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486Tang – 信用卡大小的FPGA板上的486 -- 486Tang – 486 on a credit-card-sized FPGA board

原文链接 | HN讨论 | 2025-09-14 04:59:48

文章摘要

486Tang项目成功将ao486 MiSTer PC核心移植到Sipeed Tang Console 138K FPGA上，首次在非Altera FPGA上运行x86核心。项目主要调整包括将主内存从DDR3切换为SDRAM，以适应486时代的硬件环境，并将DDR3专用于帧缓冲区。通过将SDRAM逻辑运行在系统时钟的两倍频率，解决了SDRAM 16位宽与ao486 32位访问需求之间的不匹配问题。

文章总结

标题：486Tang - 信用卡大小的FPGA板上的486处理器

主要内容：

作者在GitHub上发布了486Tang v0.1版本，这是一个将ao486 MiSTer PC核心移植到Sipeed Tang Console 138K FPGA的项目。这是ao486首次被移植到非Altera的FPGA上。文章详细介绍了项目的架构、系统启动过程以及性能优化。

486Tang架构： 1. 主内存切换为SDRAM：MiSTer核心使用DDR3作为主内存，而486Tang使用SDRAM，并将DDR3用于帧缓冲区。通过将SDRAM逻辑运行在系统时钟的两倍频率上，实现了每个CPU周期读取或写入32位数据。 2. SD卡支持的IDE：由于Tang没有高速的MCU到FPGA接口，作者将磁盘存储移到SD卡中，并让FPGA直接访问。 3. 引导加载模块：PC启动需要BIOS、VGA BIOS、CMOS设置和IDE IDENTIFY数据，这些都被存储在SD卡的前128KB中，由一个小型引导加载模块读取到主内存和IDE中。

系统启动： 作者使用Verilator进行子系统和全系统模拟，以解决调试硬件时的困难。通过模拟，作者能够在几分钟内达到DOS提示符，并通过简单的工具钩子捕捉有用的进度和错误信号。

性能优化： 1. 重置树和扇出减少：手动复制重置和高扇出网络，减少了延迟。 2. 指令获取优化：通过减少对consume_count的依赖，提高了Fmax。 3. TLB优化：将TLB从全关联转换为4路组关联，简化了结构并提高了速度。

反思： 作者通过这次移植，深刻体会到了x86架构的复杂性，并对比了x86与ARM架构的差异。尽管x86的兼容性带来了巨大的软件基础，但其复杂性也带来了挑战。相比之下，ARM架构的简单性和性能表现令人耳目一新。

总结： 486Tang v0.1版本在性能上有了显著提升，达到了486SX-20的水平。作者感谢读者的关注，并期待下一次的更新。

评论总结

  1. 关于DDR和SDRAM的讨论：

    • 评论1指出DDR代表双倍数据速率，并认为在SDRAM上实现基本DDR是一个不错的方法。
      • "Doesn’t DDR just stand for Double-Data-Rate? So you implemented basic DDR on top is sdram."
    • 评论5提到SDRAM并不适合486时代，FPM或EDO才是更符合时代的选择。
      • "Neither are a fit, SDRAM was a Pentium/K-6 standard (PC66); the DIMMs ran faster than a non-OC'ed 486 bus."

  2. 对486处理器的怀念与疑问：

    • 评论3表达了对Intel Quark芯片的怀念，认为它们小巧、便宜且性能足够。
      • "I miss Intel's Quark chips. Tiny, cheap, and Pentium enough."
    • 评论4询问是否有486兼容的小型CPU可以嵌入项目，而不是使用FPGA。
      • "Are there any 486-compatible small CPUs that could be embedded into a project instead of using an FPGA?"

  3. 对项目可行性和应用的疑问：

    • 评论7质疑该项目是否能运行《半条命2》。
      • "so this will run half life 2 if I'm not mistaken?"
    • 评论8对“信用卡大小”的描述提出疑问，认为厚度也应与信用卡相当。
      • "When you say 'credit-card-sized,' I expect the thickness to be as thin as a credit card, too."

  4. 对现代技术应用于复古设备的想象：

    • 评论9提出希望看到古代技术在现代工艺上的应用，并探讨了运行DOOM的最小SOC设计。
      • "I would love to see ancient tech fabbed out on modern processes. What's the smallest SOC you could design to run DOOM?"

  5. 项目链接与背景信息：

    • 评论6提供了项目制造商的页面链接，供读者了解更多信息。
      • "I hadn't heard of this board before, here's a link to a page on the manufacturer's site."

总结：评论主要围绕DDR与SDRAM的适用性、486处理器的怀念与替代方案、项目的可行性以及现代技术应用于复古设备的想象展开。部分评论提供了项目背景信息，帮助读者更好地理解项目内容。