从零开始的CPU-存储和指针

1. memory

input clock,pcload,reset,IRload,Jmux
output IR

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2. ALU (Arithmetic logic unit) 算术逻辑单元

• calpart计算单元

3. control unit

RISV-C

1.数据通路单元 datapath

存取指令 （两个状态单元，一个加法器）

指令存储器（Instruction memory）
程序计数器 PC 保存当前指令地址
加法器 增加PC值获取下一条指令，通过ALU实现
寄存器堆 处理器的32个通用寄存器

• 指令格式

1. R型 funct7(7)-rs2(5)-rs1(5)-funct3(3)-rd(5)-opcode(7)
2. I型 immediate(12)-rs1(5)-funct3(3)-rd(5)-opcode(7)
3. S型 immediate [11:5]-rs2(5)-rs1(5)-funct3(3)-immediate [4:0]-opcode(7)

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指令集	RV32I	RV32M	RV32A	RV32D	RV32F	F和D共有	RV32G
指令数	47	8	11	32	32	8	112

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寄存器

寄存器	ABI名称	说明
x0	zero	硬编码为0，写入数据忽略，读取数据为0
x1	ra	返回地址
x2	sp	栈指针
x3	gp	通用指针 global pointer
x4	tp	线程指针
x5	t0	存放临时数据或者备用链接
x6-x7	t1-t2	存放临时数据
x8	s0/fp	需要保存的寄存器或者帧指针寄存器
x9	s1	需要保存寄存器
x10-x11	a0-a1	函数参数或者返回值
x12-x17	a2-a7	函数传递参数
x18-x27	s2-s11	需要保存的寄存器
x28-x31	t3-t6	存放临时数据

特权架构

level	Encoding	Name	Abbreviation
0	00	User/Appliation 用户模式	U
1	01	Supervisor 监管者模式	S
2	10	Reserved 虚拟化	H
3	11	Machine 机器模式最高权限	M

CSR寄存器

M模式CSR寄存器，需要使用csrr、csrw、csrrw等特定指令进行访问。

• mstatus
  状态寄存器 保存全局中断使能状态和其他状态例如切换模式前保存当前模式。
• mtvec
  异常入口基地址寄存器，保存发生异常时需要跳转的地址
• medeleg和mideleg
  异常委托和中断委托。如在M模式下发生异常或中断时，可以通过这两个寄存器交给其他模式处理。
• mip和mie
  中断使能和中断等待
• hpm Hardware Performance Monitor
  硬件性能单元，用于性能计数u，包括 mphmcounter性能计数器 和 mphmevent用于配置性能事件
• mcounteren 计数器使能 和 mcountinhibit禁止计数
• mscratch 保存M模式指向hart上下文的指针并在进入M模式的处理程序时和用户寄存器交换。
• mepc 发生中断时当前PC值保存在mepc中，中断返回时会读取pc值
• mcause 保存发生中断或异常的情况 1中断0异常
• mvtal 发生异常时保存出错的地址