201608010631-刘梦函-小学期实验报告1

实验报告“RISC-V基本指令集模拟器设计与实现”主要涵盖了如何设计并实现一个能够模拟RISC-V架构CPU指令集的模拟器。RISC-V是一种开放源代码的指令集架构，旨在简化处理器设计，提高效率。以下是实验的详细内容： 实验目标： 1. 设计一个CPU模拟器，该模拟器能模拟RISC-V指令集的功能。 2. 采用C/C++编程语言进行开发。 3. 模拟器的输入是二进制的机器指令文件。 4. 输出是CPU各个寄存器的状态和相关的存储器单元状态。 实验内容： CPU指令集包括47条基本指令，模拟器的程序框架是基于CPU执行指令的基本流程：取指、译码、执行（包括运算和结果写回）。具体流程如下： 1. **取指**：从内存中获取当前PC（程序计数器）指向的指令。 2. **译码**：解析取到的指令，识别其操作码（opcode）、功能码（funct3）等字段。 3. **执行**：根据指令类型执行相应的操作，如数据加载、算术逻辑运算、分支跳转等，并更新寄存器和存储器状态。 在模拟器程序中，根据不同的操作码和功能码，模拟了以下几种指令： - **LUI**: 加载立即数到高32位（Upper Immediate），将立即数左移12位并填充零，然后存入指定寄存器。 - **AUIPC**: 增量并统一加立即数（Add Upper Immediate to PC），将PC加上立即数并扩展为32位，然后存入指定寄存器。 - **BRANCH**: 分支指令，根据funct3字段区分不同类型的分支，如BNE（不相等分支）。 - **LOAD**: 数据加载，如LH（加载半字），根据funct3字段处理不同数据格式，并从内存中读取数据。 - **ALUIMM**: 算术逻辑单元带立即数指令，如ADDI（加立即数）、SLLI（左移立即数）。 - **ALURRR**: 算术逻辑单元寄存器-寄存器指令，如SLT（小于比较），根据funct3字段执行不同操作。 测试部分： 模拟器在Windows 10系统上进行了测试，使用DDR3 8GB内存。测试包括： 1. 判断第0号寄存器和第2号寄存器值的大小，如果大于等于，则修改NextPC为PC + Imm12_1BtypeSignExtended。 2. 将0x666写入第2号寄存器。 3. 将PC+0x1000写入第3号寄存器。 4. 将数字6写入第5号寄存器。 分析和结论： 通过测试记录，可以看出模拟器成功实现了读取二进制指令文件，模拟指令执行，以及输出CPU和存储器状态的功能。根据这些分析，可以确认模拟器达到了实验的目标，成功地模拟了RISC-V的基本指令集。