FPGA開発日記

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Chiselを使ってCPUを作ろう(14. 2段パイプラインのデザインをGitHubに公開しました)

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Chiselを使って、非常にシンプルなCPUを作ってみるプロジェクト。 とりあえず、rv64ui-pのリグレッションテストがすべてPass するようになったのでGitHub上に公開した。

といっても、2段ステージのパイプラインで非常にしょぼいものだが。

ただし、このデザインの凄いところは一切Verilogを使っていないこと。だいたいのChiselのデザインはメモリのところにVerilogを使ったり、 CPUの動作制御の部分にVerilogを使ったりするのだが、これは全てChiselで記述してある。 したがって、Verilogに変換することなくシミュレーションを走らせることができ、Verilogシミュレータを使うことなく高速にシミュレーションできる。

github.com

リグレッションテストを流してみるが、せっかくなのですべてのテストをScala環境で流せるようにしたい。

まず、実施したいテスト向けにテストコードを自動生成するようなスクリプトを作成した。 以下のようなファイルが、テストパタンの数だけ生成される。

cd tests/riscv-tests/isa
make  # テストパタンを生成する。
ruby ./gen_test_class.rb
  • src/test/scala/cpu/Test_rv64ui-p-add.scala
package cpu

import chisel3.iotesters
import chisel3.iotesters.{ChiselFlatSpec, Driver, PeekPokeTester}
class Tester_rv64ui_p_add extends ChiselFlatSpec {
  "Basic test using Driver.execute" should "be used as an alternative way to run specification" in {
    implicit val conf = RV64IConf()
    iotesters.Driver.execute(Array(), () => new CpuTop()) {
      c => new CpuTopTests(c, "tests/riscv-tests/isa/rv64ui-p-add.hex", "pipetrace.rv64ui_p_add.log")
    } should be (true)
  }
}

Makefileはテストパタンの数だけターゲットが作られる。

  • riscv64_make.mk
...
test_run_rv64ui_p_add:
        sbt 'testOnly cpu.Tester_rv64ui_p_add -- -z Basic'
test_run_rv64ui_p_addi:
        sbt 'testOnly cpu.Tester_rv64ui_p_addi -- -z Basic'
test_run_rv64ui_p_addiw:
        sbt 'testOnly cpu.Tester_rv64ui_p_addiw -- -z Basic'
test_run_rv64ui_p_addw:
        sbt 'testOnly cpu.Tester_rv64ui_p_addw -- -z Basic'
test_run_rv64ui_p_and:
        sbt 'testOnly cpu.Tester_rv64ui_p_and -- -z Basic'

これにより、make test_run_rv64ui_p_addにより単体のテストを流すことができるようになった。結果のログはpipetrace.rv64ui_p_add.logに保存されるので、spike-dasmによりディスアセンブルを行う。

spike-dasm < pipetrace.rv64ui_p_add.log > pipetrace.rv64ui_p_add.dasm.log

あと、全てテストパタンを流すためにはmake regressionを入力することでテストできる。

今のところ、64ビットモードの整数テストは全てPassしている。 次は、これをパイプラインを挿入して5段くらいまで拡張して、徐々に性能を上げていきたい。