我最近看了一个视频，它解释了如何制作自定义指令集（只是概念......它是如何工作的）。该视频是一个系列的一部分，该系列共有 3 个视频：“如何制作自定义指令集”、“如何为该自定义指令集制作汇编器”，第三个将是“如何模拟自定义指令”放”。不幸的是，第三个视频从未发布，所以我去看看我是否可以自己做。 经过我的研究，我很不确定。 制作自定义指令集是否可行？我如何模仿他们？如果我真的想运行它，我需要特定的硬件吗？我如何获得这个硬件？
【问题讨论】：
标签： assembly cpu emulation cpu-architecture instruction-set
可以通过多种方式进行仿真：
该处理器的解释器循环如下所示：
uint16_t memory [ 65536 ];
uint16_t registerFile [ 7 ];
uint16_t pc = 0;
for(;;) {
uint32_t ix = (memory [ pc ] << 16) + memory [ pc + 1 ]; // instruction fetch (32-bits)
pc += 2; // advance two words worth for next instruction as default
switch ( ix >> 24 ) {
case 0x00 : // Load R, Immediate
uint16_t imm = ix & 0xFFFF;
int regNumber = (ix >> 16) & 0x7;
registerFile [ regNumber ] = imm;
break;
// other opcodes handled by cases
}
}
您可以对自定义处理器进行调整，例如处理器是字节可寻址还是仅字可寻址；无论是大端还是小端等。
我们可以将一种形式的机器码翻译成另一种形式的机器码，即从自定义指令集到现有指令集。实际的翻译需要将自定义指令集的有状态特征映射到现有指令集的有状态特征，以及机器代码操作在这些有状态资源上的映射。
由于机器代码程序可以进行间接分支，其操作难以静态预测，因此翻译解决方案可能包括映射表，以便在给定模拟程序计数器的情况下找到翻译中的去向。
机器代码程序也可以（间接）从代码内存中加载，因此原始机器代码程序也可以保存在翻译中。
有时翻译也或多或少是动态完成的，如果自定义处理器允许写入代码内存并稍后执行新代码，这可能是必要的。
【讨论】：
定制指令集是否可行？
是的，当然！你可以做任何你喜欢的东西！ （说真的）:) 我假设您对“自定义”和“指令集”有特定的定义。对我来说，“定制”意味着它是一个未在已知硬件上实现的指令集。自定义指令集可能真的意味着自定义 CPU 架构。 （这导致了你最后一个问题的答案，我会回答。）如果你对“自定义”有不同的定义，那么你应该分享它。通过“指令集”，我假设您的意思是在功能和范围上与现有 CPU 指令集相似的命令（而不是更极端不同或异国情调的东西）。但无论哪种情况，答案仍然是“是”。
我如何模仿它们？
Erik 内容丰富的回答为这个问题提供了非常丰富的观点。我将专注于一个特定的方面。假设您正在考虑在标准von Neumann architecture 的上下文中运行的自定义指令集，该指令集在带有程序计数器的线性内存阵列中运行，那么您的仿真将是一个伪装成 CPU 的软件。因此，您会：
如果我真的想运行它，我需要特定的硬件吗？我如何获得这个硬件？
如果它是自定义指令集，那么我认为直接执行它的硬件不存在，至少根据我对“自定义”的定义（否则，它以什么方式自定义？）。我对“指令集”的定义是它由“接近硬件”的指令组成，即与硬件直接知道如何执行的低级操作一一对应。但如前所述，您可以使用模拟器执行指令。 :)
但是有什么方法可以制作我自己的硬件吗？ （如果可能的话很容易:)
是的，当然有一种方法可以设计和创建运行自定义指令集所需的硬件。 容易吗？这取决于你的技能水平。您可以在线找到有关如何从头开始设计基本计算机的资源。尽管对于基本 CPU 而言，各个概念并不难理解，但这并不是一件容易的事，因为要实现的部分很多。您基本上是从头开始设计自己的计算机。
如果您从硬件角度对此主题感兴趣，我强烈建议您在 YouTube 上查找 Ben Eater。他有许多优秀的教学视频，讨论如何创建 CPU 的各个部分。
【讨论】：