Thiết kế CPU RISC-V để triển khai trên FPGA ① Cấu trúc lệnh RV32I và nguyên lý thực thi học qua Python

Khi quyết định chế tạo CPU, thông thường người ta sẽ tìm sơ đồ mạch điện trước. Thế nhưng, ngay khi mở bản vẽ ra, một câu hỏi không lời giải đáp sẽ xuất hiện: Tại sao khối này lại phải nằm ở đây? Tại sao cổng đọc thanh ghi lại có hai cái? Mọi câu trả lời đều nằm ở tập lệnh. Khi biết tập lệnh yêu cầu điều gì, chúng ta sẽ xác định được cần những mạch điện nào. Quy trình ngược lại là không thể. Đã có rất nhiều bài giảng về RISC-V. Tuy nhiên, hầu hết chỉ hiển thị các giá trị trên slide rồi nói rằng "nó hoạt động như thế này" và lướt qua. Học viên không có cách nào để xác nhận xem giá trị đó có đúng hay không. Khóa học này cung cấp cho bạn một trình mô phỏng thực thi lệnh bằng Python. Khi bạn gõ `run ADD`, mã máy sẽ được lắp ráp ngay tại chỗ, 32 bit sẽ được trải rộng theo từng trường, và cách các thanh ghi thay đổi sẽ hiển thị trên màn hình. Mọi con số trong giáo trình đều là kết quả thực thi của công cụ này, và chúng sẽ được tái hiện y hệt trên màn hình của bạn. Các trình gỡ lỗi thương mại yêu cầu giấy phép, còn các trình mô phỏng thì việc cài đặt là một rào cản. Với công cụ này, bạn chỉ cần có Python. Không cần bo mạch, không cần giấy phép, cũng không cần cài đặt phức tạp. Đây là quá trình bạn sẽ trực tiếp thực thi không sót một lệnh nào trong số 40 lệnh RV32I, để từ đó tự mình tìm ra mạch điện cần phải làm những gì.