FPGA実装のためのRISC-V CPU設計 ① Pythonで学ぶRV32I命令構造と実行原理

CPUを作ろうと決心すると、たいてい回路図から探し始めます。ところが、図面を広げた瞬間に答えられない質問が生じます。「このブロックはなぜここにあるべきなのか？」「レジスターを読み取るポートはなぜ2つなのか？」 答えはすべて命令にあります。命令が何を要求しているかを知れば、どのような回路が必要かが決まります。逆の順序では成り立ちません。 RISC-Vの講義はすでにいくつもあります。しかし、その多くはスライドに値を表示して「こうなります」と言って次に進んでしまいます。受講生はその値が正しいか確認する方法がありません。 この講義では、Python命令実行シミュレーターを一緒にお渡しします。run ADDと打てば、その場で機械語が組み立てられ、32ビットがフィールドごとに展開され、レジスターがどのように変わるかが画面に表示されます。教材のすべての数字はこのツールの実行結果であり、皆さんの画面で全く同じように再現されます。 商用デバッガーはライセンスが必要で、シミュレーターはインストールが壁になります。このツールはPythonさえあれば十分です。ボードも、ライセンスも、インストールも必要ありません。 RV32I命令40個を一つも漏らさず直接実行しながら、回路が何をすべきかを自ら見つけ出す過程です。