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
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00000000~00000fff,CPU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
CPU 结构
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