1、探索处理器架构：DIY 方法与 RISC-V 实践

探索处理器架构：DIY 方法与 RISC-V 实践

1. DIY 处理器设计入门

1.1 独特的学习方法

以往在操作系统设计学习中，Douglas Comer 用 C 源代码从零构建完整操作系统，如今在处理器设计学习上，也可采用类似的 DIY 方法，通过 C 源代码从零开始构建自己的处理器。你仅需一台计算机、可选的开发板，以及一套免费软件，就能将 C 程序转化为现场可编程门阵列（FPGA）实现。即便没有开发板，也能对处理器进行模拟。

1.2 时代背景与技术变革

在 20 世纪 70 年代，个人构建完整操作系统成为可能，个人计算机的出现和 C 编程语言的应用，让人能完全掌控硬件。如今，FPGA 如同 70 年代的个人计算机，可访问逻辑门；高级综合工具（HLS）则如同 70 年代的 C 编译器，能通过高级语言访问 FPGA。

2. RISC - V 开源处理器设计

2.1 RISC - V 的优势

RISC - V 是开源指令集架构（ISA），无需计算机制造商许可，就能构建、使用甚至销售基于 RISC - V 的处理器，这与 Intel 的 X86 或 ARM 的 v7、v8 不同。它定义了多个 ISA 子集，处理器可实现不同层次的 ISA 组织。

2.2 具体实现子集

在学习过程中，会实现最基本的子集之一 RV32I，它是用于 32 位整数运算的机器指令集。掌握相关知识后，还能依据 RISC - V 规范将处理器扩展到 64 位字长，添加浮点运算子集等。而且，RV32I 子集足以启动像 Linux 这样的操作系统。

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