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5 分钟了解什么是 Bergamot.

Bergamot social card

项目简介​

Bergamot 是一个基于 RV32GC 的超标量处理器实现.

与其他 RISC-V 开源实现不同, Bergamot 关注于超标量架构的通用处理器实现方法.

Bergamot 目前支持:

  • 多级, 动态以及 2 路的超标量结构, 意味着理论最大指令吞吐量为 2 条指令/周期.
  • 4 路并行的流水线处理单元, 包括 ALU, Branch, Memory, FPU.
  • 动态分支预测.
  • L1 (I/D) 和 L2 高速缓存系统.
  • RISC-V 32GC 指令集架构.
  • 支持主流 Linux 内核启动.
  • 中断和内存映射式 I/O 子系统.
  • 采用 AXI 总线, 连接多种外设.
  • 可以运行在 FPGA 中.

如果你已经有单周期或多周期单流水 CPU 的设计经验, 想要了解和学习超标量处理器结构, 那么本项目正好适合您参与与学习.

快速开始​

面对的人群​

Bergamot 作为一种开源的 RISC-V 超标量处理器实现, 我们的目标是实现一个具有多功能组件并且可自由更改的处理器实现, 帮助读者理解现代处理器技术基础, 适用于教学与科研.

我们希望您在阅读本文档前, 应该有以下的知识储备和相关经验:

  • 基本的数字电路知识, 至少应该熟练掌握使用 Verilog 组合电路和时序电路 (状态机) 的设计和开发流程.
  • 有单周期和多周期单流水 CPU 的设计经验.
  • 了解过超标量架构的相关内容.
  • Scala 语言的使用 (基本的面向对象和函数式编程), Chisel 硬件描述框架的使用.

本文档会讲解:

  • 一般超标量架构的相关内容.
  • RISC-V IMACFA(GC) 指令集体系.
  • Bergamot 设计思想.
  • Bergamot 的使用方法.

本文档 不会 讲解:

  • 如何编写 Scala 语言程序, 以及如何使用 Chisel 设计数字电路.
  • RISC-V 程序的编写以及 RISC-V Linux 操作系统实现细节.
  • 高级的现代处理器设计方案, 例如多核心.

需要什么?​

  • Git 是一个版本控制工具, 用来克隆我们的代码.
  • Sbt 是 Scala 项目构建工具, 可以自动帮助我们适配和下载 Scala 以及相关依赖版本.
  • Chisel 是我们使用的硬件描述框架, 基于 Scala 语言开发.
  • Verilator 是一款开源、高性能的 RTL 级仿真器, 您也可以使用其他仿真器.
  • GCC for RISC-V 是 RISC-V 的 GCC 交叉编译工具链.
  • 如果您参与 FPGA 开发, 可能还需要例如 Vivado 等 FPGA 开发工具.
Scala 版本

Chisel 使用 Scala 2, 而不是 Scala 3.

启动项目​

  1. 克隆代码
git clone https://github.com/LoveLonelyTime/Bergamot
  1. 构建项目
cd Bergamot
sbt run

cd 命令确保您的工作目录位于我们的项目目录下.

sbt run 是 Sbt 的构建命令, Sbt 会帮助我们适配并下载合适的 Scala 版本. 如果您第一次构建 Chisel 项目, 该命令可能需要较长的时间从互联网下载相关工具链和代码包, 请在网络良好的环境下执行该命令.

  1. 选择要导出的核心

如果您在构建的过程中, 终端输出以下内容:

1. Standard Bergamot core
2. Verilator test core
Please select the core you want to export:

输入 1 导出标准 Bergamot 核心, 输入 2 导出用于 Verilator 测试的 Bergamot 核心, 如果您第一次使用本项目, 请输入 2.

该过程可能时间较久, 请稍作等待, 若您没有遇到错误, 项目将会在项目的根目录下生成以下文件

  • VerilatorTestCore.sv 描述测试内核的 System Verilog 文件.
  • VerilatorTestCore.anno.json Chisel 的 Annotations 导出.
  1. 构建 Verilator 测试程序

我们的 Verilator 测试程序将在 simulator 目录下面进行.

cp VerilatorTestCore.sv simulator/
cd simulator
make

cp 将 VerilatorTestCore.sv 拷贝到 simulator 目录下, 之后进入该目录.

make 将使用我们预定义的 Makefile 文件进行构建.

该过程同样可能时间较久, 请稍作等待. 构建完成之后, 若您没有遇到错误, 项目将在 obj_dir 目录下生成 VVerilatorTestCore 二进制可执行文件, 该文件即为我们最终的仿真程序.

  1. 运行 Verilator 测试程序

VVerilatorTestCore 可直接在终端内执行, 该程序的用法为:

Usage: VVerilatorTestCore [+trace] +B<binary file> [+D<device tree file>] [+T<timeout>] [+W<write host>]
    +trace : 输出 VCD 波形文件.
    +B<binary file> : 要仿真执行具有 RISC-V 指令的二进制程序文件.
    +D<device tree file> : 要使用的设备树文件 (.dtb).
    +T<timeout> : 最大测试周期, 不设置则无限仿真时间.
    +W<write host> : riscv-tests 程序的 Write Host 内存地址 (16进制).

使用例子:

./obj_dir/VVerilatorTestCore +trace +Bprog.bin +Dsim_dt.dtb +T10000 +W80000000

接下来的路程​

恭喜您🎉, 完成了 Bergamot 的项目构建, 接下来的教程中, 您将学习怎样编译 RISC-V 程序 (甚至是 Linux 内核), 开启 Bergamot 学习路程.