使用C++23从零实现RISC-V模拟器：指令解析

使用C++23从零实现RISC-V模拟器

今天为大家介绍使用C++23从零实现RISC-V模拟器的相关介绍，一起来看看吧！

这章内容将会进一步解析更多的指令，此外将解析指令的过程拆分为一个单独的类，采用表格驱动的方式，将数据和逻辑分离，降低了 if else 嵌套层数。

这部分依旧改动不多，只增加了七个指令。此外代码中细碎的变动没有完全列出来，下面只是主体部分的更新，可以尝试自己动手实现，如果简单抄一遍是没有成长的，总之需要在解决问题中加深印象。

可以参考这个分支的代码：https://github.com/weijiew/crvemu/tree/lab3-inst

1. InstructionExecutor

接下来首先将指令解析拆分为一个单独的类 InstructionExecutor ，用来专门解析指令。

class InstructionExecutor {
public:
  static std::optional<uint64_t> execute(Cpu& cpu, uint32_t inst);
};

1.2 Cpu::execute

将 CPU 中的 execute 方法改为下面的形式：

std::optional<uint64_t>  Cpu::execute(uint32_t inst) {
  auto exe = InstructionExecutor::execute(*this, inst);
  if (exe.has_value()) {
    return exe;
  }
  return std::nullopt;
}

此前将所有指令解析都放入了一个 switch 来维护，但是解析指令的个数一增加就难以维护了。

1.3 InstructionExecutor::execute

接下来讲解InstructionExecutor::execute如何实现表格驱动的方式来解析指令：

std::optional<uint64_t> executeAddi(Cpu& cpu, uint32_t inst) {
    uint32_t rd = (inst >> 7) & 0x1f;
    uint32_t rs1 = (inst >> 15) & 0x1f;
    int64_t immediate = static_cast<int32_t>(inst & 0xfff00000) >> 20;
    std::cout << "ADDI: x" << rd << " = x" << rs1 << " + " << immediate << std::endl;
    cpu.regs[rd] = cpu.regs[rs1] + immediate;
    return cpu.update_pc();
}
std::optional<uint64_t> InstructionExecutor::execute(Cpu& cpu, uint32_t inst) {
  uint32_t opcode = inst & 0x7f;
  uint32_t funct3 = (inst >> 12) & 0x7;
  // x0 is hardwired zero
  cpu.regs[0] = 0;
  std::cout << "Executing instruction: 0x" << std::hex << opcode <<
    ", funct3: 0x" << funct3 << std::dec << std::endl;
  std::unordered_map<
      std::tuple<uint32_t, uint32_t>,
      std::function<std::optional<uint64_t>(Cpu&, uint32_t)>
  > instructionMap = {
    {std::make_tuple(0x13, 0x0), executeAddi},
    {std::make_tuple(0x13, 0x1), executeSlli},
    {std::make_tuple(0x13, 0x2), executeSlti},
    {std::make_tuple(0x13, 0x3), executeSltiu},
    {std::make_tuple(0x13, 0x4), executeXori},
    {std::make_tuple(0x13, 0x5), executefunct70X5},
    {std::make_tuple(0x13, 0x6), executeOri},
    {std::make_tuple(0x13, 0x7), executeAndi},
    {std::make_tuple(0x33, 0x0), executeAdd},
  };
  auto it = instructionMap.find({opcode, funct3});
  if (it != instructionMap.end()) {
    return it->second(cpu, inst);
  }
    // 确保所有可能的执行路径都有明确的返回值
}