Upgrade to Pro
— share decks privately, control downloads, hide ads and more …
Speaker Deck
Sign up for free
Menu
Search
Features
All features
Private URLs
Password Protection
Custom URLS
Scheduled publishing
Remove Branding
Restrict embedding
Deck Collections
Notes
Features
All features
Private URLs
Password Protection
Custom URLS
Scheduled publishing
Remove Branding
Restrict embedding
Deck Collections
Notes
Explore
Featured decks
Featured speakers
Programming
Technology
Storyboards
Explore
Featured decks
Featured speakers
Programming
Technology
Storyboards
Pricing
Search
Sign in
Sign up for free
8日で作るオレオレRISC-V CPU
Search
Daiki Matsunaga
August 16, 2022
Technology
2.3k
3
Share
Embed
Copy iframe code
Copy JS code
Copy link
Start on current slide
8日で作るオレオレRISC-V CPU
Daiki Matsunaga
August 16, 2022
More Decks by Daiki Matsunaga
See All by Daiki Matsunaga
Satyrographos Package Indexの宣伝
matsud224
0
240
Prolog
matsud224
1
200
GAMEBOYエミュレータ
matsud224
0
180
オレオレ言語 soramame の紹介
matsud224
0
140
Other Decks in Technology
See All in Technology
生成AIを使って「人が」考える技術 ― AI時代の人機共想と実践ノウハウ|UNITT AC2026
ishiirikie
0
560
自主式軟體工廠
philipz
0
230
継続的なAIコスト最適化
bgpat
1
180
20260930_Gemma4_Hands-on
tsho
0
230
Datadog の学び方 - あるいは、オブザーバビリティを学ぶとは何か
mananyuki
1
490
しろおびから始める!ログ活用の第一歩
shumei_ito
0
190
あなたの知らないAmazon VPC Route Server/Amazon VPC Route Server you don't know about
masakiokuda
2
230
AI駆動開発の時代になったのでトヨタ生産方式から見直す
terurou
0
3.2k
オブザーバビリティを高める AI エージェント体験を考える / Designing AI Agent Experiences That Enhance Observability
aoto
PRO
2
310
AIは爆速なのに、私が詰まっていた話 ― 音声入力と鳴くマスコットでボトルネックを削る
yama3133
0
530
ミイダス株式会社 テックチームのご紹介 / MIIDAS Tech Team
miidas
0
160
React Nativeでの OTA Updateって、 どう説明する?
ichiki1023
0
150
Featured
See All Featured
Practical Orchestrator
shlominoach
192
12k
The Art of Delivering Value - GDevCon NA Keynote
reverentgeek
16
2.2k
New Earth Scene 8
popppiees
4
2.6k
Design and Strategy: How to Deal with People Who Don’t "Get" Design
morganepeng
133
20k
I Don’t Have Time: Getting Over the Fear to Launch Your Podcast
jcasabona
35
2.9k
Believing is Seeing
oripsolob
1
240
Fashionably flexible responsive web design (full day workshop)
malarkey
409
67k
State of Search Keynote: SEO is Dead Long Live SEO
ryanjones
0
310
Highjacked: Video Game Concept Design
rkendrick25
PRO
1
470
The B2B funnel & how to create a winning content strategy
katarinadahlin
PRO
1
550
Sharpening the Axe: The Primacy of Toolmaking
bcantrill
46
3k
Groundhog Day: Seeking Process in Gaming for Health
codingconduct
0
390
Transcript
8日で作るオレオレRISC-V CPU 無線と実験_令和版@アックス京都本社 2022/AUG/16 株式会社アックス 松永大輝
自己紹介 • 松永 大輝 (@matsud224) • 株式会社アックス 勤務 • 趣味で作ったもの
◦ TCP/IP搭載のUNIXライクOS(matsud224/tinyos) ◦ オレオレプログラミング言語(matsud224/soramame) ◦ Prolog to WAM codeコンパイラ(matsud224/wamcompiler) ◦ ラズパイで動くハイパーバイザ( matsud224/raspvisor) ◦ GameBoyエミュレータ(matsud224/gb_emu) ◦ など...
きっかけ • OSSコンソーシアム様よりTang Primer FPGAをお借りした • とりあえず遊んでみた ◦ 大学の講義で少し触ったVerilog(ハードウェア記述言語)を思い出しながら、論理 を記述
◦ まずは定番のLチカ ◦ カラーバーやキャラクタのVGA出力 ▪ Verilog以上に、ピンヘッダのはんだ付けに苦戦...
きっかけ • 格安FPGAといえども、まだまだリソースには余裕がある • せっかくなので、もう少し複雑な論理を書きたい • そこで、CPUを作ることにした ◦ ISAは今流行りのRISC-Vで
今回実装したもの • RISC-V 32bit CPU ◦ ソースコード: https://github.com/matsud224/rvcpu/tree/simple-cpu ▪ Verilogで記述、500行を切っている
◦ 整数命令セット RV32I を実装 ▪ 整数演算・分岐・ロード・ストア • 以降、製作記...
0日目:仕様書読み • RV32Iの仕様は、Specifications - RISC-V International の”Volume 1, Unprivileged Spec”にある
◦ たったの18ページ! ◦ 40命令ある • イタリック体のメモ部分が面白い ◦ この仕様に決定した理由や、実装上の注意点が書かれている
1-2日目:実装 • 命令から各フィールドを切り出すデコーダの実装 ◦ 仕様書の後ろにある”Instruction Set Listings”とにらめっこ • 1命令の実行に複数サイクル使う実装にした ◦
ステートマシンを書く ◦ 命令の種類で分岐し、対応する演算やレジスタ書き込み、メモリアクセスを行う • 趣味ではあるが、まじめにテストも行う ◦ riscv-tests (https://github.com/riscv-software-src/riscv-tests) を使用 ◦ 命令ごとにテスト(アセンブリ言語で記述)が用意されている ◦ Verilogシミュレータ(Icarus Verilog)でシミュレーションを行い、このテストを流す
3-4日目:論理合成にかける • 全テストをパスしたので、次は実機動作を目指す • が、Tang Primerではリソース不足に • プログラマ的なVerilog記述になっていたことが原因 ◦ さまざまな場所で代入や演算を行っており、演算器が多数生成されてしまっていた
◦ (論理合成系がリソースシェアリングしてくれることを期待していたが.....) • ハードウェアを意識した書き方に変更してみた ◦ ALU部を独立させ、オペランドや演算種別の切り替え論理を明示的に記述 ◦ リソースシェアリングされるよう、入力オペランドの切り替えを明示的に記述 ◦ 書きやすさのために可変回数シフトを使用していたが、必要最小限に減らした ◦ 結果、リソース使用量が激減した
5-6日目:クロスコンパイル環境構築、ROM・RAM・LEDをCPUに接続 • ROM, RAMにはFPGAのIPを使用 • RISC-V用gccでクロスコンパイルしたプログラムをROMに書き込んだ状態で実行 できるようにする ◦ ELFから必要なセクションを抽出 ◦
FPGAのツールが認識する MIF形式に変換するツールを作成 • Lチカのために、RGB LEDをメモリにマッピング
7日目:Lチカ on 自作RISC-V CPUに成功 • デバッグを繰り返し... • RGB LEDの色を順番に切り替える、下記のコードが実機で動作した! •
この時点で、リソース使用はLUT 34%、REG 6%(2コアにできそう??) • 最大動作周波数は24MHz void main() { volatile unsigned int *led = (volatile unsigned int *)0x1000000; *led = 0; while (1) { for (volatile int i=0; i<2400000; i++); int prev = *led; *led = prev==8 ? 0 : prev+1; } }
他にやったこと • UARTの送信部を追加し、文字を出力できるようにした • CoreMarkベンチマークを移植し、走らせてみた ◦ CoreMark値: 35 ◦ CoreMark/MHz値:
1.46 ◦ (単純に比較はできないが、 ◦ E203は2.14, RocketChipは2.32) 2K performance run parameters for coremark. CoreMark Size : 666 Total ticks : 1363203067 Total time (secs): 56 Iterations/Sec : 35 Iterations : 2000 Compiler version : GCC11.1.0 Compiler flags : -Wall -O2 -ffreestanding -nostartfiles -T link.ld -march=rv32im -mabi=ilp32 -mno-div Memory location : STACK seedcrc : 0xe9f5 [0]crclist : 0xe714 [0]crcmatrix : 0x1fd7 [0]crcstate : 0x8e3a [0]crcfinal : 0x4983 Correct operation validated. See README.md for run and reporting rules.
データパス(概略)
Tang Primerについて • 激安FPGAだがRISC-Vコアが載る程度のリソース量はあり、楽しく遊べた • IDEが簡素で使いやすい • 論理合成系がかなり不安定 ◦ 正しいVerilogコードを入力しても、突然ハングアップすることが多々あった
◦ 合成が進むようコードの順番を無意味に入れ替えたりした ◦ 論理合成が通ることを祈るしかない • 中国語マニュアルしか付属しないが、ネットを探せば英語版も見つかった: ◦ Tang Dynasty (TD) Software Manual (v4.2, 2018.07) ◦ Anlogic Technology EAGLE Series FPGA Data Sheet
まとめ • 素朴なRISC-V CPUを作った • 動作は遅いが、消費するリソースが少ないという長所はある • 次はパイプライン化を行ってIPCと動作周波数を上げたい • FPGAならではの、CPUとはアーキテクチャの異なるアクセラレータも作ってみたい
以上