下面的程序用python模拟硬件实现了1+2=3这个简单的运算，本程序基于risc-v指令集，采用小端模式，寄存器0中恒存0，不能被修改

用到的risc-v指令集见下载文档

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#基于risc-v指令集 #小端模式 Register = { #risc指令集中第零号寄存器恒存0 0b00001 : 0x00000010, #第一条指令基址寻址的基址寄存器 0b00010 : 0x00000000, #第一条指令load的目的寄存器，初始内容为0 0b00011 : 0x00000014, #第二条load指令基址寻址的基址寄存器 0b00100 : 0x00000000, #第二条load指令的目的寄存器，厨师内容为0 0b00101 : 0x00000000, #用来存储add指令的计算结果 0b00110 : 0x00000018 #store指令中基址寄存器 } Memory = { #load r1, #0 #采用基址寻址和寄存器间接寻址，通过寄存器中的内容加offset得到内存中的地址，然后去内存中取源操作数 #load 指令为0 00 00 11 #imm[11:0] rs1 func3 rd opcode #offset base width dst load #000000000000 00001 010 00010 0000011 #imm =+0 rs1=1 lw rd=2 load #0x000 0A 1 03采用小端方式存储，内容为0x03 A1 00 00 0x00000000 : 0x03, 0x00000001 : 0xA1, 0x00000002 : 0x00, 0x00000003 : 0x00, #load r2, #1 #imm[11:0] rs1 func3 rd opcode #offset base width dst load #000000000000 00011 010 00100 0000011 #imm =+0 rs1=3 lw rd=4 load #0x000 1A 2 03采用小端方式存储，内容为0x03 A2 01 00 0x00000004 : 0x03, 0x00000005 : 0xA2, 0x00000006 : 0x01, 0x00000007 : 0x00, #add r3, r1, r2 #这里r3的地址为：0b00101，r1的地址为：0b00010，r2的地址为：0b00100 #funct7 rs2 rs1 funct3 rd opcode #0000000 00100 00010 000 00101 0 #其中funct7和funct3的组合表示加法运算 #16进制表示为0x 00 41 02 B3小端模式表示为0xB3 02 41 00 0x00000008 : 0xB3, 0x00000009 : 0x02, 0x0000000A : 0x41, 0x0000000B : 0x00, #store r3, #3 #r3为0b00101，#3采用基址寻址+间接寻址，内存起始地址为0x00000019，基址寄存器为0b00110，offset为0 # rs2需要存储的数据 # rs1基址寄存器 #imm[11:5] rs2 rs1 func3 imm[4:0] opcode #0000000 00101 00110 010 00000 0 #其十六进制表示为0x00 53 20 23 0x0000000C : 0x23, 0x0000000D : 0x20, 0x0000000E : 0x53, 0x0000000F : 0x00, #这个内存地址用来存放第一条load指令的数据 #令第一个加数为1：0x00000001，小端存储为0x0 0x00000010 : 0x01, 0x00000011 : 0x00, 0x00000012 : 0x00, 0x00000013 : 0x00, #这个内存地址用来存放第二条load指令的数据 #令第二个加数为2：0x00000002，小端存储为0x0 0x00000014 : 0x02, 0x00000015 : 0x00, 0x00000016 : 0x00, 0x00000017 : 0x00, #这个内存地址用来存放store指令的数据 #初始为0 0x00000018 : 0x00, 0x00000019 : 0x00, 0x0000001A : 0x00, 0x0000001B : 0x00 } #指令类型 Instruction = { 0b0000011 : 'load', 0b0 : 'add', 0b0 : 'store' } #读取指令，根据pc中的内容，读取memory中的内容，大小为四个存储单元 #读取到的内容进行解析 #大端，小端，以及左右顺序问题 #对操作码的解析：0-6，表示操作码，如何模拟查询操作？ #需要定义指令集 def defInstr(addr):#传入参数为指令在内存的地址 instru = 0x00000000 for i in range(4): #print(hex(addr + i)) #print(hex(Memory[addr + i])) instru += Memory[addr + i] * (256i) #print(hex(instru)) return instru def judgeType(instru): return Instruction[instru & 0b] #load指令 def load(instru): #offset base width dst load #imm[11:0] rs1 func3 rd opcode #1 找到base中的内容 #2 base中的内容和offset相加，得到内存地址 #3 将内存单元的内容复制到dst offset = instru >> 20 rs1 = (instru >> 15) & 0b11111 rd = (instru >> 7) & 0b11111 Register[rd] = defInstr(Register[rs1] + offset) #add指令 def add(instru): #funct7 rs2 rs1 funct3 rd opcode #1 取出rs2和rs1，rd #2 做加法运算 #3 判断溢出（通过抑或） rs2 = (instru >> 20) & 0b11111 rs1 = (instru >> 15) & 0b11111 rd = (instru >> 7) & 0b11111 #print(Register[rs1],Register[rs2],Register[rd]) a1=Register[rs1] a2=Register[rs2] R1=[0]*33 R2=[0]*33 R3=[0]*33 for i in range(0,32): R1[32-i]=a1%2 R2[32-i]=a2%2 a1=a1>>1 a2=a2>>1 R1[0]=R1[1] R2[0]=R2[1] carry=0 for i in range(0,33): R3[32-i]=(carry+R1[32-i]+R2[32-i])%2 carry=(carry+R1[32-i]+R2[32-i])>>1 if R3[0]!=R3[1]: return 0 for i in range(1,33): Register[rd]=Register[rd]*2+R3[i] #store指令 def store(instru): #imm[11:5] rs2 rs1 func3 imm[4:0] opcode #1 读取寄存器和offset的内容 #2 拼接出offset的大小 #3 rs2存储数据，rs1表示基址寄存器，里面的内容和offset相加得到内存地址 #4 将rs2中的内容存放到内存中 rs2 = (instru >> 20) & 0b11111 rs1 = (instru >> 15) & 0b11111 im1 = (instru >> 25) im2 = (instru >> 7) & 0b11111 im = im1 << 5 + im2 memAddr = rs1 + im for i in range(4): Memory[memAddr + i] = Register[rs2] & 0xff Register[rs2] = Register[rs2] >> 8 print(hex(Memory[memAddr + i])) def main(): #首先进行，pc加一这种操作 #pc指向指令在内存中的地址，32位 #寄存器，32个，需要5位寻找一个寄存器 #内存：32位地址，说明pc的内容占32位 #pc的初值：设为0地址 #pc+1怎么实现：取决于risc-v是定长指令系统还是不定长指令，32位定长指令集 pc = 0x00000000 while (1): #首先读取指令，然后根据指令判断进行pc+1还是进行跳转 #读取指令：读取pc指向内存地址的内容 instru = defInstr(pc) print(hex(pc)) print(hex(instru)) print (judgeType(instru)) if judgeType(instru) == 'load': load(instru) elif judgeType(instru) == 'add': add(instru) print(Register[0b00101]) elif judgeType(instru) == 'store': store(instru) pc += 4#这里小端模式的处理方式有待商榷 print(pc) main()#程序入口