BuckyBall 架构设计概览

BuckyBall 架构模块包含了完整的硬件设计实现，基于 RISC-V 指令集架构，采用 Scala/Chisel 硬件描述语言开发。架构设计遵循模块化和可扩展原则，支持多种配置和自定义扩展。

架构层次结构

系统级架构

BuckyBall 采用分层设计，从上到下包括：

• SoC 子系统: 集成多核处理器、缓存层次、互连网络
• 处理器核心: 基于 Rocket 核心的定制实现
• 协处理器: 支持 RoCC 接口的专用加速器
• 内存子系统: 高性能内存控制器和 DMA 引擎

核心特性

• 可配置性: 支持核心数量、缓存大小、总线宽度等参数配置
• 扩展性: 提供标准化的协处理器接口和扩展机制
• 兼容性: 保持与标准 RISC-V 生态系统的兼容性
• 性能优化: 针对特定应用场景的性能优化设计

目录结构

arch/
├── src/main/scala/
│   └── framework/          - BuckyBall 框架核心
│       ├── rocket/         - Rocket 核心定制实现
│       └── builtin/        - 内置组件库
│           └── memdomain/  - 内存域实现
│               ├── mem/    - 存储器组件
│               └── dma/    - DMA 引擎
└── thirdparty/            - 第三方依赖
    └── chipyard/          - Chipyard 框架

设计原则

模块化设计

每个功能模块都具有清晰的接口定义和独立的实现，便于测试、验证和复用。模块间通过标准化的接口进行通信，降低耦合度。

参数化配置

所有硬件模块都支持参数化配置，通过 Scala 的类型系统和配置框架实现灵活的硬件生成。配置参数包括：

• 数据路径宽度
• 缓存大小和组织方式
• 并行度和流水线深度
• 协处理器类型和数量

性能优化

针对目标应用场景进行专门的性能优化：

• 内存访问模式优化
• 数据流水线设计
• 并行计算支持
• 低延迟通信机制

开发工作流

1. 需求分析: 确定目标应用的性能和功能需求
2. 架构设计: 选择合适的配置参数和扩展模块
3. RTL 实现: 使用 Chisel 进行硬件描述和实现
4. 功能验证: 通过单元测试和集成测试验证功能正确性
5. 性能评估: 使用仿真器和 FPGA 进行性能分析和优化

工具链支持

• Chisel/FIRRTL: 硬件描述和综合工具链
• Verilator: 快速仿真和验证
• VCS: 商业级仿真工具
• FireSim: FPGA 加速仿真平台
• Chipyard: 集成开发环境和工具链