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CakeMu-RV

English | 简体中文

简介

CakeMu-RV 是一个用 Rust 编写的简单 RISC-V 模拟器，支持 RV32I 基本指令集。这是一个用于学习计算机组成原理的个人项目，通过实现基本的 CPU 执行过程和简单的外设系统，帮助理解计算机的基本工作原理。目前实现了指令执行、内存访问和基础的 I/O 操作等基本功能。该模拟器可以作为学习计算机组成原理的一个参考和实践工具。

功能特性

  • 支持 RV32I 基本指令集
  • 完整的外设模拟系统：
    • UART：支持字符和字符串输出
    • Timer：可编程定时器，支持中断
    • Wave Generator：波形发生器，支持多种波形输出
      • 正弦波
      • 方波（可调占空比）
      • 三角波
      • 锯齿波
  • 提供 C 语言开发环境
  • 支持调试输出控制
  • 波形数据可视化工具
  • 轻量级二进制程序构建工具

快速开始

  1. 克隆仓库：
git clone https://github.com/yourusername/cakemu_rv.git
cd cakemu_rv
  1. 编译 C 测试程序：
cd c_sim
make
  1. 运行模拟器：
cargo run --bin riscv-emu build/program.bin
  1. 查看波形数据（如果使用了波形发生器）：
python3 tools/plot_wave.py

命令行选项

  • --no-mtrace：禁用内存访问跟踪
  • --no-regtrace：禁用寄存器跟踪
  • --no-itrace：禁用指令跟踪
  • --step：启用单步执行模式

C 语言开发

项目提供了完整的 C 语言开发环境，包含以下外设支持：

UART

  • 基本功能：字符和字符串输出
  • 接口：
    • uart_putc(char c)：输出单个字符
    • uart_puts(const char *str)：输出字符串

Timer

  • 基本功能：可编程定时器
  • 寄存器映射：0x02000200
  • 主要功能：
    • 可编程计数值
    • 中断支持
    • 自动重载功能
  • 接口：
    • timer_init(uint32_t compare_value)：初始化定时器
    • timer_enable()：启动定时器
    • timer_disable()：停止定时器
    • timer_get_status()：获取定时器状态
    • timer_clear_status()：清除定时器状态

Wave Generator

  • 基本功能：波形发生器
  • 寄存器映射：0x02000300
  • 支持波形：
    • 正弦波 (WAVE_TYPE_SINE)
    • 方波 (WAVE_TYPE_SQUARE)
    • 三角波 (WAVE_TYPE_TRIANGLE)
    • 锯齿波 (WAVE_TYPE_SAWTOOTH)
  • 可配置参数：
    • 频率 (1Hz-100kHz)
    • 幅度 (0-255)
    • 相位 (0-359度)
    • 占空比 (0-100%, 仅方波)
  • 接口：
    • wave_init()：初始化波形发生器
    • wave_enable()：启动输出
    • wave_disable()：停止输出
    • wave_set_type(uint32_t type)：设置波形类型
    • wave_set_frequency(uint32_t freq)：设置频率
    • wave_set_amplitude(uint32_t amp)：设置幅度
    • wave_set_phase(uint32_t phase)：设置相位
    • wave_set_duty(uint32_t duty)：设置占空比

波形数据可视化

项目提供了波形数据可视化工具：

  1. 波形数据自动保存到 wave.txt
  2. 使用 Python 脚本可视化：
python3 tools/plot_wave.py

示例程序

项目包含了一个综合测试程序 (c_sim/main.c)，演示了所有外设的使用方法：

  • UART 字符和字符串输出测试
  • Timer 定时器测试（短延时和长延时）
  • Wave Generator 所有波形类型测试

许可证

本项目采用 GPL-3.0 许可证。详见 LICENSE 文件。