C语言实现基于RISC-V指令集的CPU控制器仿真 （以8的阶乘为例）

特殊说明：

1.文档中使用的RISC-V 指令编码器/解码器 网址为：https://luplab.gitlab.io/rvcodecjs/#q=0xFE311FE3&abi=false&isa=RV32I

2.设计思路伪代码为：

一、数据结构

1.对内存大小，寄存器,内存数量 进行宏定义，定义程序计数器和停止标志的初始值

2.ALU所需指令的枚举

3.定义控制信号的结构体

二、指令循环

4.取指令部分

返回1个32位无符号整数（unsigned int型），用if语句做越界判断。

5.指令译码（关键）

5.1提取操作码，功能码，寄存器编号，处理立即数的符号扩展

RISC-V指令集：

操作码opcode：7位（第0位-第6位）

funt7功能码：6位（第25位-第31位）， funt3功能码：3位（第12位-第14位）。

寄存器编号：5位（分为rs1，rs2，rd三类寄存器）， 立即数：12位。

程序所用的LW，ADDI是I型指令；MUL是R型指令；BNE是B型指令。

5.2初始化控制信号（更新）

LW指令

将内存中地址为 40（R0 + 40）的数据加载到寄存器 R1 中。(寄存器R0值恒为0)

将内存中地址为 44（R0 + 44）的数据加载到寄存器 R2 中。

将内存中地址为 48（R0 + 48）的数据加载到寄存器 R3 中。

MUL指令

将寄存器 R1 和 R2 的值相乘，并将结果存入寄存器 R1 中。

ADDI指令

将寄存器 R2 的值加上立即数 1，并将结果存入寄存器 R2 中

BNE指令

如果寄存器R2!=R3，则跳转到当前指令前第 2 条指令执行。

6.ALU实现

依据操作码来实现对应运算

7.指令执行

根据指令译码生成的控制信号和寄存器值，执行相应的指令逻辑

8.输出寄存器的值

三、主函数

9. 主函数

主存和源寄存器，目的寄存器的初始化

在一个指令循环中执行取指令，译码，执行指令，指令跳转

四、测试与运行

10.CPU编译（F12）测试（F11）实现8！的阶乘计算

11.CPU运行结果

上图是实验全部的的运行测试答案