本科阶段能在FPGA上做一个CPU并运行自己写的操作系统算什么水平？ 第1页

目前体系结构方向研究生在读。我的本科毕设大致就是如此：

在FPGA上用Chisel写了一个RISC-V RV32IMA的五级流水线CPU，带分支预测/I$/D$/MMU，支持M/S/U-mode，可综合，还做了个简单的SoC

自己设计了一门系统编程语言，带各种“高级语法特性”（其实全是语法糖），用C++和LLVM实现了它的编译器

之后用这个编程语言写了个能跑在SoC上的玩具操作系统（虽然最后跑在FPGA上的时候发现硬件部分有一些bug导致有一定概率崩掉，就嗯拖，现在也没修完（逃

还写了一系列裸机程序——比如俄罗斯方块、幻灯片放映程序之类

我毕设答辩就是用自己搞的这套东西播放的幻灯片。

事情可能得从更早的时候说起：

高中前我就会使用VB6开发一些桌面程序。高中的时候希望在自己的程序中添加“插件”或者“脚本”功能，于是开始研究脚本语言，进而得知还有“高级语言虚拟机”这种东西。后来看了 @韦易笑 大大的这篇回答决定自己写一个VM，于是接受建议看了几眼ARM的指令手册（巨长无比，当然不可能看得完）。16年的时候在知乎疯狂看 @RednaxelaFX R大的各种回答，乐此不疲。

上了大学，我决定造一些和编程语言/VM/编译器的轮子。先凭之前对ARM和x86的印象随便设计了一些字节码，然后写了个VM。后来设计了个编程语言，跟着LLVM的Kaleidoscope教程写了个简单的编译器前端，自由发挥搞了个SSA IR（但现在看来其中有很多问题），试图做一个到VM字节码的编译器。不过因为当时还很菜，搞到最后实在进行不下去了，遂烂尾。

到上大二之前的一段时间内，我认为自己只适合搞搞编译这类软件的东西。大二接触了数电、数逻、计组等课程，不得不去用Vivado搞一些能跑在FPGA上的玩意。于是数电大作业做了个FPGA上的Flappy Bird游戏，大概长这样，鸟和管子都是方块：

当时的数电课程给同学们提供的指导非常少，只有一些板卡的手册，Verilog相关的内容基本没提。不过我还是在连阻塞/非阻塞赋值都没太搞明白的情况下，和组员们一起硬着头皮写完了这个作业（这样不好，小孩子不要学），给老师留下了深刻印象。

后来数字逻辑课大作业做了个8-bit的单周期CPU，自己设计了指令系统，使得这个CPU是图灵完备的。为了展示CPU的功能，我还在外面加了个简单的显示控制器，负责把CPU连着的某个地址空间的内存输出到VGA。于是这个CPU可以画一些图形：

再然后数逻老师找到我，说有个比赛叫“龙芯杯”，就是那种很硬核的，要求参赛选手组队造一个MIPS CPU，然后还得在上面跑操作系统的比赛。老师问我要不要参加，我觉得这我搞不了啊，我一个搞编译的，怎么到CPU比赛来了呢？不过思考过后，我当时和老师说，我可以参赛，但可能只负责软件部分，硬件的内容让其他同学来完成吧。

后来在学校待了一暑假打比赛，之前报名的十来个同学走得七七八八，算上我就剩四个人了。我一看，这特喵和说好的不一样啊！于是只能自己随便糊一个CPU了。好在初赛截止之前把所有功能测试都跑过了，性能测试也有成绩，后来顺利和队友苟进决赛，决赛在上面移植了一个μC/OS，最终拿了个三等奖。当时的CPU项目：

不过有一说一，龙芯杯里的巨佬太多了，当时去参赛的时候我就感到了阵阵威压，气氛有点悲凉肃杀，我被按在地上疯狂摩擦，最后只能哭爹喊妈。题主如果想认识其他在FPGA上跑操作系统的巨佬，不妨去关注一下这个比赛。

大三的时候学了更多的专业必修和选修课，像是操作系统、编译原理之类。我保持一贯的传统，在所有的大作业上疯狂整活。比如：

• OS大作业，用自己搭建的环境代替学校提供的环境，完成了OS的全部实验，修了一些内核bug，往里面移植了个c4编译器（其实并不难），还把环境封装起来写了个使用教程给学弟学妹们用。
• 编译大作业，手写了个PL/0前端，然后用LLVM给它做了个后端（调API的事情，也不难）。
• OOP大作业，基于SDL2用C++写了个简单的“游戏引擎框架”，然后在上面开发了一个空战游戏。
• 微机接口大作业，把实验箱上所有的芯片和外设都调通了，然后设计了个能用上所有芯片的声控游戏，写了1000多行汇编。

诸如此类。

大四要做毕设的时候决定整一波大的，于是提前联系好老师，从CPU开始，到编译器，再到操作系统，做了一个完整的计算机系统出来。当时是2020年，疫情原因只能闷在家里，不过这反倒让我更能专注在造轮子这件事上了。后来我就做出了文章开头的那些项目。

最后，要做到这些需要掌握什么知识？

我觉得相比知识，兴趣、决心和耐心才是最重要的。有了兴趣，你就会自己尝试去网上了解相关知识。现在网上的教程一搜一大把，如果你真的能静下心来跟着做的话，你最后总能做出一点成果的。有了决心，你就会真的去动手实践，而不是幻想这些东西有多好做，或者有多难做，迟迟不肯动手。有了耐心，你就会在遇到bug和其他困难的时候用心思考，接着着手去解决他们，而不是半途而废，最后留下遗憾。

其次，在本科课程的大作业里多整点狠活。这是为数不多可以将你的“疯狂”想法付诸实践的机会，并且如果做得好的话，这门课的成绩至少不会差，而且还会让老师们记住你。老师们一旦记住你，他们就可能会给你提供更多施展自己的机会，比如拉你参加比赛，拉你进实验室，甚至是介绍实习和工作。

祝题主最后也能成为那个在自己的CPU上，跑自己的OS的人。