RISC-V: Processador RV32I em VHDL

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   ██║  ██║ ╚████╔╝ ██████╔╝███████╗██║     ->> PROJETO: Processador RISC-V (RV32I) 
   ╚═╝  ╚═╝  ╚═══╝  ╚═════╝ ╚══════╝╚═╝     ->> DATA INÍCIO: 15/09/2025

Este repositório contém a implementação de um processador RISC-V de 32 bits (ISA RV32I). O projeto é desenvolvido inteiramente em VHDL-2008, possui design modular e foi focado no estudo de arquitetura de computadores e design de processadores, suportando implementações físicas em FPGA.

📖 Documentação Completa

Toda a documentação detalhada sobre as microarquiteturas (monociclo e multiciclo), barramentos, simulação e mapeamento de memória foi organizada usando MkDocs.

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🎯 Goals and Features

• Target ISA: RISC-V RV32I (Base Integer Instruction Set).
• Microarquiteturas: Single-cycle, multi-cycle, pipelined [on future].
• Modularidade: Componentes (ALU, RegFile, Control Unit) separados para clareza e fins educacionais.
• Integração: System-on-Chip (SoC) com suporte a Bootloader, interconexão de barramentos e mapa de memória customizável.
• Periféricos: Controladores integrados para GPIO, UART (Comunicação Serial) e saída de vídeo VGA.

🛠️ Stack Tecnológica

O projeto utiliza um ecossistema moderno para automação, compilação de software, validação de hardware e síntese:

• VHDL-2008: Linguagem principal de Descrição de Hardware (RTL).

• RISC-V GCC Toolchain: Utilizada para compilar as aplicações escritas em C e Assembly nativamente para o processador.

• GHDL: Simulador open-source utilizado para validação lógica.

• Cocotb / Python 3: Framework para testbenches baseados em corrotinas, permitindo testes ágeis e auto-verificáveis.

• GTKWave: Análise e debug de formas de onda (VCD).

• Xilinx Vivado: Síntese e implementação em FPGA (focado na placa Nexys 4 DDR).

• Make: Automação de todo o fluxo (simulação dinâmica, compilação de software C/ASM e deploy no hardware) totalmente compatível com Linux e WSL.

🧪 Verificação e Execução de Software

A validação do processador é garantida através de testes exaustivos usando Cocotb. O sistema realiza a simulação isolada de componentes unitários e testes de integração avançados no nível do SoC.

Além dos testes lógicos, a arquitetura permite a compilação e execução dinâmica de softwares reais:

1. Códigos em C/Assembly são compilados através do Makefile.
2. O binário/Hex gerado é automaticamente injetado no Boot ROM ou carregado na memória.
3. O código é executado em simulação ou diretamente na FPGA via upload UART.

Aplicações incluídas nativamente no repositório:

• 🧮 Fibonacci & Fractals: Cálculos matemáticos em C para benchmarking.
• 🏓 Pong: Jogo clássico utilizando a saída VGA e drivers de hardware implementados na plataforma.
• 🔄 Testes ISA: Cobertura de instruções, rotinas de interrupção (IRQ) e acesso a registradores CSR.

📂 Estrutura do Repositório

RISC-V/
├── rtl/               # Código RTL em VHDL (Core, Periféricos, Integração SoC)
├── sim/               # Testbenches automatizados em Python (Cocotb)
├── sw/                # Aplicações C/Assembly e BSP (Simulação)
├── fpga/              # Restrições (XDC), Scripts Vivado, BSP e Upload UART
├── pkg/               # Pacotes VHDL (Definições globais da ISA RISC-V)
├── docs/              # Documentação em MkDocs e assets
└── makefile           # Sistema modular de automação (Build/Sim/Software)