim目录，执行以下命令：
python .sim_new_nowave.py ..        estsisagenerated v32ui-p-add.bin inst.data
如果运行成功的话就可以看到"PASS"的打印。其他指令使用方法类似。
也可以一次性对所有指令进行测试，方法如下。
打开CMD窗口进入到sim目录下，执行以下命令：
python .        est_all_isa.py
4.3.2运行新的指令测试程序
新的指令兼容性([color=rgb(12, 147, 228) !important]riscv-compliance)测试项相对于旧的指令兼容性测试项来说对指令的测试更加严谨，可以精确到每一条指令的运行结果，而且RISC-V官方一直在更新。
下面以add指令为例，说明如何运行新的指令测试程序。
打开CMD窗口，进入到sim/compliance_test目录，执行以下命令：
python .compliance_test.py ....        ests iscv-complianceuild_generated v32iI-ADD-01.elf.bin inst.data
如果运行成功的话就可以看到"PASS"的打印。其他指令使用方法类似。

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地板
麻花油条|  楼主 | 2022-9-14 15:31 | 只看该作者
4.4运行C语言程序
C语言程序例程位于testsexample目录里。
下面以simple程序为例进行说明。
打开CMD窗口，进入到testsexamplesimple目录，执行以下命令编译：
make
编译成功之后，进入到sim目录，执行以下命令开始测试：
python .sim_new_nowave.py ..        estsexamplesimplesimple.bin inst.data
5.移植到FPGA
详细的移植方法请查看本项目下的fpga目录中的README.md文件。
6.未来计划
  • 写设计文档；
  • 优化资源和功耗(主要是译码和执行部分)；
  • 支持硬件中断嵌套和快速实时中断；
  • ......

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5楼
chenci2013| | 2022-10-1 12:52 | 只看该作者
一个单核32位的小型RISC-V处理器核               

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6楼
jackcat| | 2022-10-1 13:25 | 只看该作者
网上其实有很多的cpu代码,很多都值得好好学一学

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7楼
suzhanhua| | 2022-10-1 13:59 | 只看该作者
RISC-V与ARM架构相比有何优势和劣势?

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8楼
xiaoyaozt| | 2022-10-1 14:31 | 只看该作者
一个单核32位的小型RISC-V处理器核(tinyriscv),采用verilog语言编写。

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9楼
robertesth| | 2022-10-1 15:12 | 只看该作者
tinyriscv Verilog源码。   

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10楼
claretttt| | 2022-10-1 16:03 | 只看该作者
移植 tinyriscv 到FPGA上

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11楼
hudi008| | 2022-10-1 17:00 | 只看该作者
RISC-V架构能否有效挑战ARM和英特尔?

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12楼
pl202| | 2022-10-1 18:10 | 只看该作者
tinyriscv实现的是一个微RISC-V处理器核,用verilog语言编写

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13楼
jonas222| | 2022-10-1 19:07 | 只看该作者
支持riscvcpu吗               

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14楼
eefas| | 2022-10-1 19:59 | 只看该作者
https://github.com/Tencent/TencentOS-tiny  

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15楼
albertaabbot| | 2022-10-1 20:52 | 只看该作者
最简单、最通俗易懂的方式实现RISC-V指令

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16楼
sparrow054| | 2022-10-2 14:45 | 只看该作者
有没有系统性的教程可以学习呢，感觉用的少，是因为教程少

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