FPGA/IC优质开源项目（五）CPU

Poison

2年前更新

580

本期开源项目主要为一些处理器，里面有相当的项目代码值得参考。

ZipCPU

Zip CPU 是一种体积小、重量轻的 RISC CPU,具体设计目标包括：

32 位。所有寄存器、地址和指令的长度都是 32 位。虽然字节大小本身曾经是 32 位，但 CPU 现在像所有其他 CPU 一样处理 8 位字节
一个RISC CPU。每条指令名义上在一个周期内完成，但乘法、除法、内存访问和（最终）浮点指令除外。
加载/存储架构。只有加载和存储指令可以访问内存。
符合叉骨要求。所有内存和外围设备都通过单个叉骨总线访问。
冯诺依曼架构，意味着指令和数据共享一个公共总线。
流水线架构，具有预取、解码、读取操作数阶段、包含 ALU、内存、除法和浮点单元的组合阶段，然后是最终回写阶段。
两种模式的机器：主管和用户，每种模式具有不同的访问级别。
完全开源，在 GPL 下获得许可。

优点就是文档详细，代码质量很高，作者还配了个操作系统ZipOS，从作者博客看，很多技术点都给出很详细的讲解和验证。

CPU仓库地址

https://github.com/ZipCPU/zipcpu

ZipOS仓库地址

https://github.com/ZipCPU/s6soc/tree/master/sw/zipos

picorv32

PicoRV32 是一个实现RISC-V RV32IMC 指令集的 CPU 内核。它可以配置为 RV32E、RV32I、RV32IC、RV32IM 或 RV32IMC 内核，并可选择包含内置中断控制器。

小型（7 系列 Xilinx 架构中的 750-2000 个 LUT）
高 f最大值（7 系列 Xilinx FPGA 上为 250-450 MHz）
可选的本机存储器接口或 AXI4-Lite 主控
可选的 IRQ 支持（使用简单的自定义 ISA）
可选协处理器接口

该 CPU 旨在用作 FPGA 设计和 ASIC 中的辅助处理器。由于其 f max高，它可以集成到大多数现有设计中，而无需跨越时钟域。当以较低频率运行时，它会有很多时序裕量，因此可以添加到设计中而不会影响时序收敛。

对于更小的尺寸，可以禁用对寄存器x16..x31以及RDCYCLE[H]、RDTIME[H]和RDINSTRET[H]指令的支持，将处理器变成 RV32E 内核。

此外，还可以在双端口和单端口寄存器文件实现之间进行选择。前者提供更好的性能，而后者导致更小的核心。

模块	描述
picorv32	PicoRV32 CPU
picorv32_axi	带 AXI4-Lite 接口的 CPU 版本
picorv32_axi_adapter	从 PicoRV32 内存接口到 AXI4-Lite 的适配器
picorv32_wb	带有 Wishbone Master 接口的 CPU 版本
picorv32_pcpi_mul	实现`MUL[H[SU
picorv32_pcpi_fast_mul	picorv32_pcpi_fast_mul使用单周期乘法器的一个版本
picorv32_pcpi_div	实现DIV[U]/REM[U]指令的 PCPI 内核

仓库地址

https://github.com/YosysHQ/picorv32

DarkRISCV

DarkRISCV软核是在 2018 年 8 月 19 日的一个神奇之夜凌晨 2 点到 8 点之间开发的，最初是作为开源 RISC-V 指令集的概念证明。

尽管与其他 RISC-V 实现相比，代码小而粗糙，但DarkRISCV具有许多令人印象深刻的特性：

实现了大部分 RISC-V RV32E 指令集
实现了大部分 RISC-V RV32I 指令集（缺少 csr、e 和 fence*）
在超大规模 ku040 中工作频率高达 250MHz（400MHz w/ 超频！）
在便宜的 spartan-6 中高达 100MHz，适合小型 spartan-3E，例如 XC3S100E！
大部分时间可以维持每条指令 1 个时钟（通常是 71% 的时间）
灵活的哈佛架构（易于集成缓存控制器、总线桥等）
在真正的 xilinx（spartan-3、spartan-6、spartan-7、artix-7、kintex-7 和 kintex ultrascale）中运行良好
与一些真正的 altera 和 lattice FPGA 一起工作得很好
适用于 RISC-V 的 gcc 9.0.0（无需补丁！）
使用 850-1500LUTs（仅核心采用 LUT6 技术，取决于启用的功能和优化）
可选的 RV32E 支持（与 LUT4 FPGA 配合使用效果更好）
可选 16×16 位 MAC 指令（用于数字信号处理）
可选粗粒度多线程 (MT)
管道阶段之间没有互锁！
BSD许可证：可以在任何地方使用，没有任何限制！

重要的是，还在不停更新，文档支持也很好

仓库地址

https://github.com/darklife/darkriscv

玄铁C910

当初开源的时候属于一个热点，除了C910还有C906以及C902，大厂代码值得信赖，网上中文资料相比较其他同类开源项目更多。

https://github.com/T-head-Semi/openc910
https://github.com/T-head-Semi

wujing100_open

平头哥早些年开源的项目

https://github.com/T-head-Semi/wujian100_open

MSP430

这个处理器之前发过，文档写的很详细，MSP430应该是很多人熟悉的单片机了，可以看看。

https://opencores.org/projects/openmsp430

总结：

关于处理器，开源的有非常多，Github和OpenCores上有很多类型，AVR，C51，RISC-V，MIPS等等，推荐的几个处理器只是少部分。以上最推荐的两个项目，ZipCPU和平头哥的处理器，ZipCPU文档很详细，作者在技术上有深究，能学到不少，平头哥大公司值得信赖，重要的是中文资料多，很多博主都在出相关的教程。

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