RISC-V SoC生成器---Rocket Chip介绍

一、

Rocket Chip

基本结构

Rocket Chip

是基于Chisel开发的一款开源SoC生成器（Generator），也即它自己其实并不是一款处理器。它根据不同的配置参数可以产生不同的处理器的RTL代码，当配置参数确定之后，生成的才是一个真正的“处理器”。

从图中可以看出，

Rocket Chip

有六个组成部分：

• A为

  Core Generator

  ，用于生成处理器核，支持Rocket-core和BOOM两种
• B为

  Cache

  ，包括L1 Cache和L2 Cache
• C为

  RoCC

  ，即Rocket的用户自定义加速器接口，用户可以使用Chisel自行编写加速器挂载到Rocket-chip中
• D为

  Tile

  ，一个处理器核和一个L1 Cache（包括指令Cache和数据Cache）构成一个Tile，在Rocket-chip中通过复用各种Tile构建一个多核（同构或异构）的体系
• E为

  TileLink

  ，是UC Berkeley自己开发的片上总线，用于连接处理器、缓存和外设
• F为

  Peripheral

  ，包括AMBA兼容总线（AXI，AHB-Lite和APB）的发生器以及各种转换器和控制器。

上图的具体示例包括了两个Tile，这些Tile连接到一个

4-bank L2 Cache

，该缓存本身通过

AXI

互连连接到外部I/O和存储系统。

• Tile 1

  内是一个乱序的

  BOOM

  内核，它具有

  FPU

  ，

  L1

  指令和数据缓存以及实现

  RoCC

  接口的加速器。

• Tile 2

  和

  Tile 1

  类似，但是它使用的是顺序执行的

  Rocket-core

  内核，并且具有不同的

  L1

  数据缓存参数。

Rocket Chip

有两个主要的用途：

• 第一个是它可以用来生成

  RISC-V

  的

  RTL

  实现，该实现具有顺序执行的流水线，符合IEEE标准的浮点运算单元，多级cache，虚拟内存，以及其他相关模块。
• 另一个用途是把

  Rocket Chip

  当做**“函数库”**来使用，只复用其中的某个部分。例如伯克利的另一个项目

  BOOM

  （RISC-V的另一个乱序执行超标量实现）就把

  Rocket Chip

  当做模块库来使用，并只重新实现了其中的

  core

  和

  cache

  部分。

二、

Rocket Chip

工程目录

• bootrom —包含第一阶段bootloader的源代码。
• docs —代码库特定部分的文档、教程等。
• emulator —编译和运行Verilator仿真的目录。
• src\main\resources\csrc —用于Verilator仿真的C源代码。
• regression —定义连续集成和nightly regression套件。
• scripts —用于解析模拟输出或操作源文件内容的实用程序。
• vsim —编译和运行Synopsys VCS仿真的目录。
• src\main\resources\vsrc —包含interfaces、harnesses 和 VPI的Verilog源。

1、

src\main\scala

目录：该目录包含两种类型的模块：

①一种是工具utility，类似helper性质，用来帮助代码实现，并不直接生成硬件。如：

• config —此实用程序包提供Scala接口，用于通过动态查找的参数化库配置生成器。
• diplomacy —此实用程序包通过允许

  two-phase hardware elaboration

  (双相硬件精化)扩展了Chisel，其中某些参数在模块之间动态协商。

  diplomacy

  是一种用于高级参数化的机制：它实现了模块之间的参数协商，参数在模块之间传递时可以根据需求协商与检查，更加灵活且不容易出错；还可以快速实现设计拓扑的参数化，使用verilog实现设计拓扑的参数化是非常困难的一件事，往往包含着大量的define，容易出错，且写起来困难。有关diplomacy的更多信息，请参阅 这篇文章。
• regmapper —该实用程序包生成具有标准化接口的从设备，用于访问其内存映射寄存器。
• system —调用其他各种模块，构造可配置的系统。
• unittest —可综合的单元测试代码的框架。注意，这与Chisel的tester框架完全不同。

②另一种是硬件模块的生成器。如：

• amba —这个RTL包使用diplomacy机制生成AMBA协议的总线实现，包括AXI4、AHB lite和APB。
• devices —这个RTL包包含了各种外设的实现，它包括调试模块和各种TL(UC Berkeley自己开发的片上总线协议)从机(外设做从机)。
• groundtest —这个RTL包生成可综合的硬件测试器，这些测试器发出随机内存访问流，以便对非核心内存层次结构进行压力测试。
• interrupts —使用diplomacy实现的中断逻辑。
• jtag —这个RTL包提供了生成JTAG总线接口的定义。
• rocket —该RTL包生成Rocket的 in-order 流水线内核、L1指令和数据缓存、FPU、RoCC协处理器等。
• scie —用于在core流水线里面添加自定义指令的接口。
• subsystem —公共总线架构的实现，包含master和slave接口。它包含了一些系统中经常需要添加的模块，用户自己创建系统时可以继承该子系统实现复用，这样只需要再手动添加其他模块即可。
• tile —可以包含

  core，FPU，L1缓存，RoCC协处理器

  等的容器。在

  Rocket-chip

  中通过复用各种

  Tile

  构建一个多核（同构或异构）的系统。
• tilelink —这个RTL包使用diplomacy机制生成TileLink协议的总线实现。它还包含各种适配器和协议转换器。
• util —此实用程序包提供了多种常见的Scala和Chisel编写的程序，可在多个其他包中被重复使用。如一些常见逻辑，ECC，arbiter， mux，随机数生成器等。

2、

Rocket Chip

依赖的其他库如下：

• chisel3 —(https://github.com/ucb-bar/chisel3):Rocket Chip生成器使用 Chisel3 产生RTL代码。
• firrtl (https://github.com/ucb-bar/firrtl):Firrtl (Flexible Internal Representation for RTL) RTL的中间语言表示，进而生成Verilog代码，C代码等最终代码。
• hardfloat(https://github.com/ucb-bar/berkeley-hardfloat):包含有生成符合IEEE 754-2008标准的参数化浮点单元的chisel代码，这些浮点单元用于融合乘加运算、整数和浮点数之间的转换以及不同精度的浮点转换。
• rocket-tools(https://github.com/freechipsproject/rocket-tools):RISC-V软件工具链，该工具与此存储库中提交的RTL一起工作。
• torture(https://github.com/ucb-bar/riscv-torture):该模块用于生成和执行受约束的随机指令流，该指令流可用于对设计的核心部分和非核心部分进行压力测试。

未完待续…

参考链接：

• https://github.com/freechipsproject/rocket-chip
• https://zhuanlan.zhihu.com/p/140360043
• https://www.chiselchina.com/2019/06/10/Rocket-Chip/