openJURV

介绍

RISC-V CPU 实验资源。配套指导书网址：http://fpga-lab.gitee.io/jurv-open。授课视频见中国大学MOOC(慕课)开放课程《计算机组成与CPU设计实验》（肖铁军 赵蕙），实验环境使用FPGA实验云平台。

文件组织结构

实验资源可以分为三大版块

• 硬件描述语言和数字逻辑电路实验
• 计算机组成原理实验
• RISC-V CPU设计实验

每一版块所对应的文件夹和慕课单元如下。

实验项目列表

CPU部分的文件夹命名与支持的指令数量有关，见下表。

关于实验环境

支持团队致力于提供跨平台的软硬件实验环境。这里的“跨平台”有两方面含义，一是实验软件同时支持线上和线下方式，二是实验硬件同时支持两大主流FPGA厂商的芯片。

线上实验基于FPGA实验云，提供以云端真实实验板为基础的虚拟实验环境。线下实验基于 Windows 版的虚拟实验软件，通过USB适配器与多种实验板、开发板连接。

云端实验板的FPGA芯片采用的是 Intel / Altera 芯片，实验平台支持线下 Quartus 编译上传电路文件，同时也提供了云端编译，支持平台无关的硬件设计。

线下实验通过特制的USB调试适配器可以适配 Intel/Altera 和 AMD/Xilinx 两大主流FPGA厂商的芯片和开发板，并且实验软件与线上环境有着相似的操作方式。所有实验项目中的范例充分考虑了可移植性，无需修改均可在 Quartus 和 Vivado 两种设计环境下编译通过。

跨平台的软硬件实验环境为实验教学提供了灵活的实施方式。既可以以线上方式为主，也可以以线下为主，还可以采用线上、线下混合的方式，比如线下实验室使用 Altera 或 Xilinx 的开发板，线上完成慕课的预习和实验云平台的实验任务。

学习建议

• 硬件描述语言

  如果已经有Verilog/SystemVerilog（以下简称Verilog）基础，这部分可以快速浏览跳过。如果没有Verilog基础但已经熟练掌握VHDL，本课程的所有实验也都可以用VHDL完成，“01 熟悉设计工具”中也给出了VHDL的代码模板；但是后面所有实验的范例只有Verilog的代码，实验指导和视频讲解也只是针对Verilog。

• 计算机组成原理实验

  这部分的实验内容和后面CPU设计实验内容有一部分交叉，“数据通路实验”、“硬布线控制器实验”和“RISC-V微架构实验”可以不做。对于偏软的专业，如果不做后面的RISC-V CPU设计实验，可以选择这几个实验作为初步的CPU设计，也可以选择CPU实验部分的开头两个实验。

  另外，不像其他实验项目之间有前后的依赖关系，“RISC-V汇编语言实验”和“存储器实验”这两个项目相对独立，顺序可以在这部分中前后调整。

• RISC-V CPU设计实验

  这部分实验又可以分为三个层次。

  • 基本层次。完成23条指令的单周期 RISC-V 以及初步的流水线设计。这23条指令分3个项目完成：整数运算指令、存储器访问指令和分支指令，每个项目的指导都给出了具体的数据通路。所谓“初步的流水线设计”，是指硬件不处理相关和冲突的流水线。
  • 常规层次。这个层次完成27条指令的单周期 RISC-V 以及流水线设计。虽然只增加了4条指令，但需要更复杂的数据通路。通过基本层次的训练，已经很好地理解了指令和数据通路的关系，所以这个层次需要学员自己设计数据通路。而流水线的设计，也需要用硬件处理数据冲突和控制冲突。
  • 提高层次。如果学有余力，可以在以下几个方面扩展。
    • 实现中断接口（基本层次中包含了简单输入输出接口）；
    • 实现分支预测；
    • 支持37条指令；
    • ......

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