具体描述
本书是一本介绍通用CPU设计的入门书，以通俗的语言系统介绍了CPU和RISC-V架构，力求为读者揭开CPU设计的神秘面纱，打开计算机体系结构的大门。
本书共分为四部分。第一部分是CPU与RISC-V的综述，帮助初学者对CPU和RISC-V快速地建立起认识。第二部分讲解如何使用Verilog设计CPU，使读者掌握处理器核的设计精髓。第三部分主要介绍蜂鸟E203配套的SoC和软件平台，使读者实现蜂鸟E203 RISC-V处理器在FPGA原型平台上的运行。第四部分是附录，介绍了RISC-V指令集架构，辅以作者加入的背景知识解读和注解，以便于读者理解。
本书不仅适合CPU或芯片设计相关从业者阅读使用，也适合作为大中专院校相关师生学习RISC-V处理器设计（使用Verilog语言）和CPU设计的指导用书。
作者简介
目录信息
第 1章 一文读懂CPU之三生三世 2
1.1 眼看他起高楼，眼看他宴宾客，眼看他楼塌了——CPU众生相 3
1.3 人生已是如此艰难，你又何必拆穿——CPU从业者的无奈 17
1.4 无敌是多么寂寞——ARM统治着的世界 18
1.4.1 独乐乐与众乐乐——ARM公司的盈利模式 18
1.4.2 小个子有大力量——无处不在的Cortex-M系列 21
1.4.3 移动王者——Cortex-A系列在手持设备领域的巨大成功 23
1.4.4 进击的巨人——ARM进军PC与服务器领域的雄心 25
1.5 东边日出西边雨，道是无晴却有晴——RISC-V登场 25
1.6 原来你是这样的“薯片”——ARM的免费计划 28
1.7 旧时王谢堂前燕，飞入寻常百姓家——你也可以设计自己的处理器 28
第 2章 大道至简——RISC-V架构之魂 29
2.1 简单就是美——RISC-V架构的设计哲学 30
2.2 RISC-V指令集架构简介 33
2.3 RISC-V软件工具链 42
2.4 RISC-V和其他开放架构有何不同 44
第3章 乱花渐欲迷人眼——盘点RISC-V商业版本与开源版本 46
3.1 各商业版本与开源版本综述 47
3.2 总结 53
第4章 开源RISC-V——蜂鸟E200系列超低功耗Core与SoC 54
4.1 与众不同的蜂鸟E200处理器 55
4.2 蜂鸟E200简介——蜂鸟虽小，五脏俱全 56
4.3 蜂鸟E200型号系列 57
4.4 蜂鸟E200性能指标 58
4.5 蜂鸟E200配套SoC 59
4.6 蜂鸟E200配置选项 60
第二部分 手把手教你使用Verilog设计CPU
第5章 先见森林，后观树木——蜂鸟E200设计总览和顶层介绍 65
5.1 处理器硬件设计概述 66
5.2 蜂鸟E200处理器核设计哲学 67
5.3 蜂鸟E200处理器核RTL代码风格介绍 68
5.4 蜂鸟E200模块层次划分 72
5.5 蜂鸟E200处理器核源代码 73
5.6 蜂鸟E200处理器核配置选项 73
5.7 蜂鸟E200处理器核支持的RISC-V指令子集 74
5.8 蜂鸟E200处理器流水线结构 74
5.9 蜂鸟E200处理器核顶层接口介绍 74
5.10 总结 77
第6章 流水线不是流水账——蜂鸟E200流水线介绍 78
6.1 处理器流水线概述 79
6.2 处理器流水线中的乱序 83
6.3 处理器流水线中的反压 84
6.4 处理器流水线中的冲突 84
6.5 蜂鸟E200处理器的流水线 86
6.6 总结 87
第7章 万事开头难吗—— 一切从取指令开始 88
7.1 取指概述 89
7.2 RISC-V架构特点对于取指的简化 97
7.3 蜂鸟E200处理器的取指实现 101
7.4 总结 116
第8章 一鼓作气，执行力是关键——执行 117
8.1 执行概述 118
8.2 RISC-V架构特点对于执行的简化 121
8.3 蜂鸟E200处理器的执行实现 123
第9章 善始者实繁，克终者盖寡——交付 161
9.1 处理器交付、取消、冲刷 162
9.2 RISC-V架构特点对于交付的简化 164
9.3 蜂鸟E200处理器交付硬件实现 164
第 10章 让子弹飞一会儿——写回 170
10.1 处理器的写回 171
10.2 蜂鸟E200处理器的写回硬件实现 171
第 11章 哈弗还是比亚迪——存储器架构 178
11.1 存储器架构概述 179
11.2 RISC-V架构特点对于存储器访问指令的简化 183
11.3 RISC-V架构的存储器相关指令 184
11.4 蜂鸟E200处理器存储器子系统硬件实现 185
第 12章 黑盒子的窗口——总线接口单元BIU 203
12.1 片上总线协议概述 204
12.2 自定义总线协议ICB 206
12.3 ICB总线的硬件实现 210
12.4 蜂鸟E200处理器核BIU 212
12.5 蜂鸟E200处理器SoC总线 214
12.6 总结 216
第 13章 不得不说的故事——中断和异常 217
13.1 中断和异常概述 218
13.2 RISC-V架构异常处理机制 221
13.3 RISC-V架构中断定义 226
13.4 RISC-V架构异常相关CSR寄存器 232
13.5 蜂鸟E200异常处理的硬件实现 232
第 14章 最不起眼的，其实是最难的——调试机制 246
14.1 调试机制概述 247
14.2 RISC-V架构的调试机制 249
14.3 蜂鸟E200调试机制的硬件实现 251
第 15章 动如脱兔，静若处子——低功耗的诀窍 260
15.1 处理器低功耗技术概述 261
15.2 RISC-V架构的低功耗机制 265
15.3 蜂鸟E200低功耗机制的硬件实现 265
15.4 总结 275
第 16章 工欲善其事，必先利其器——RISC-V可扩展协处理器 276
16.1 专用领域架构DSA 277
16.2 RISC-V架构的可扩展性 278
16.3 蜂鸟E200的协处理器接口EAI 279
16.4 蜂鸟E200的协处理器参考示例 286
第三部分 使用Verilog进行仿真和在FPGA SoC原型上运行软件
第 17章 冒个烟先——运行Verilog仿真测试 292
17.1 E200开源项目的代码层次结构 293
17.2 E200开源项目的测试用例 294
17.3 E200开源项目的测试平台（TestBench） 298
17.4 在Verilog TestBench中运行测试用例 299
第 18章 套上壳子上路——实现SoC和FPGA原型 302
18.1 Freedom E310 SoC简介 303
18.2 HBird-E200-SoC简介 304
18.3 HBird-E200-SoC FPGA原型平台 311
18.4 蜂鸟E200专用FPGA开发板 320
第 19章 画龙点睛——运行和调试软件示例 321
19.1 Freedom-E-SDK平台简介 322
19.2 SIRV-E-SDK平台简介 323
19.3 使用SIRV-E-SDK运行示例程序 325
19.4 使用GDB和OpenOCD调试示例程序 328
19.5 Windows图形化IDE开发工具 331
第 20章 是骡子是马？拉出来遛遛——运行跑分程序 332
20.1 跑分程序简介 333
20.2 Dhrystone简介 333
20.3 运行Dhrystone Benchmark 335
20.4 CoreMark简介 337
20.5 运行CoreMark Benchmark 338
20.6 总结与比较 340
附录部分 RISC-V架构详述附录A RISC-V架构指令集介绍 342
附录B RISC-V架构CSR寄存器介绍 374
附录C RISC-V架构的PLIC介绍 384
附录D 存储器模型背景介绍 392
附录E 存储器原子操作指令背景介绍 397
附录F RISC-V指令编码列表 400
附录G RISC-V伪指令列表 404
· · · · · · (收起)
读后感
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用户评价
这本书带给我的惊喜，远远超出了我最初的预期。我一直对计算机底层技术充满好奇，尤其是CPU的设计，这可以说是计算机科学的皇冠上的明珠，一直是我想深入了解但又觉得门槛极高的领域。在翻阅了许多市面上的相关书籍后，大多数要么过于理论化，晦涩难懂，要么过于侧重实际应用，忽略了核心的设计思想。直到我遇到了《手把手教你设计CPU：RISC-V处理器》，我才找到了那把开启CPU设计大门的钥匙。作者的叙述风格非常独特，他并没有一开始就抛出复杂的Verilog代码，而是从最基础的逻辑门、触发器开始，逐步引入更高级的概念，比如状态机、数据通路、控制通路等等。每一个概念的引入都恰到好处，并且通过生动形象的比喻，让我能够轻松理解其背后的原理。RISC-V作为一种开放的指令集架构，本身就具有极大的吸引力，而这本书更是将RISC-V的设计过程，以一种“手把手”的方式呈现在读者面前。从指令解码到执行，从流水线设计到分支预测，每一个环节都拆解得非常细致，并且提供了相应的硬件描述语言（HDL）代码示例，让我可以亲手去实现，去验证。更重要的是，这本书并非停留在“如何做”的层面，它更深入地探讨了“为何这样做”，在讲解每个设计决策时，都会解释其背后的权衡和优势，这对于培养真正的工程思维至关重要。
评分我是一个对计算机底层原理非常着迷的学习者，常常觉得市面上很多教材要么过于理论化，让人觉得遥不可及，要么又过于浅显，无法满足我对深入理解的渴望。《手把手教你设计CPU：RISC-V处理器》这本书，恰恰弥补了这一空缺。它以RISC-V指令集为载体，以一种非常“接地气”的方式，将CPU设计的复杂世界展现在我的面前。从最基础的时序逻辑、组合逻辑，到指令的取指、译码、执行、访存、写回，每一个环节的讲解都力求清晰透彻。作者并非仅仅是罗列概念，而是通过大量的图示，将抽象的硬件结构可视化，让我能够直观地理解数据是如何在CPU内部流动的。更让我印象深刻的是，书中提供的Verilog代码示例，不仅仅是演示性的，更是可以直接用于仿真的、完整的模块。我跟着书中的步骤，一步步构建起一个可以工作的RISC-V核心，那种感觉就像是在搭建一座精密的数字城堡。每一次成功运行仿真，每一次找到并修复bug，都极大地增强了我学习的信心和兴趣。这本书不仅教授了我设计CPU的方法和技术，更重要的是，它培养了我解决复杂问题、进行系统化思考的能力。我能够理解，CPU设计并非一蹴而就，而是需要对每一个细节都精益求精，对每一个模块都深入剖析。
评分这是一本让我能够真正“玩转”CPU设计的书。长久以来，我对CPU的理解都停留在“高高在上”的抽象概念层面，感觉设计一个CPU是一个遥不可及的工程。直到我遇上了《手把手教你设计CPU：RISC-V处理器》，这种感觉彻底改变了。这本书最大的优点在于它的“实践性”和“系统性”。作者并没有直接抛出复杂的Verilog代码，而是从最基础的数字逻辑原理讲起，然后逐步过渡到CPU的各个组成模块，比如指令流水线、寄存器堆、ALU等等。RISC-V指令集架构的引入，更是为整个学习过程提供了一个清晰且现代的框架。我尤其喜欢书中提供的那些可以直接用于仿真的Verilog代码，我跟着这些代码，一步步构建了一个精简版的RISC-V处理器。当我看到自己设计的CPU能够按照预期的指令序列正确执行时，那种成就感是难以言喻的。它让我不仅仅是学习了理论知识，更是通过亲身实践，将这些知识内化，并且理解了在实际硬件设计中，每一个决策和每一个细节的重要性。这本书不仅仅是关于CPU设计，更是关于如何系统地解决复杂工程问题的方法论。
评分阅读《手把手教你设计CPU：RISC-V处理器》这本书，给我带来的最大感受是“茅塞顿开”。我一直对计算机硬件，特别是CPU的设计充满好奇，但总觉得这个领域非常高深，难以入门。许多书籍要么过于学术化，要么过于皮毛化。而这本书，则以RISC-V指令集为基础，提供了一个非常系统且易于理解的学习路径。从最基础的数字逻辑电路，到更复杂的CPU部件，如ALU、寄存器堆、控制单元等，作者都进行了详尽的讲解，并且提供了配套的Verilog代码示例。我最喜欢的是书中对于流水线设计的阐述，它将流水线带来的性能提升，以及如何处理流水线中的冒险，都解释得非常透彻，并且通过具体的代码实现，让我能够直观地感受到这些概念的实际应用。通过跟随书中的指导，我成功地构建了一个简单的RISC-V处理器，并在仿真环境中进行了测试。这个过程不仅让我掌握了CPU设计的基本流程和方法，更重要的是，它培养了我一种严谨的工程思维和解决问题的能力。我能够理解，每一个设计的决策背后都有其合理性，每一个模块的实现都需要精密的计算和验证。
评分我对计算机的底层架构一直抱有浓厚的兴趣，尤其想弄明白CPU这个“大脑”是如何工作的。《手把手教你设计CPU：RISC-V处理器》这本书，就像一盏指路明灯，为我揭开了CPU设计的神秘面纱。这本书最吸引我的地方在于它“手把手”的教学方式，它并非枯燥的理论堆砌，而是将一个复杂的CPU设计过程，分解成了一个个可以理解、可以实现的模块。从最基础的指令集架构RISC-V讲起，到指令的解码、执行，再到流水线的概念和实现，每一个环节的讲解都非常细致，配以大量的图示和清晰的Verilog代码示例。我跟着书中的例子，亲手搭建了一个简化的RISC-V处理器，并在仿真环境中进行了验证。这个过程让我对CPU内部数据流动的方向、控制信号的产生以及各个功能模块的协同工作有了前所未有的直观认识。它不仅仅是传授知识，更是培养了我一种解决复杂工程问题的能力。我学会了如何将抽象的设计思路转化为具体的硬件描述语言，如何进行调试和验证，以及在遇到问题时，如何去分析和定位。这本书的价值在于，它让你从一个“使用者”变成了一个“理解者”，甚至是一个“创造者”。
评分这本书是我在深入学习计算机体系结构过程中遇到的一个里程碑。长期以来，我对CPU的设计原理充满向往，但始终觉得离自己很遥远，直到我接触到《手把手教你设计CPU：RISC-V处理器》。这本书以RISC-V这个开放的指令集架构为切入点，非常巧妙地将抽象的CPU设计过程，变得生动具体。作者的叙述风格非常亲切，仿佛一位经验丰富的导师，一步步带领读者探索CPU的奥秘。书中详细介绍了CPU的基本组成部分，如指令读取、译码、执行、访存和写回等阶段，并且通过大量的图示和清晰的Verilog代码，让这些抽象的概念变得可视化。我尤其欣赏它在讲解流水线设计时，对于数据冒险和控制冒险的处理方法，这些在实际CPU设计中是至关重要的问题，而这本书将它们解释得非常到位。通过跟着书中的代码示例，我能够亲手实现一个可以工作的CPU模型，并在仿真环境中进行验证，这种实践的体验，极大地加深了我对理论知识的理解，也让我体会到了设计一个功能完整的CPU所需要的细致和严谨。
评分我一直对计算机的底层工作原理充满好奇，尤其是CPU这个核心部件，它如何读取指令，如何进行计算，如何管理数据，这些问题一直在我脑海中萦绕。《手把手教你设计CPU：RISC-V处理器》这本书，为我揭开了CPU设计的神秘面纱。它并非那种泛泛而谈的介绍，而是真正从“手把手”教学的角度出发，以RISC-V指令集架构为载体，系统地讲解了CPU设计的各个环节。从最基础的逻辑门电路，到指令的取指、译码、执行、访存、写回，每一步都解释得非常详细，并且配有大量的流程图和状态图，帮助我理解数据在CPU内部的流动路径。更重要的是，书中提供的Verilog代码示例，是这本书最宝贵的财富。我跟着书中的代码，一步步构建起一个可以工作的RISC-V处理器，并在仿真环境中进行测试。这个过程让我深刻理解了硬件描述语言在CPU设计中的应用，也让我体会到了将抽象的设计转化为实际硬件的魅力。这本书不仅教授了我CPU设计的知识，更重要的是，它培养了我一种解决复杂问题的能力，以及对计算机系统底层运行机制的深刻洞察。
评分这是一本让我爱不释手、甚至到了废寝忘食地阅读的书。从我拿到这本《手把手教你设计CPU：RISC-V处理器》开始，就仿佛打开了一个全新的世界。在过去的学习生涯中，虽然接触过一些数字逻辑、微处理器原理的课程，但总觉得像是隔靴搔痒，对CPU内部的真实运作机制，尤其是指令流水线、中断处理、缓存一致性等核心概念，总是停留在一个比较抽象的层面。而这本书，就像一位经验丰富的老友，耐心地、细致地、一点点地为我拨开迷雾。它不是简单地罗列概念，而是通过大量的图示、清晰的代码示例，以及循序渐进的讲解，将一个复杂的CPU设计过程，分解成了一个个可以理解、可以掌握的模块。我尤其喜欢它在介绍RISC-V指令集架构时，那种严谨而又不失亲和力的叙述方式。不同于一些枯燥的官方文档，这本书能让你理解为什么RISC-V会采用这样的指令集，每条指令的设计背后有什么样的考量，以及这些指令如何协同工作，最终驱动整个处理器的运行。当我跟着书中的例子，一步步搭建起一个简单的CPU模型时，那种成就感是无与伦比的。我感觉自己不再是那个仅仅会使用CPU的“用户”，而是真正理解了它的“心脏”，能够洞悉它跳动的脉搏。这本书的价值，远不止于对RISC-V指令集的学习，更在于它提供了一种系统性的、工程化的思维方式，让我在面对复杂系统设计时，能够有条不紊，抓住关键，逐个击破。
评分当我拿到《手把手教你设计CPU：RISC-V处理器》这本书的时候，我的内心是既期待又有些许忐忑的。CPU设计，在我看来，一直是一个遥不可及的神秘领域，充斥着各种复杂的概念和晦涩的代码。然而，这本书的标题“手把手教你”立刻吸引了我，并且在阅读之后，我发现它完全担得起这个承诺。作者的叙述方式非常平实而又深入，他没有一开始就抛出大量的专业术语，而是从最基础的数字逻辑电路开始，慢慢引导读者进入CPU的世界。我尤其欣赏书中对于RISC-V指令集的讲解，它不仅介绍了指令的格式和功能，更深入地阐述了RISC-V设计背后的理念，以及它为何能在当下受到如此广泛的关注。书中提供的Verilog代码示例，是这本书最核心的价值之一。这些代码并非那种“写了等于没写”的伪代码，而是经过精心设计，能够实际工作，并且可以方便地进行扩展和修改的模块。我跟着书中的例子，一步步构建了一个简单的RISC-V处理器，并成功在仿真器中运行，那种成就感，是任何理论书籍都无法比拟的。这本书让我深刻体会到，学习CPU设计，不仅仅是记忆知识点，更重要的是理解其中的逻辑和工程实现。
评分作为一名对计算机体系结构充满好奇的学生，我一直在寻找一本能够系统性地、由浅入深地讲解CPU设计原理的书籍。《手把手教你设计CPU：RISC-V处理器》这本书，无疑是我近期遇到的最棒的资源。它并非那种“速成”式的介绍，而是真正从最根本的硬件层面出发，一步步引导读者构建对CPU的理解。首先，它对RISC-V指令集架构的介绍，就非常有条理，让我理解了RISC-V的优势和设计哲学，这为后续的设计奠定了坚实的基础。接着，书中对CPU各个功能单元的讲解，如取指单元、译码器、执行单元、存储器访问单元等，都非常详细，并且配备了大量的流程图和时序图，这对于我这种视觉型学习者来说，简直是福音。我最喜欢的部分是它关于流水线设计的讲解，作者能够将流水线如何提高CPU的执行效率，以及其中可能出现的冲突和解决方案，都解释得非常清楚。通过书中的Verilog代码示例，我不仅能够理解理论知识，还能亲手将这些知识转化为实际的硬件设计，并在仿真环境中进行验证。这种“动手实践”的学习方式，极大地加深了我对CPU工作原理的理解。这本书的价值在于，它不仅仅是告诉你“是什么”，更是告诉你“为什么”以及“怎么做”，这对于培养真正独立的设计能力至关重要。
评分还是要看源代码，在板子上跑起来。
评分介绍了 RISC-V 架构，对 RISC-V 形成一定的认识和基本了解。手把手教你上手 e200 系列芯片。
评分第一次见天朝的工程师能把memory model写的比较明白的。
评分为数不多的risc中文书籍，部分内容可以作为入门材料
评分这本书介绍和RISC-V的ISA指令集及其简单的参考实现, 其中memory model(fence/atomic/LRSC)写得比较明白, 让在CPU的微观世界穿越了一遍, 受益良多. 此书语言生动, 言简意赅, 通读之后再搭配只有二百页不到的riscv-spec官方文档, 基本对cpu/ISA的概念就有了完整的理解了.
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