基于RISC-V指令集的处理器及其运行环境设计

【目的】针对国内RISC-V的开源处理器的研究使用5级流水线且加入64位扩展集的设计方案较少，大多数的设计方案仅考虑功能方面的实现，对于性能的优化略有不足。【方法】课题组设计了一款基于RISC-V指令集架构的处理器，搭建了相应的运行环境，将分支指令跳转的条件判断提前到译码阶段，降低延迟；利用数据旁路传播技术优化数据冒险问题；采用2位Booth算法及保留进位加法器搭建的华莱士树结构实现乘法指令；设计高速缓存的存储结构获得更快的访问速度；使用DPI-C机制实现处理器与运行环境的交互。【结果】该设计最终完成的处理器以及运行环境成功运行并通过了C语言编写的RV641测试集的功能测试，此外通过运行性能测试程序CoreMark，得到CoreMark测试分数达到了3.38 CoreMark/MHz。【结论】设计的处理器性能优于国内其他开源的同级流水线的处理器，并且通过运行环境可以运行高级程序语言，处理器的开发和测试更加便利，达到了预期效果。