2021 年 4 月初,一位热衷于自制 CPU 的 19 岁极客小伙 Filip Szkander 自己设计和制造出了 32 位功能性 RISC-V CPU,并构建了与其他自制计算机不同的个人计算机「菠萝一号(Pineapple ONE)」。从设计、调试和安装 CPU 和所有硬件,Filip 整整花了两年时间。Filip 还受邀在东京举办的 RISC-V Days Tokyo 2021 Spring 上做了演示,他也成为了该会议自 2017 年举办以来最年轻的演示者。
Filip 在一篇博客中介绍了他从设计 CPU、制作原型机、输入 / 输出端口、最终成品到软件编程的技术细节(下文以第一人称叙述)。
一、设计自己的 RISC-V CPU
此前,我在 Youtube 上发现了电子爱好者 Ben Eater 自制 CPU(构建著名的 8 位计算机和经典的 6502 微处理器)的相关教程,所以非常着迷,也就有了自制 CPU 的想法。然而,我觉得对于 CPU 基础知识了解的还不够,因此又观看了 Google Robotics 软件工程师 Robert Baruch 的教程视频,他只使用了基本逻辑元件构建了 32 位 RISC-V CPU。
之后,我便开始在一个名为「Logisim-Evolution」的项目中制造自己的 RISC-V CPU。我给自己设定的目标是不使用任何微控制器或 FPGA,只使用基本的分立逻辑元件。编译器支持的最基础 RISC-V CPU 必须包含扩展「整数(I)」且至少为 32 位。此外,我还需要安装一个 VGA(视频图形阵列)输出卡。