cpu.c 文件参考

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#include "csr.h"
#include "opcode.h"
#include "utils.h"

宏定义
#define	ADDR_MISALIGNED(addr)   (addr & 0x3)
#define	MAX_CPU_STEP   10

函数
static u64	cpu_load (CPU *cpu, u64 addr, u64 size)
	*处理器加载数据
static void	cpu_store (CPU *cpu, u64 addr, u64 size, u64 value)
	*处理器存储数据
static void	print_op (char *s)
	打印操作码
static int	cpu_step_one (CPU *cpu)
	处理器执行一条指令
static u64	rd (u32 inst)
static u64	rs1 (u32 inst)
static u64	rs2 (u32 inst)
static u64	imm_I (u32 inst)
static u64	imm_S (u32 inst)
static u64	imm_B (u32 inst)
static u64	imm_U (u32 inst)
static u64	imm_J (u32 inst)
static u32	shamt (u32 inst)
static u64	csr (u32 inst)
void	exec_LUI (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_AUIPC (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_JAL (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_JALR (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_BEQ (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_BNE (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_BLT (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_BGE (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_BLTU (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_BGEU (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_LB (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_LH (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_LW (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_LD (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_LBU (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_LHU (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_LWU (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SB (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SH (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SW (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SD (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_ADDI (CPU *cpu, u32 inst)
	立即数相加
void	exec_SLLI (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SLTI (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SLTIU (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_XORI (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SRLI (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SRAI (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_ORI (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_ANDI (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_ADD (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SUB (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SLL (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SLT (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SLTU (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_XOR (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SRL (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SRA (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_OR (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_AND (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_FENCE (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_ECALL (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_EBREAK (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_ECALLBREAK (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_ADDIW (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SLLIW (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SRLIW (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SRAIW (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_ADDW (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_MULW (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SUBW (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_DIVW (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SLLW (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SRLW (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_DIVUW (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SRAW (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_REMW (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_REMUW (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_CSRRW (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_CSRRS (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_CSRRC (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_CSRRWI (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_CSRRSI (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_CSRRCI (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_LR_W (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SC_W (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_AMOSWAP_W (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_AMOADD_W (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_AMOXOR_W (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_AMOAND_W (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_AMOOR_W (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_AMOMIN_W (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_AMOMAX_W (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_AMOMINU_W (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_AMOMAXU_W (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_LR_D (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_SC_D (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_AMOSWAP_D (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_AMOADD_D (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_AMOXOR_D (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_AMOAND_D (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_AMOOR_D (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_AMOMIN_D (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_AMOMAX_D (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_AMOMINU_D (CPU *cpu, u32 inst)
void	exec_AMOMAXU_D (CPU *cpu, u32 inst)
void	cpu_init (CPU *cpu)
	处理器初始化给定的CPU， 将指针指向的CPU中的寄存器全部置 0， 并将程序寄存器pc的值设为内存的起始地址。
u32	cpu_fetch (CPU *cpu)
	处理器从内存（DRAM）中读取指令用于执行， 并将其存入指令变量inst中。
int	cpu_execute (CPU *cpu, u32 inst)
	处理器将从DRAM中取得并存放 在inst变量中的指令解码并执行。本质上是 ALU 和指令译码器的组合。
int	cpu_step (CPU *cpu, int step)
	处理器步进执行
int	cpu_loop (CPU *cpu, char *filename)
	处理器循环执行
void	cpu_dump_regs (CPU *cpu)
	处理器查看寄存器的值

详细描述

中央处理器实现

作者

lancer (lance.nosp@m.rsta.nosp@m.dium@.nosp@m.163..nosp@m.com)

版本

0.1

日期

2024-01-08

版权所有

Copyright (c) 2024

注解

当编写 exec 函数时，应当注意 0 扩展与符号扩展。 例如，立即数在与寄存器中的其它值一起被操作时， 通常是符号扩展到 64 位。我们可以在需要时通过 C 语言的类型转换（int32_t) > (int64_t) > (u64) 来实现符号位扩展。

函数说明

cpu_dump_regs()

void cpu_dump_regs

(

CPU *

cpu

)

处理器查看寄存器的值

参数

cpu

中央处理器

cpu_execute()

int cpu_execute	(	CPU *	cpu,
		u32	inst )

处理器将从DRAM中取得并存放 在inst变量中的指令解码并执行。本质上是 ALU 和指令译码器的组合。

注解

操作码告诉我们要对给定的地址和寄存器进行什么操作。 具体要进行什么操作取决于 3 个值： 操作码 opcode，funct3 和 funct7。 根据指令映射， 我们用以下 cpu_execute 函数对这 3 个部分进行译码。

cpu_fetch()

u32 cpu_fetch

(

CPU *

cpu

)

处理器从内存（DRAM）中读取指令用于执行， 并将其存入指令变量inst中。

参数

cpu

中央处理器

返回

u32 32-bit 指令数据

cpu_init()

void cpu_init

(

CPU *

cpu

)

处理器初始化给定的CPU， 将指针指向的CPU中的寄存器全部置 0， 并将程序寄存器pc的值设为内存的起始地址。

参数

cpu

中央处理器

cpu_load()

static u64 cpu_load ( CPU * cpu, u64 addr, u64 size )

inlinestatic

*处理器加载数据

参数

cpu	中央处理器
addr	地址
size	数据大小

返回

u64 数据

cpu_loop()

int cpu_loop	(	CPU *	cpu,
		char *	filename )

处理器循环执行

注解

三级流水线CPU

• 第 1 级流水线由函数cpu_fetch()处理。
• 第 2、3 级流水线由定义在cpu.h中的函数cpu_execute()一并处理。
• 程序计数器pc在每次循环后增加 4 个字节（32 位，因为每个 RISC-V 指令长度都为 32 位）， 以获取下一条指令。因此 CPU 执行循环可以被写为下面这样：

cpu_step()

int cpu_step	(	CPU *	cpu,
		int	step )

处理器步进执行

参数

cpu	中央处理器
step	步数

返回

int 错误代码

cpu_step_one()

static int cpu_step_one ( CPU * cpu )

static

处理器执行一条指令

参数

cpu

中央处理器

返回

int 错误代码

cpu_store()

static void cpu_store ( CPU * cpu, u64 addr, u64 size, u64 value )

inlinestatic

*处理器存储数据

参数

cpu	中央处理器
addr	地址
size	数据大小
value	数据

exec_ADDI()

void exec_ADDI	(	CPU *	cpu,
		u32	inst )

立即数相加

参数

cpu	处理器
inst	指令

print_op()

static void print_op ( char * s )

static

打印操作码

参数

s

操作码字符串