【RISC-V设计-04】- RISC-V处理器设计K0A之架构

【RISC-V设计-04】- RISC-V处理器设计K0A之架构

1. 简介

在前几篇文章中，介绍了RISC-V处理器的结构和指令集，从本篇文章开始，介绍一个最简单的RISC-V内核，仅支持RV32E（和RV32I指令一致，但支持16个通用寄存器），并命名为RISCV-K0A。RISCV-K0A是一个超轻量级的RISCV CPU内核，采用冯诺依曼结构，两级流水线，指令集为RV32E指令集（即整数指令集，16个通用寄存器），支持16个中断源。内核较为精简，面积极小、功耗低。

2. 主要特点

1. RV32E+Zicsr指令集;
2. 16个通用寄存器；
3. 仅支持机器模式；
4. 支持特权指令MRET；
5. 实现了44条指令的处理；
6. 两级流水线，取指、执行两个阶段；
7. 冯诺依曼结构，指令总线和数据总线共享；
8. 20位地址总线，最大支持1MByte地址空间；
9. 支持16个外部中断源，支持晚到中断、咬尾中断；

3. 结构框图

BMU ：总线管理单元（Bus Management Unit）
IDU ：指令译码单元（Instr Decoder Unit）
ALU ：算术逻辑单元（Arithmetic and Logic Unit）
GPR ：通用寄存器（General Purpose Register）
CIC ：核内中断控制器（Core Interrupt Contoller）
CSR ：控制与状态寄存器（Control and Status Register）

4. 指令列表

序号	类型	指令	周期	功能	说明
1	RV32I	ADDI	1	Rd = Rs + imm	立即数加法
2	RV32I	SLTI	1	Rd = Rs < imm ? 1’b1 : 1’b0	立即数有符号小于
3	RV32I	SLTIU	1	Rd = Rs < imm ? 1’b1 : 1’b0	立即数无符号小于
4	RV32I	XORI	1	Rd = Rs ^ imm	立即数异或
5	RV32I	ORI	1	Rd = Rs | imm	立即数逻辑或
6	RV32I	ANDI	1	Rd = Rs & imm	立即数逻辑与
7	RV32I	SLLI	1	Rd = Rs << imm[4:0]	立即数逻辑左移
8	RV32I	SRLI	1	Rd = Rs >> imm[4:0]	立即数逻辑右移
9	RV32I	SRAI	1