文章摘要
作者团队从零设计了一款自定义CPU，成功移植并运行了1993年的经典游戏《DOOM》，整个过程包括逻辑门级设计、外设连接、源码适配及FPGA实时部署，最终实现了从简单程序到完整商业游戏的跨越。
文章总结
好的，这是根据您的要求，对原文进行中文重述和精简后的版本：
标题：在自研CPU上运行《毁灭战士》并走红网络
核心内容：
《毁灭战士》是1993年发布的经典游戏，因其“万物皆可运行”的传说而闻名。我们最近成功在一款从零开始设计的CPU上运行了这款游戏，并发布了相关视频，获得了数百万的观看量。
我们设计了一款基于逻辑门级别的自定义CPU，为其连接了必要的外设，修改了《毁灭战士》的源代码使其能在我们的机器上运行，并最终部署到FPGA上实现了实时运行。在此之前，我们只运行过自己编写的简单程序，如《乓》和曼德勃罗集。现在，我们能够运行完整的商业游戏了，但实现这一目标的过程充满挑战。
主要挑战与解决方案：
内存与速度瓶颈：运行《毁灭战士》需要更大的内存和更快的处理速度。我们原有的设计只能使用FPGA上不到1MB的BRAM，而游戏数据文件就有14MB。同时，CPU的速度也远远不够。为此，我们分工合作：一位同事负责研究乱序执行以提升速度，而我则负责内存集成。
内存集成：原有的FPGA BRAM延迟低、接口简单。而DDR3内存延迟高、延迟不稳定且总线位宽大。为了解决速度问题，我们引入了缓存（Cache）机制，将活跃的内存区域存储在BRAM中，从而大幅提升访问速度。
CPU流水线设计：我们采用了标准的五级流水线架构（取指、译码、读寄存器、执行、写回）。其中，取指阶段需要处理因DDR内存带来的复杂重定向问题；读寄存器阶段增加了流水线层级并改进了“读后写”冲突的处理机制。
缓存与仲裁：为了支持同时进行指令和数据访问，我们设计了独立的指令缓存（ICache）和数据缓存（DCache）。当两个缓存同时请求内存时，由内存仲裁器进行调度，并优先处理数据缓存请求以避免死锁。
底层硬件与I/O：DDR3内存接口复杂，我们借助了Xilinx的MIG工具。此外，我们通过内存映射I/O（MMIO）实现了显示输出、硬件计时器、调试输出和键盘输入等外设功能。键盘输入最终通过UART从笔记本电脑转发按键信号实现。
移植《毁灭战士》与调试：
移植过程充满挑战，因为当程序出错时，很难判断是代码问题还是CPU本身的问题。我们借助了doomgeneric工具简化了移植，但仍遇到了文件系统、渲染和printf函数等众多问题。许多错误最终暴露了CPU本身的缺陷，例如缓存仲裁器丢失写回请求、立即数计算错误等。最棘手的一个问题是，硬件上的DDR内存未初始化为零，而《毁灭战士》的代码假设了这一点，导致程序崩溃。修复后，游戏终于能在硬件上以约0.7 FPS的帧率运行。
性能优化之路：
0.7 FPS显然无法游玩。我们进行了一系列优化：
* 将CPU主频从100MHz提升至125MHz。
* 优化取指阶段，减少对缓存的无效请求，帧率提升至约2.5 FPS。
* 添加乘法指令，帧率提升至3.5 FPS。
* 优化屏幕缓冲区数据拷贝方式，并流水线化缓存读取，帧率提升至约6.7 FPS。
* 最后，通过启用编译器优化（从O0改为O2），并修复因未将硬件计时器指针标记为volatile而导致的优化错误，游戏最终以15-20 FPS的流畅帧率运行，变得可玩且有趣。
总结与展望：
移植《毁灭战士》是一次有趣但也颇具挑战的经历，我们从中学习到了大量关于内存和缓存的知识，以及如何调试大型系统。我们发布的运行视频已获得数百万的观看量。未来，我们将继续研究乱序执行和更好的内存访问模式，以期达到30 FPS的目标，并考虑在更大规模的FPGA上运行，甚至移植《雷神之锤2》。
评论总结
根据评论内容，主要观点和论据如下：
1. 技术实现层面 - 核心观点：该项目基于RV32I-ZMMUL架构，并非完全自定义架构（评论1、8） - 关键引用：dmitrygr "This is an RV32I core"；arghunter "This is just RV32I-ZMMUL not a custom architecture"
2. 项目评价与类比 - 正面评价：多数评论者认可项目价值，并分享类似经验（评论3、4） - 关键引用：Flex247A "Great work! This reminded me of a project I built a while back: a RV32IM emulator"；paulmooreparks "Very cool! I just did the same thing"
3. 技术细节讨论 - 关于为何选择ZMMul而非完整M扩展的疑问（评论5） - 关键引用：terekhindc "why Zmmul and not full M — is it just fpga area"
4. 历史背景补充 - 提及Doom游戏与定制CPU的历史渊源（评论7） - 关键引用：_joel "SNES Doom shipped with a Super FX 2... a custom RISC chip with a pixel-plot instruction"
5. 其他技术实现 - 有评论者分享完全自研ISA的NPU项目（评论8） - 关键引用：arghunter "here is an NPU I built from scratch, without any premade ISA"
总结：评论整体认可项目价值，但指出其基于标准RISC-V架构而非完全自定义。部分评论者分享了类似项目经验，并讨论了技术选型（如ZMMul vs M扩展）及Doom游戏与定制硬件的历史关联。