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RISC-V CPU设计:从指令集到RTL实现培训课程

RISC-V CPU设计:从指令集到RTL实现培训课程

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  • 培训对象: CPU设计工程师、处理器架构师、计算机体系结构研究人员、RISC-V爱好者。

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  • 培训目标:

    • 理解RISC-V指令集架构(ISA)的基本规范和扩展。

    • 掌握处理器流水线架构(单周期、多级流水线)的设计方法。

    • 能够用Verilog实现RISC-V处理器内核。

    • 具备指令集仿真和FPGA验证能力。

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  • 培训内容介绍:

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    一、RISC-V指令集架构概述: 了解RISC-V的模块化设计理念,掌握基础整数指令集(RV32I)的指令格式和编码。

    二、RISC-V扩展指令集: 了解M扩展(乘除)、F扩展(单精度浮点)、C扩展(压缩指令)的内容和适用场景。

    三、单周期处理器设计: 设计数据通路(取指、译码、执行、访存、写回)和控制单元,实现单周期CPU。

    四、流水线处理器基础: 理解流水线的基本概念(IF、ID、EX、MEM、WB),分析流水线冒险问题。

    五、流水线冒险解决: 实现前递(Forwarding)解决数据冒险,实现分支预测解决控制冒险。

    六、哈佛架构与冯诺依曼架构: 对比哈佛架构(指令与数据分离)与冯诺依曼架构的优缺点,选择适合的架构。

    七、存储器子系统设计: 设计指令存储器、数据存储器接口,集成Cache控制器。

    八、异常与中断处理: 实现异常处理机制(非法指令、地址越界),集成中断控制器响应外部中断。

    九、总线接口设计: 设计处理器总线接口(AXI/AHB),连接外部存储器和外设。

    十、指令集仿真器(ISS)开发: 使用C++/Python开发指令集仿真器,验证指令执行的正确性。

    十一、FPGA原型验证: 将RISC-V处理器综合到FPGA,下载程序运行,使用串口输出验证功能。

    十二、实战项目:五级流水线RISC-V CPU设计: 完成从指令集选择、RTL实现、仿真验证到FPGA原型验证的全流程。





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