デバッグで学ぶRISC-Vアーキテクチャ - 第1部

企業が求めるMCU開発者になるための必須スキルである - TRACE32入門コースです。実務ですぐに活用できるTRACE32デバッグ方法を素早く習得できます。

システムソフトウェアで最も多く使われている、最新のリナックスカーネル(v6.1)のプロセスの核心概念を、「デバッグを通じて学ぶリナックスカーネルの構造と原理」の著者が詳しく解説します。

システムソフトウェアの基本中の基本、最新Armアーキテクチャ(Armv8-A、Armv7-A)の核心を「システムソフトウェア開発のためのArmアーキテクチャの構造と原理」の著者がしっかりと解説します!

システムソフトウェアの基本中の基本、最新Armアーキテクチャ（Armv7-A）の核心を『システムソフトウェア開発のためのArmアーキテクチャの構造と原理』の著者がしっかりとお教えします！

システムソフトウェアで最も多く使われている、Linuxオペレーティングシステムの核心である最新Linuxカーネル（v6.1）の基本概念を、『デバッグを通じて学ぶLinuxカーネルの構造と原理』の著者がしっかりと解説します！

オープンソースベースの最新CPUアーキテクチャであるRISC-Vの核心概念と実用的なヒントを、分かりやすく詳細に解説します。

システムソフトウェアの基本中の基本、最新Armアーキテクチャ（Armv8-A）の核心を『システムソフトウェア開発のためのArmアーキテクチャの構造と原理』の著者がしっかりとお教えします！

オープンソースベースの最新CPUアーキテクチャであるRISC-Vの核心概念と実用的なヒントを、わかりやすく詳細に解説します。

システムソフトウェアで最も多く使われている、最新のリナックスカーネル(v6.1)の「ワークキュー」の核心概念を、『デバッグを通じて学ぶLinuxカーネルの構造と原理』の著者が詳しく解説します。

システムソフトウェアで最も多く使われる、最新のLinuxカーネル(v6.1)の「割り込み後半部」の核心概念を、『デバッグを通じて学ぶLinuxカーネルの構造と原理』の著者が詳しく解説します。

システムソフトウェアで最も多く使われる、最新のリナックスカーネル(v6.1)の割り込みの核心概念を「デバッグを通じて学ぶリナックスカーネルの構造と原理」の著者が詳しく解説します。

システムソフトウェアで最も多く使われている、最新のリナックスカーネル(v6.1)の最も高度なカーネルメモリダンプデバッグスキルを、『デバッグを通じて学ぶLinuxカーネルの構造と原理』の著者が詳しく解説します。

システムソフトウェアで最も多く使われている、最新のリナックスカーネル(v6.1)の基本的なデバッグ機能と方法を、「デバッグを通じて学ぶリナックスカーネルの構造と原理」の著者が詳しく解説します。

Armアーキテクチャ(Armv8-A)とLinuxカーネルインターフェースの核心を、『システムソフトウェア開発のためのArmアーキテクチャの構造と原理』の著者がしっかりと解説します！

システムソフトウェアの基本中の基本、最新Armアーキテクチャ（Armv8-A、Armv7-A）の核心である「キャッシュ」を、『システムソフトウェア開発のためのArmアーキテクチャの構造と原理』の著者が徹底解説します！

システムソフトウェアの基本中の基本、最新Armアーキテクチャ（Armv8-A、Armv7-A）の核心である「メモリマネジメント（MMU）」を、『システムソフトウェア開発のためのArmアーキテクチャの構造と原理』の著者がしっかりと解説します！

システムソフトウェアの基本中の基本、最新Armアーキテクチャ（Armv8-A、Armv7-A）の核心である仮想化を、「システムソフトウェア開発のためのArmアーキテクチャの構造と原理」の著者がしっかりとお教えします！

システムソフトウェアの基本中の基本、最新Armアーキテクチャ（Armv8-A、Armv7-A）の核心である「メモリモデルとバリア」を、『システムソフトウェア開発のためのArmアーキテクチャの構造と原理』の著者が徹底解説します！

システムソフトウェアの基本中の基本、最新Armアーキテクチャ（Armv8-A、Armv7-A）の核心であるトラストゾーン（TrustZone）を、『システムソフトウェア開発のためのArmアーキテクチャの構造と原理』の著者が徹底解説します！

システムソフトウェアの基本中の基本、最新Armアーキテクチャ（Armv8-A、Armv7-A）の核心を『システムソフトウェア開発のためのArmアーキテクチャの構造と原理』の著者がしっかりとお教えします！

オープンソースベースの最新CPUアーキテクチャであるRISC-Vの核心概念と実用的なヒントを、わかりやすく詳細に解説します。

オープンソースベースの最新CPUアーキテクチャであるRISC-Vの核心概念と実用的なヒントを、分かりやすく詳細に解説します。

CPUを作ろうと決心すると、たいていはまず回路図を探します。ところが図面を広げた瞬間、 答えられない疑問が生まれます。このブロックはなぜここになければならないのでしょうか？ レジスタを読み取る ポートはなぜ2つあるのでしょうか？ 答えはすべて命令にあります。命令が何を要求しているのかが分かれば、どのような回路が必要なのかが 決まります。逆の順序ではいきません。 RISC-Vの講義はすでにいくつもあります。しかし、そのほとんどはスライドに値を表示して "このように なります" と言ったあと、先へ進んでしまいます。受講者には、その値が正しいかどうかを確認する方法がありません。 この講義では、Python製の命令実行シミュレーターも一緒に提供します。run ADDと入力すれば、その 場で機械語がアセンブルされ、32ビットがフィールドごとに展開され、レジスタがどのように変化するのかが 画面に表示されます。教材にあるすべての数字はこのツールの実行結果であり、皆さんの画面上でも同じように 再現されます。 市販のデバッガーに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 あれば使えます。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の命令40個を一つも漏らさず実際に実行し、回路が何をしなければならないのかを自分で見つけ出していく 過程です。

CPUとRISC-Vを学んでいると、命令の機能は理解できても、「これらの命令は実際のハードウェア上でどのように実行されるのか？」「自分で設計したCPUが本当に正しく動作していることを、どのように確認できるのか？」という点で難しさを感じるようになります。市販の多くの教材はISAの説明や簡単なCPUの例にとどまり、完成済みのIPを使用する場合も多いため、CPUを自分で設計・検証し、実際のFPGA上でプログラムを実行するまでの一連の過程を経験するのは容易ではありません。 私はシステム半導体分野で長年にわたり研究開発と事業に携わり、現在は大学で半導体設計とFPGAを教える中で、このような学習上のギャップを数多く見てきました。そこで本講座では、完成したCPUを提供して動作だけを確認するのではなく、「RV32I命令を実行するには、どのようなハードウェアが必要なのか？」という問いから出発し、CPUの構造をWhite Box方式で自ら設計できるように構成しています。 Volume 3では、Volume 2のTinyRV32Iをベースに、RV32Iの40個の命令を使用するFull-Version 32ビットCPUへと拡張します。データパスとDecoder、Branch・Jump、Byte/Halfword Memory Accessを拡張し、ForwardingとLoad-Use Interlockを実装することで、5段Pipelineがデータ依存性を自動的に処理できるようにします。続いてCSR、Exception、Interrupt、Trap、MRETを統合し、通常のプログラム実行だけでなく、例外や外部イベントまで処理できるCPUを完成させます。 設計はRTL Simulationで終わりません。実際のプログラムをCPU上で実行し、Spike Reference Modelと結果を比較しながら、RISC-V Architecture Compatibility Testの目的と実施・判定プロセスを、実際の検証事例を通じて学びます。最後には、検証済みのCPUをArty S7-25 FPGAに実装し、SwitchとButtonから入力を受けてプログラムを実行し、その結果をLEDに出力するところまで確認します。 この講義が解決しようとしている課題は、単にRISC-V命令をより多く知ることではありません。命令 → CPUアーキテクチャ → Verilog RTL → Pipeline制御 → プログラム実行 → 標準ベースの検証 → FPGA上での実動作を一つの流れとしてつなぎ合わせ、受講生がCPU内部の構造を根本から理解し、自ら設計・検証できるエンジニアリング能力を身につけることを目標としています。

RISC-V命令の動作原理を出発点として、5段パイプライン構造の32ビットCPUを自ら設計し、Verilog RTLの実装からシミュレーション検証、FPGAでの実機動作までを完成させる実践的なCPU設計コースです。 RV32Iの40命令の中から、CPUの基本構造を学ぶために必要な14命令を選定し、TinyRV32Iを段階的に構築します。データパス、パイプラインレジスタ、ALUと制御回路、Branch、Hazard、Stall・Flush、Memory-Mapped I/Oなど、実際のCPUを構成する主要な構造を自ら設計・検証します。 講義で使用するVerilog RTL、Testbench、Assemblyプログラム、Memory Image、FPGA制約ファイルを提供し、最終的にはArty S7-25 FPGA上で、自ら設計したCPUにより実際のプログラムを実行します。 本コースはここで終わりではありません。TinyRV32Iを通じてCPUの基本構造を完成させた後、後続コースではRV32Iの40命令すべてをサポートするFull RV32I CPUへと拡張する、段階的なCPU設計シリーズへと続きます。

レッスンを通して、受講生はコンピュータの構造、ネットワークの全体的な概念と流れを知ることができます。