用FPGA制作一个CPU想想是不是很酷？刚入门那时的确是件很酷的事情，因为那时候还是NISO II和MicroBlaze软核大行其道的时候，现在各种嵌入硬核的FPGA是越来越常见了，性价比也越来越高了，唯一的缺点就是可能功耗有点高。今天就分享一下当时自己做CPU是收集的资料，主要包括：
相应的源码也在各自文件夹下。下面简单说明下，FPGA的软核、硬核以及固核的概念
现在的FPGA设计，规模巨大而且功能复杂，因此设计的每一个部分都从头开始是不切实际的。一种解决的办法是：对于较为通用的部分可以重用现有的功能模块，而把主要的时间和资源用在设计中的那些全新的、独特的部分。这就像是你在开发应用程序的时候就不用直接去写驱动物理硬件的代码，而是直接调用Windows提供的API就行了。 这种功能模块我们称作IP核(Intelligent Property) ，IP核是具有知识产权核的集成电路芯核总称，是经过反复验证过的、具有特定功能的宏模块，与芯片制造工艺无关，可以移植到不同的半导体工艺中。到了SOC 阶段，IP 核设计已成为ASIC 电路设计公司和FPGA 提供商的重要任务，也是其实力体现。对于FPGA 开发软件，其提供的IP 核越丰富，用户的设计就越方便，其市场占用率就越高。目前，IP 核已经变成系统设计的基本单元，并作为独立设计成果被交换、转让和销售。 从IP核的提供方式上，通常将其分为软核、固核和硬核这3类。从完成IP核所花费的成本来讲，硬核代价最大； 从使用灵活性来讲，软核的可复用使用性最高。与软核实现方式相比，硬核可以把功耗降低5~10 倍, 节约将近90% 的逻辑资源。 软核(Soft IP Core) : 软核在EDA 设计领域指的是综合之前的寄存器传输级(RTL) 模型；具体在FPGA 设计中指的是对电路的硬件语言描述，包括逻辑描述、网表和帮助文档等。软核只经过功能仿真，需要经过综合以及布局布线才能使用。其优点是灵活性高、可移植性强，允许用户自配置；缺点是对模块的预测性较低，在后续设计中存在发生错误的可能性，有一定的设计风险。软核是IP 核应用最广泛的形式。 固核(Firm IP Core) :固核在EDA 设计领域指的是带有平面规划信息的网表；具体在FPGA 设计中可以看做带有布局规划的软核，通常以RTL 代码和对应具体工艺网表的混合形式提供。将RTL 描述结合具体标准单元库进行综合优化设计，形成门级网表，再通过布局布线工具即可使用。和软核相比，固核的设计灵活性稍差，但在可靠性上有较大提高。 目前，固核也是IP 核的主流形式之一。 硬核 (Hard IP Core) :硬核在EDA 设计领域指经过验证的设计版图；具体在FPGA 设计中指布局和工艺固定、经过前端和后端验证的设计，设计人员不能对其修改。不能修改的原因有两个：首先是系统设计对各个模块的时序要求很严格，不允许打乱已有的物理版图；其次是保护知识产权的要求，不允许设计人员对其有任何改动。IP 硬核的不许修改特点使其复用有一定的困难，因此只能用于某些特定应用，使用范围较窄。
接下来简单介绍几种内核：
0.1 平民英雄——OpenRISC
OpenRISC是OpenCores组织提供的基于GPL协议的开放源代码RISC处理器。
OpenRISC具有以下特点：
- 采用免费开放的32/64位 RISC架构。
- 用Verilog HDL（硬件描述语言）实现了基于该架构的处理器源代码。
- 具有完整的工具链。
OpenRISC被应用到很多公司的项目之中。可以说，OpenRISC是应用非常广泛的一种开源处理器实现。
OpenRISC的不足之处在于其侧重于实现一种开源的CPU Core，而非立足于定义一种开放的指令集架构，因此其架构的发展不够完整，指令集的定义也不具备上节中提到的RISC-V架构的优点，更加没有上升到成立专门的基金会组织的高度。OpenRISC更多的时候被认为是一个开源的Core，而非一种优美的指令集架构。此外，OpenRISC的许可证为GPL，这意味着所有的指令集改动都必须开源（而RISC-V则无此约束）。
0.2 豪门显贵——SPARC
SPARC架构作为经典的RISC微处理器架构之一，SPARC最早于1985年由Sun电脑所设计。SPARC也是SPARC国际公司的注册商标之一，这家公司于1989年成立，目的是向外界推广SPARC架构以及为该架构进行兼容性测试。该公司为了推广SPARC的生态系统，SPARC国际公司将标准开放，并授权予多家生产商采用，包括德州仪器、Cypress半导体和富士通等。由于SPARC架构也对外完全开放，因此，也出现了完全开放源码的LEON处理器。不仅如此，Sun公司还于1994年推动SPARC v8架构成为IEEE标准（IEEE Standard 1754-1994）。
由于SPARC架构的初衷是面向服务器领域而设计，其最大的特点是拥有一个大型的寄存器窗口，符合SPARC架构的处理器需要实现从72到640个之多的通用寄存器，每个寄存器宽度为64bits，组成一系列的寄存器组，称之为寄存器窗口。
这种寄存器窗口的架构，由于可以切换不同的寄存器组快速地响应函数调用与返回，因此，能够产生非常高的性能，但是这种架构由于功耗面积代价太大，而并不适用于PC与嵌入式领域处理器。而SPARC架构也不具备模块化的特点，使得用户无法裁剪和选择。很难作为一种通用的处理器架构对商用的x86和ARM架构形成替代。
设计这种超大服务器CPU芯片又非普通公司与个人所能涉足，而有能力设计这种大型CPU的公司也没有必要投入巨大的成本来挑战x86的统治地位。随着Sun公司的衰弱，SPARC架构现在基本上退出了人们的视野。感兴趣的读者请在网络上自行搜索文章《再见SPARC处理器，再见Sun》
0.3 名校优生——RISC-V
关于RISC-V在伯克利大学诞生的经历，在此不做重复赘述。
因为多年来在CPU领域已经出现过多个免费或开放的架构，很多高校也在科研项目中推出过多种指令集架构。因此，当笔者第一次听说RISC-V之时，以为又是一个玩具，或纯粹学术性质的科研项目而不以为意。
直到笔者亲自通读了一遍RISC-V的架构文档，不禁为其先进的设计理念所折服。同时，RISC-V架构的各种优点也得到了众多专业人士的青睐好评和众多商业公司的相继加盟。并且2016年RISC-V基金会的正式启动在业界引起了不小的影响。如此种种，使得RISC-V成为至今为止最具备革命性意义的开放处理器架构。
剩下的自己去找资料吧，资料获取方式：
公众号：OpenFPGA
后台回复：自制CPU
