【摘 要】
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随着信息化和智能化的不断发展,芯片技术越来越受到人们的重视,而指令集架构是芯片技术必不可少的一环,但当今社会占市场支配地位的ARM和X86指令集架构并不是开源的,开发设计需要高昂的授权费并且指令庞大而复杂,严重阻碍了指令集的发展。而RISC-V作为一个完全开源的、精简的指令集架构,它完美地解决了ARM和X86的知识产权和复杂性等问题,大大降低了芯片的开发门槛,吸引了大量的开发人员加入RISC-V指
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随着信息化和智能化的不断发展,芯片技术越来越受到人们的重视,而指令集架构是芯片技术必不可少的一环,但当今社会占市场支配地位的ARM和X86指令集架构并不是开源的,开发设计需要高昂的授权费并且指令庞大而复杂,严重阻碍了指令集的发展。而RISC-V作为一个完全开源的、精简的指令集架构,它完美地解决了ARM和X86的知识产权和复杂性等问题,大大降低了芯片的开发门槛,吸引了大量的开发人员加入RISC-V指令集的研究。其中对于RISC-V指令集扩展的研究虽然是一个重要的研究方向,但由于RISC-V指令集架构出现的时间较短,当前人们对于RISC-V指令集的研究主要放在了处理器的实现上,而对于RISC-V扩展指令集的研究少之又少,一般都是企业在研发定制处理器时,对于所需要的特殊指令进行自定义扩展。本文的主要的研究内容是面向网络应用的RISC-V扩展指令集的设计。分别对软件定义网路的P4基本动作和RISC-V扩展指令技术进行研究和分析,将软件定义网络中的P4基本动作映射到RISC-V指令集中,实现P4动作功能和RISC-V扩展指令一一对应。从而创造性地将RISC-V指令集架构与软件定义网络相结合,设计了一套专用于软件定义网络的RISC-V扩展指令集,实现了面向网络应用的RISC-V扩展指令集。主要研究工作如下:（1）本文研究分析了P4可编程数据平面技术、P4的基本动作,详细介绍了RISCV指令集架构的模块化结构、寄存器结构、六种基本指令格式,论述了RISC-V指令的编码长度、指令编码空间、基本操作码空间、绿地扩展和棕地扩展等将要使用的指令集扩展技术,为扩展指令奠定了坚实的基础。（2）研究和分析了指令集设计流程,并在此基础上分析了RISC-V扩展指令集的设计流程,详细介绍了扩展指令集需要实现的RV32I指令集,然后分析了P4的基本动作,设计了与P4动作功能相对应的RISC-V扩展指令集,并根据基本指令格式给出了扩展指令的指令格式。（3）搭建了RISC-V指令集专用的riscv-gnu-toolschain工具链和riscv-tools模拟环境,并在此基础上对riscv-gnu-toolschain工具链和riscv-tools工具进行了扩展以支持编译和运行自定义指令,最后对RISC-V扩展指令集进行了验证分析。
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