CC8R（ちみ's CPU 8bit RISC）

Zennで記載した内容のRust実装です！ テストで (5+3)x2 = 16をCPUで計算 させています🥳

🔗Zenn「RustでCPUを自作して動くまで📝」

• https://zenn.dev/chimipupu/articles/e0af6451e0cab9

🔗C++での実装

• https://github.com/Chimipupu/cc8r_zenn_cpp

特徴

• アーキテクチャ ... 8bit
• メモリ空間 ... 256Byte
• 汎用レジスタ ... 8本(R0はアキュムレータ)
• フラグレジスタ ... ゼロ、キャリー、オーバーフロー、ネガティブ
• 命令セット ... 18（転送、算術論理演算、ジャンプ命令）

命令セット

• LDI: レジスタに即値をロード
• MV: レジスタ間のデータ転送
• ADD, SUB, MUL, DIV: 四則演算
• AND, OR, XOR: 論理演算
• SHL, SHR: シフト操作
• PUSH, POP: スタック操作
• JMP, JZ, JNZ: ジャンプ命令
• HALT: 実行停止
• NOP: なにもしない

アセンブラ

命令セットを元に、CC8Rで(5+3)x2をCPUで計算させるアセンブラです🥳

ORG 0x0000    ; プログラムの開始アドレスを0x0000に設定

LDI R1, 5     ; R1に5をロード
LDI R2, 3     ; R2に3をロード
LDI R3, 2     ; R3に2をロード
ADD R1, R2    ; R1とR2を加算
MV R4, R0     ; R0の値をR4に移動
MUL R3, R4    ; R3とR4を掛け算
HALT           ; プログラムを終了s

機械語

アセンブラを機械語にしたものです🥳

0x14 0x01 0x05 // LDI R1, 5
0x14 0x02 0x03 // LDI R2, 3
0x14 0x03 0x02 // LDI R3, 2
0x20 0x01 0x02 // ADD R1, R2
0x18 0x04 0x00 // MV R4, R0
0x40 0x03 0x04 // MUL R3, R4
0x10           // HALT

テスト

CPUに(5+3)x2 をさせるRustのテストコードです🛠️

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*; // 現在のモジュールをインポート

    #[test]
    fn test_cpu_program() {
        let mut cpu = CC8R::new();

        // (5+3)x2 のプログラム
        let program = [
            0x14, 0x01, 0x05, // LDI R1, 5
            0x14, 0x02, 0x03, // LDI R2, 3
            0x14, 0x03, 0x02, // LDI R3, 2
            0x20, 0x01, 0x02, // ADD R1, R2
            0x18, 0x04, 0x00, // MV R4, R0
            0x40, 0x03, 0x04, // MUL R3, R4
            0x10,             // HALT
        ];

        cpu.load_program(&program);
        cpu.run();
        println!("{}", cpu);

        assert_eq!(cpu.registers[0], 16);
    }
}

期待値

テストコードで出力される文字と期待値です🥳 自作CPUで(5+3)x2=16を計算できているとR0が16になる

• 期待値: R0 ... 16

LDI R1, 5
LDI R2, 3
LDI R3, 2
ADD R1, R2
MV R4, R0
MUL R3, R4
HALT
Register: [16, 5, 3, 2, 8, 0, 0, 0]
Flag: 0x00
SP: 0xF0
PC: 0x13

RustRoverで期待値で出力されている画面🥳