本仓库于2024.8进行了重置，将工程从MIPS版本调整为LoongArch版本，并命名为YK_Core。关于原MIPS版本内容，请查看nscscc2023-MIPS分支。
本工程使用Verilog语言描述了一个七级流水线CPU，七个流水级分别为IF、IPreD、ID、EXE、PreMEM、MEM、WB，各个流水级的功能请参见源代码与相关文档。CPU基于LoongArch指令集，支持运算、访存、分支跳转等四十余条用户态指令，具体支持的指令参见这里。该工程还支持串口，通过UART协议与外界进行通信。其他技术要求，可以参见龙芯杯大赛技术方案。
❗ 流失级划分仅供参考!
分这么多流水级只是作者想写一个超过五级的流水线，本作品中流水级划分并不一定合理，并没有带来多少主频上的收益。
工程使用的综合工具为Vivado 2019.2，尽管如此，仍然可以使用低版本Vivado工具，通过新建一个工程并添加Verilog源代码的方式进行综合。
作品在MMU的设计上参考了2022年龙芯杯大赛作品中的RAM_Serial_ctrl模块，该作品是一个基于MIPS32的五级流水线CPU，由xiazhuo完成。
系统的总体架构如下所示。详细设计参见模块设计说明文档。
├── docs
│ ├── 指令控制信号.xlsx
│ ├── LoongArch指令码一览.pdf
│ ├── 交叉编译 # 提供Linux下交叉编译工具链
│ └── 官方文档
├── project # NSCSCC提供的vivado工程模板
│ ├── asm
│ ├── thinpad_top.srcs
│ │ ├── constrs_1 # 引脚约束文件
│ │ ├── sim_1 # testbench，本地跑NSCSCC测试用
│ │ └── sources_1
│ │ ├── ip # 工程所使用的IP核
│ │ ├── myCPU # 存放CPU源代码🍎
│ │ └── new
│ │ ├── SEG7_LUT.v
│ │ ├── async.v
│ │ ├── thinpad_top.v
│ │ └── vga.v
│ └── thinpad_top.xpr # Vivado工程文件
├── test # 《CPU设计实战》labs
| ├── README.md
| ├── func
| ├── gettrace
| ├── module_verify # 测试TLB＆Cache
| ├── myCPU # 本地测试时用。存放CPU源代码🍎
| └── soc_verify # 指令集测试
| ├── soc_axi
| ├── soc_bram # Block RAM接口下测试
| ├── soc_dram # Distributed RAM接口下测试
| └── soc_hs_bram
└── README.md
如果你想参与龙芯杯大赛个人赛，这里是一个可行的步骤：
- 完成前置知识的学习：数字逻辑设计、Verilog语言、计算机组成原理
- 根据《CPU设计实战》，设计并完成一个五级流水线CPU
做单周期与多周期CPU纯在浪费时间
- 通过《CPU设计实战》中的lab，对五级流水线CPU进行debug
- 适配NSCSCC大赛的模板，完成：串口添加、地址映射、RAM结构冒险、进一步添加用户态指令
- 本地仿真，对照三级功能测试与性能测试，进行debug
在上述过程中，你可以参考本项目的源代码。
如果你不想参考《CPU设计实战》一书，也可以参考雷思磊的《自己动手写CPU》，按照其书中的步骤一步步完成流水线CPU。
至此，你已经完成了NSCSCC的基本要求，现在你可以添加一些进阶内容。
- 动态分支预测、流水级拆分、i-cache添加、特权态指令、虚拟内存......
注意，完成《CPU设计实战》中的相关实验后，CPU核心是无法直接嵌入到NSCSCC提供的模板中的，仍然需要完成一系列工作，这里给出一些提示。
- 在《CPU设计实战》中，
Inst RAM与Data RAM实际上是分开的，不需要考虑结构冒险。然而在NSCSCC中，Base RAM与Ext RAM均可被读、写、执行，同时两个RAM均只有一个读端口。因此在IF与ID两个流水级在同一拍访问同个RAM时，会发生结构冒险。（参见：哈佛架构与冯诺依曼架构） - 需要进行的主要任务：1.编写一个
MMU，与之前写好的处理器核（本工程中命名为YK_Core）一起，组成myCPU_top模块；该MMU负责地址映射，并处理串口输入输出，同时检测是否发生RAM的结构冒险。2.将RAM的处理逻辑改为异步，否则容易出现timing loop问题。 - 本工程中
test目录下的代码并不是最新代码，而是在前期使用CPU_CDE环境进行开发与测试时的代码。只能保证通过《CPU设计实战》exp11，其中仍然存在若干没有被检测出的bug，这些bug可以参见project目录下后的后续commit。最新代码同样在project目录下。 - 本工程使用了FIFO Generator这一IP核，其配置为：Common Clock Builitin FIFO实现，读模式为First Word Fall Through，对于数据读写端口，宽度为8位（串口宽度），深度为512，其他配置保持默认。
- 六级流水线设计，完成20条用户态指令
- 阻塞(或唤醒)模块设计与实现
- 旁路模块设计与实现
- 通过《CPU设计实战》exp7（commit：v1.0）
- 通过《CPU设计实战》exp8、9（commit：v2.0、v2.1）
- 添加用户态指令，支持40+条
- 通过《CPU设计实战》exp10（commit：v3.0）
- 通过《CPU设计实战》exp11（commit：v4.0）
- 根据NSCSCC大赛要求，添加更多指令
- 根据大赛要求，添加串口通信功能，添加MMU模块
- 拆分MEM流水级，改成七级流水线（commit：v5.0）
- 调试使通过三级功能测试与性能测试（commit：v6.0）
- 补充设计文档、总体架构图等内容
《计算机组成与设计：硬件/软件接口》DavidA.Patterson、John L.Hennessy著，康继昌、王党辉等译
《CPU设计实战 LoongArch版》汪文祥、邢金璋著
《超标量处理器设计》姚永斌著