# 单周期CPU

**Repository Path**: qiuyuli/single-cycle-cpu

## Basic Information

- **Project Name**: 单周期CPU
- **Description**: 北理工计算机组成原理大作业，实现一个支持RISC-V的单周期CPU；用RISC-V写一段排序程序在自己的CPU和RARS上完成仿真
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: AGPL-3.0
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 1
- **Forks**: 1
- **Created**: 2023-06-29
- **Last Updated**: 2025-06-29

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# 单周期CPU

#### 介绍
北理工计算机组成原理大作业，实现一个支持RISC-V的单周期CPU；用RISC-V写一段排序程序在自己的CPU和RARS上完成仿真。
CPU设计的可能不完美，甚至可能存在bug没有找出来；仅供参考，欢迎指正~

#### 软件架构
plus.v：Verilog描述的电路文件，在Vivado上运行生成电路图（编码GBK）

test.v：testbench

sort.asm：RISC-V编写的排序指令

sort.txt：由sort.asm生成的机器指令

Rars1_5.jar：Rars包

repost.pdf：实验报告，实验实现的详细说明

#### 实验环境

1.  jdk环境
2.  Vivado
3.  windows系统

#### 支持的RISC-V指令：
- ADD：两个寄存器内的数相加，结果存放在寄存器
- ADDI：寄存器内的数和立即数相加，结果存放在寄存器
- SUB：两个寄存器内的数相减，结果存放在寄存器
- ORI：寄存器内的数和立即数进行逻辑或，结果存放在寄存器
- SSLI：寄存器内的数和立即数进行逻辑左移，结果存放在寄存器
- BEQ：比较两个寄存器内的数，相等时跳转
- BNEZ：寄存器内的数不等于0时，跳转
- BGE：比较两个寄存器内的数，大于等于跳转
- JAL：无条件跳转
- LW：读内存，加载到寄存器
- SW：写内存，从寄存器写入

#### 实验步骤

1.  利用Vivado设计一个CPU，利用testbench仿真，进行unit test。
2.  用RISC-V写一段5个整数的排序代码。
3.  在Rars1_5.jar所在目录下运行RASR，导入sort.asm进行仿真。

```
java -jar Rars.jar
```
打开Rars后导入之前的.asm文件，运行Rars进行仿真。在Rars可以看到程序每一条指令执行后的寄存器情况、内存情况；也可以导出生成的机器指令。

#### 补充说明
1.  CPU的控制信号在编程中使用的和report中写的不一样。编程中使用的控制信号如下：
- jal：只有JAL指令时jal=1，其余均0
- branch：BEQ和BGE指令时branch=1，其余均0
- brlt：只有BGE指令时brlt=1，其余均0
- nequal：只有BNEZ指令时nequal=1，其余均0
- ALUop：指定ALU运算类型。ALUop=0时加法，ALUop=1时减法，ALUop=2时或，ALUop=3时逻辑左移
- ALUsrc：指定ALU的第2个操作数来源（第1个操作数都是寄存器），0表示寄存器，1表示立即数
- MemWR：需要写内存时MemWR=1
- RegW：需要写寄存器时RegW=1
- regS：写回数据的选择信号，0源于ALU，1源于DataMem，2源于PC+4
- PCx1：JAL的处理信号，此时将x1+offset的值写入PC
2.  指令仿真波形：这里是按RISC-V的指令格式自己编写若干条上述指令并转化为16进制表示，如ADD指令为0x00100133。
    进行仿真时，把plus.v的取址、译码注释（第412~413行），并把test.v的最后代码取消注释。在test中写入指令码，这样指令码将直接送进CPU的控制模块(Control Unit)。
3.  为了实现排序功能，也可以自己选择其他相关指令实现。
4.  这里用组合逻辑电路实现每条指令的不同功能，也可以改用微指令实现。

#### 参与贡献

1.  Yuli
2.  Yutong Lee（除了嘲讽啥都没做）
3.  Cindy He（史诗级白嫖怪）

#### References
知乎@sanoverflow    https://zhuanlan.zhihu.com/p/534553288

USTC计算机组成原理课程主页     http://staff.ustc.edu.cn/~llxx/cod/index.html