Programando o Processador

Agora que o processador está completamente montado, o próximo passo é aprender a executar programas nele. Para que o processador consiga executar um programa, ele deve estar no formato correto para se utilizar na simulação.

Gerando o arquivo com as instruções

Nessa atividade faremos um fluxo simplificado e iremos escrever código diretamente em assembly RISC-V. Para programar o processador a partir de um código em C manualmente são necessários vários passos (configurar o compilador, gerar código de inicialização, alterar o linker script, etc) que estão fora do escopo dessa atividade.

Caso tenha alguma dúvida sobre como escrever as instruções, o livro Digital Design and Computer Architecture RISC-V Edition por Harris & Harris tem um guia nas duas últimas páginas. Os nomes dos registradores (x10 = a0, x5 = t0, etc) aparecem na tabela B.4 da contracapa desse mesmo livro.

O primeiro passo para programar o processador é escrever o código assembly. Para isso usaremos uma ferramenta online capaz de ler o código assembly escrito e transformá-lo em código de máquina, isto é, nas instruções em binário. A ferramenta é o RISC-V Online Assembler.

O código assembly deve ir na janela da esquerda, como visto na imagem abaixo. Não será necessário interagir com a janela "Linker Script" da direita.

O código em assembly a ser escrito deve ter a seguinte estrutura:

.globl _boot
.section .text

_boot:
    # Neste trecho você coloca as instruções que desejar

loop:
    j loop                # Loop infinito para encerrar o programa

IMPORTANTE: não use pseudoinstruções (como por exemplo li) em seu código. Se usar, o montador irá gerar instruções incompatíveis com o nosso processador.

Uma vez que o código for escrito, clique no botão BUILD para obter a saída. Apenas a janela de saída Code Hex Dump será utilizada. Essa janela contém as instruções no formato de máquina, prontas para serem carregadas na memória do processador.

Copie essas instruções e cole-as no arquivo de memória programa.txt.

Esse arquivo será lido automaticamente e passado para a memória durante a simulação por meio do parâmetro MEMORY_FILE presente no módulo de memória.

Atividade

Você deve criar um programa em assembly RISC-V que calcule os cinco primeiros números da sequência de Fibonacci. A sequência é dada pelo seguinte algoritmo:

1. O primeiro número é 0 e o segundo número é 1
2. A partir do terceiro número, gere seu valor somando os dois números anteriores (terceiro número: 0+1=1)

Os valores calculados devem ser armazenados na memória em posições específicas, seguindo o mapa:

Posição na Sequência	Número	Endereço de Memória
1°	0	128 ou 0x80
2°	1	132 ou 0x84
3°	1	136 ou 0x88
4°	-	140 ou 0x8c
5°	-	144 ou 0x90

Para depurar seu programa, você pode usar um simulador de processador RISC-V como o venus.

Execução da Atividade

Reúna os arquivos do processador das atividades anteriores e adicione os novos componentes com os templates fornecidos. Execute os testes com o script ./run-all.sh. O resultado será exibido como OK em caso de sucesso ou ERRO se houver alguma falha.

Se necessário, crie casos de teste adicionais para validar sua implementação.

Observação importante para a correção

Para que o testbench consiga acessar a memória do seu processador e atribuir uma nota, deve haver um padrão de nomes para a memória.

Primeiro: ao instaciar a memória no seu módulo core_top.v, use o nome mem.

Memory #(
    .MEMORY_FILE(),
    .MEMORY_SIZE()
) mem (
    .clk(),
    .rd_en_i(),
    ...
);

Segundo: dentro do módulo memory.v, o array que armazena os dados deve ter o nome memory.

module Memory #(
    parameter MEMORY_FILE = "",
    parameter MEMORY_SIZE = 4096
)(
    input  wire        clk,
    input  wire        rd_en_i,
    ...
);

    reg [31:0] memory [0:(MEMORY_SIZE/4)-1];

Entrega

Realize o commit no repositório do GitHub Classroom. O sistema de correção automática irá executar os testes e atribuir uma nota com base nos resultados.

Dica: Não modifique os arquivos de correção. Para entender melhor o funcionamento dos testes, consulte o script run.sh disponível no repositório.