OCamlでもできるRISC-Vシミュレータの作り方：2日目「命令デコーダ」

RISC-Vの命令のフォーマットは以下の通り。命令デコーダは命令のビット列からこれらのパラメータの切り出し処理を行い、切り出した結果を Instruction として返す。

https://gyazo.com/33535f2acea6874e3af3ac9f58ce745e

オリジナルのRubyバージョンのデコーダをほとんどそのままOCamlに持ってきた感じ。

code:instruction.ml

type t = {

opcode : int;

rd : int;

funct3 : int;

rs1 : int;

rs2 : int;

funct7 : int;

i_imm : int;

s_imm : int;

b_imm : int;

}

let decode word =

let wd = Int32.to_int word in

let opcode = wd land 0x0000007f

and rd = (wd land 0x00000f80) lsr 7

and funct3 = (wd land 0x00007000) lsr 12

and rs1 = (wd land 0x000f8000) lsr 15

and rs2 = (wd land 0x01f00000) lsr 20

and funct7 = (wd land 0xfe000000) lsr 25

and i_imm = (wd land 0xfff00000) lsr 20

and s_imm = ((wd land 0xfe000000) lsr 20) lor ((wd land 0x00000f80) lsr 7)

and b_imm =

((wd land 0x80000000) lsr 19)

lor ((wd land 0x00000080) lsl 4)

lor ((wd land 0x7e000000) lsr 20)

lor ((wd land 0x00000f00) lsr 7)

in

{ opcode; rd; funct3; rs1; rs2; funct7; i_imm; s_imm; b_imm }

命令デコーダの使い方はこんな感じ。

code:test/instruction_test.ml

(* R形式命令のデコード *)

let _ =

let word = 0b1000001_10111_10011_101_10001_0110011_l in

let inst = Rvsim.Instruction.decode word in

Printf.printf "%d\n" inst.opcode;

(* => 51 *)

Printf.printf "%d\n" inst.rd;

(* => 17 *)

Printf.printf "%d\n" inst.funct3;

(* => 5 *)

Printf.printf "%d\n" inst.rs1;

(* => 19 *)

Printf.printf "%d\n" inst.rs2;

(* => 23 *)

Printf.printf "%d\n" inst.funct7

(* => 65 *)

(* I形式命令のデコード *)

let _ =

let word = 0b100000000001_10011_101_10001_0010011_l in

let inst = Rvsim.Instruction.decode word in

Printf.printf "%d\n" inst.opcode;

(* => 19 *)

Printf.printf "%d\n" inst.rd;

(* => 17 *)

Printf.printf "%d\n" inst.funct3;

(* => 5 *)

Printf.printf "%d\n" inst.rs1;

(* => 19 *)

Printf.printf "%d\n" inst.i_imm

(* => 2049 *)

(* S形式命令のデコード *)

let _ =

let word = 0b1000001_10111_10011_101_10001_0100011_l in

let inst = Rvsim.Instruction.decode word in

Printf.printf "%d\n" inst.opcode;

(* => 35 *)

Printf.printf "%d\n" inst.funct3;

(* => 5 *)

Printf.printf "%d\n" inst.rs1;

(* => 19 *)

Printf.printf "%d\n" inst.rs2;

(* => 23 *)

Printf.printf "%d\n" inst.s_imm

(* => 2097 *)

(* B形式命令のデコード *)

let _ =

let word = 0b1_100001_10111_10011_101_1001_1_1100011_l in

let inst = Rvsim.Instruction.decode word in

Printf.printf "%d\n" inst.opcode;

(* => 99 *)

Printf.printf "%d\n" inst.funct3;

(* => 5 *)

Printf.printf "%d\n" inst.rs1;

(* => 19 *)

Printf.printf "%d\n" inst.rs2;

(* => 23 *)

Printf.printf "%d\n" inst.b_imm

(* => 7218 *)

code:test/instruction_test.expected

51

17

5

19

23

65

19

17

5

19

2049

35

5

19

23

2097

99

5

19

23

7218

テストを実行してみる。大丈夫そう。

code:sh

$ dune test && echo ok

ok

$