WangXuan95 1265d3feb1 new
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USTCRVSoC

一个用SystemVerilog编写的基于RISC-V的SoC

特点

1、RISC-V核采用5段流水线能运行RV32I指令集

2、SoC使用简单直观的32bit握手总线(naive_bus.sv)

3、总线仲裁器(naive_bus_router.sv)预留了宏可修改主从设备的数量和地址空间以方便拓展外设、多核、DMA等

4、具有UART调试器(isp_uart.sv)用户可以使用PC上的串口助手、minicom等软件实现交互式的系统复位、上传程序、查看内存等功能

5、全部使用SystemVerilog实现不调用IP核方便在Altera、Xilinx、Lattice等不同FPGA平台上移植

6、RAM和ROM符合一定的Verilog写法自动综合成Block RAM

SoC 结构

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主要部件

1、多主多从总线仲裁器(naive_bus_router.sv):负责接受主接口发来的读写请求,根据其地址空间将其路由到相应的从接口,并在不同主接口同时访问一个从接口时,控制其中优先级高的从接口先进行访问,优先级低的主接口等待。

2、RV32I Core(core_top.sv):包括两个主接口,一个用于取指令,一个用于读写数据

3、UART调试器(isp_uart.sv)包括一个主接口。它接收用户从UART发来的命令操控复位等信号或对总线进行读写。可以使用UART命令复位整个SoC上传程序或者查看运行时的RAM数据。

4、指令ROM(instr_rom.sv)地址空间00000000~00000fffCPU复位后从00000000开始取指令因此若在指令ROM中存放编译好的指令流复位后就自动运行其中的程序

5、数据RAM(ram_bus_wrapper.sv)地址空间00010000~00010fff

6、显存RAM(vedio_ram.sv)地址空间00020000~00020fff一共4096B若VGA信号正确连接到VGA接口则屏幕上能够显示98列*36行=3528个字符显存RAM的前3528B对应的ASCII码值就决定了每个字符是什么

7、用户UART(user_uart_tx)暂时只具有发送功能地址空间00030000~00030003向00030000写一个字节相当于把该字节放入发送缓冲区FIFO缓冲区大小256B缓冲区的数据会尽快发送。

地址空间分配

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CPU 结构

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TODO

Getting Start

我们提供了两种方式运行代码:

1、修改指令ROM内的数据。每次修改只能修改Verilog代码然后重新编译综合重新烧写FPGA逻辑。虽然麻烦但这便于进行RTL仿真你可以将想要运行的程序放入指令ROM然后仅需在testbench中给予SoC一个时钟就可以观察整个SoC在运行这段代码时的波形。

2、使用UART调试器在线修改指令RAM内的数据。

部署电路到FPGA

你需要一块至少具有一个UART的FPGA开发板。另外它最好还有另一路UART或一个VGA接口。

在Quartus或Vivado等开发软件中以soc_top为顶层模块进行综合。注意到该顶层模块具有两路UART和一路VGA其中最重要的是ISP-UART务必将其连接开发板的UART。另外一路UART和VGA视开发板的情况而定。

另外注意时钟需要是50MHz如果你的开发板时钟不是50MHz可以使用PLL IP产生50MHz提供给SoC。

当你将电路烧写到FPGA后ISP-UART已经在等待命令并且Risc-v CPU应该已经开始运行指令ROM中的程序了。

用UART调试器读写RAM

TODO

用UART调试器让VGA显示字符

TODO

汇编文件产生指令流

TODO

用RISC-V CPU调用UART外设打印Hello

TODO

用RISC-V CPU在VGA上显示字符

TODO

用RISC-V CPU计算斐波那契数列

TODO

RTL仿真

汇编文件产生Verilog ROM

进行RTL仿真首先需要修改指令ROM中的程序方法是

1、将汇编代码汇编为指令流并存在Verilog ROM中在./ASM目录中运行python文件asm2verilogrom.py具体命令行命令格式见python中的注释。推荐使用windows完成这一步因为 ./ASM/riscv32-gnu-toolchain-windows 中提供了编译好的riscv-windows工具链不需要另外配置环境。

2、将生成的.sv文件中的内容复制替换 ./RTL/instr_rom.sv 中的内容。

进行仿真

修改ROM后请直接使用soc_top_tb.sv文件进行仿真这个仿真是针对整个SoC的因此你可以修改ROM程序后进行仿真观察SoC运行该程序的行为

Description
Languages
SystemVerilog 79%
Assembly 20.9%
Tcl 0.1%