李路的RISC-V指令集CPU设计探索

"李路的实验报告，探讨了RISC-V指令集，特别是JAL和BLTU指令，以及CPU执行指令的基本流程" 实验报告的主题聚焦在RISC-V指令集上，这是一个由加州大学伯克利分校研发的开源指令集架构。RISC-V的特点是简单、高效并且完全免费，它的设计目标涵盖了从微控制器到超级计算机的各种应用场景，允许在FPGA、ASIC等不同硬件平台上实现，并且可以灵活地进行定制和加速。自2015年RISC-V基金会成立以来，吸引了包括谷歌、高通、IBM等众多知名企业及研究机构的参与，生态发展迅速。 在RISC-V指令集中，"JAL"（Jump And Link）指令是一个关键的控制转移指令。它用于直接跳转到指定的地址执行，并将当前的程序计数器（PC）值保存在链接寄存器中。这样的设计允许在子程序调用中保留返回地址，使得程序能正确返回到调用位置。JAL指令的使用对于实现过程调用和构建复杂的控制流至关重要。 另一方面，"BLTU"（Branch on Less Than Unsigned）是RISC-V中的条件分支指令，它比较两个寄存器中的无符号整数，如果第一个寄存器的值小于第二个寄存器，那么就会执行跳转操作。这种指令在条件判断和循环等逻辑控制中非常常见，是构建程序逻辑的基础。 实验报告还提到了CPU执行指令的一般流程，包括三个主要步骤：取指（Fetch）、译码（Decode）和执行（Execute）。首先，CPU从内存中取出指令；接着，解析指令的含义，确定需要的操作和操作数；最后，执行指令指定的操作，可能涉及对寄存器或内存的读写，并更新程序计数器以指向下一条指令。这个流程是所有基于指令集的CPU工作的核心。 报告中列举的其他指令，如"SB"（Store Byte）用于存储单个字节数据到内存，"XORI"（XOR Immediate）进行按位异或操作，并用立即数作为其中一个操作数，"ADD"（Add）则用于执行两个寄存器之间的加法操作，这些都是RISC-V指令集中的基本算术和存储指令，对于理解和实现RISC-V CPU至关重要。