RISC-V: 作为第一道指令的聪明选择

第一道指令先从 Immediat 系列开始吧
指令系列会依照时间安排增减速度，
一方面是因为上一篇留下的技术债要想办法 Refactor，
另一方面是要留时间提前准备接下来的内容。

根据 Andes RISC-V Conf’21 的资讯，
Tiny ONNC build 出来的执行档可以在 Bare Metal 环境下执行，
这段时间会对相关的 Softwere Stack 进行研究，
预计会用 ONNC 或者 tiny ONNC 来为这篇系列文收尾。
期待这次的成果，一定是大拇指的拉！

I-type

指令格式如下：

|31     20|19   15|14    12|11   7|6       0|
+-------------------------------------------+
|   imm   |  rs1  | funct3 |  rd  | pocode  |
+-------------------------------------------+

ADDI

ADDI 会把 rs1 + imm 存到 rd 里面。
运算时遇到 Overflow 不进行任何处理，
直接把最低的 32 bit 放到 rd 内。

|31     20|19   15|14    12|11   7|6       0|
+-------------------------------------------+
|   imm   |  rs1  |  000   |  rd  | 0010011 |
+-------------------------------------------+

NOP

没错， opcode 和 funct3 都没有打错，跟 ADDI 一模一样，
从黑洞拿 0，加 0 再塞回去，官方认证的 NOP。
实做一道指令可以当两道用，赞！

|31     20|19   15|14    12|11   7|6       0|
+-------------------------------------------+
|    0    |   0   |  000   |   0  | 0010011 |
+-------------------------------------------+

实际程序

github 页面 Tag: ITDay10

这次新增了 EXECUTOR 来管理 CPU 的执行部分，
在 CPU 内只会呼叫 execute 让 EXECUTOR 执行 decoder 内的指令。

class EXECUTOR_INTERFACE
{
public:
	virtual void execute() = 0;
	void set_instruction_decoder(const std::shared_ptr<INSTRUCTION_DECODER_INTERFACE> &instance)
	{

		instruction_decoder = instance;
	}
	void set_register_file(const std::shared_ptr<REGISTER_INTERFACE> &instance)
	{
		register_file = instance;
	}

protected:
	std::shared_ptr<INSTRUCTION_DECODER_INTERFACE> instruction_decoder;
	std::shared_ptr<REGISTER_INTERFACE> register_file;
};

这次实作了第一道指令：ADDI
同时这道指令也是 NOP，因为 destination 写到 x0 并不会影响 x0 的值。

void EXECUTOR::execute()
{
	if(instruction_decoder->get_opcode() == INSTRUCTION_DECODER_INTERFACE::OP_IMM &&
	   instruction_decoder->get_func3() == 0b000) {
		auto rs1 = instruction_decoder->get_rs1();
		auto rd = instruction_decoder->get_rd();

		auto value = register_file->get_value_integer(rs1) + instruction_decoder->get_imm(31, 20);
		register_file->set_value_integer(rd, value);
...
	}
}

EXECUTOR 需要 memory、register file 和 instruction decoder 的配合才能工作，
这次先只把 instruction_decoder 和 register_file 放进去。

class EXECUTOR_INTERFACE
{
...
	std::shared_ptr<INSTRUCTION_DECODER_INTERFACE> instruction_decoder;
	std::shared_ptr<REGISTER_INTERFACE> register_file;
};

前面的文章有提到，记忆体分成 explict 和 implict 存取，
这边将 explice 存取由 EXECUTOR 处理， implict 存取则由 CPU 统一负责。
Instance 由 CPU 管理，所以在 setter 中做了对应的修改。

void CPU::set_register_file(const std::shared_ptr<REGISTER_INTERFACE> &instance)
{
...
		executor->set_register_file(register_file);
...
}

void CPU::set_instruction_decoder(const std::shared_ptr<INSTRUCTION_DECODER_INTERFACE> &instance)
{
...
		executor->set_instruction_decoder(instruction_decoder);
...
}

void CPU::set_executor(const std::shared_ptr<EXECUTOR_INTERFACE> &instance)
{
...
		executor->set_instruction_decoder(instruction_decoder);
...
		executor->set_register_file(register_file);
}

shared_ptr 和做 interface 的理由和之前一样，不再赘述。