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耗时两年自制一块32位Risc-V处理器,可玩“饕餮蛇”RISC-V 是一个基于精简指令集(RISC)原则的开源指令集架构(ISA),它是对应开源软件活动的一种「开源硬件」。该项目于 2010 年始于加州大学伯克利分校,项目贡献者是该大学以外的志愿者和行业工作者。
RISC-V 指令集的设计思量了小型、快速、低功耗的实际环境来实做,但并没有对特定的微架构做过度的设计。与大多数指令集相比,RISC-V 指令集能够自由地用于任何目的,允许任何人设计、制造和销售 RISC-V 芯片和软件。
2021 年 4 月初,一位热衷于自制 CPU 的 19 岁极客小伙 Filip Szkandera本身设计和制造出了 32 位功能性 RISC-V CPU,并构建了与其他自制较量机分歧的个人较量机「菠萝一号(Pineapple ONE)」。从设计、调试和安装 CPU 和所有硬件,Filip 整整花了两年时间。Filip 还受邀在东京举行的 RISC-V Days Tokyo 2021 Spring 上做了演示,他也成为了该会议自 2017 年举行以来最年轻的演示者。
建立者 Filip Szkandera。
团体来看,「菠萝一号」是由8 块正方形打印电路板垂直堆叠组成,每块边侧高度约为 10 厘米,外加一个VGA 表现接口卡。一共使用了230 多个集成电路,大多数是 74HCT 系列逻辑芯片。示意图如下:
32 位 RISC-V CPU 的规格如下:
最大时钟速率:500kHz
法式内存:512kB
内存 512kB
闪存 512kB
VGA 输出:200×150px(黑白)
2 个 8 位输入端口
2 个 8 位输出端口
眼前,「菠萝一号」较量机支持的下令包含:HELLO、HI、PEEK 、POKE 、SYSTEM INFORMATION、CLEAR 等。
此外固然 CPU 的运行速率仅有 500kHz,但玩个饕餮蛇游戏照样绰绰有余的:
Filip 在一篇博客中先容了他从设计 CPU、制作原型机、输入 / 输出端口、最终制品到软件编程的手艺细节(下文以第一人称叙述)。
设计本身的 RISC-V CPU
此前,我在 Youtube 上发现了电子快乐者 Ben Eater 自制 CPU(构建著名的 8 位较量机和经典的 6502 微处理器)的相关教程,所以非常着迷,也就有了自制 CPU 的想法。然而,我感觉对于 CPU 根蒂知识认识的还不够,因此又观看了 Google Robotics 软件工程师 Robert Baruch 的教程视频,他只使用了根基逻辑元件构建了 32 位 RISC-V CPU。
之后,我便起头在一个名为「Logisim-Evolution」的项目中制造本身的 RISC-V CPU。我给本身设定的目标是不使用任何微掌握器或 FPGA,只使用根基的分立逻辑元件。编译器支持的最根蒂 RISC-V CPU 必需包括扩展「整数(I)」且至少为 32 位。此外,我还必要安装一个 VGA(视频图形阵列)输出卡。
我花了整整 6 个月的时间在 Logisim 项目上,终于获得一个可运行的法式模拟。下一步绘制所有模块的原理图、从 JLCPCB 网站上购买所有的 PCB(印制电路板)并重新设计。由于这是我初次购买 PCB,担心搞砸统统,于是决意在设计过程中分模块处理,一次选购几个,以免本身应接不暇。
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