概要

• RISCBoy は、ゼロから設計された オープンソース携帯ゲーム機 プロジェクト
• RISC-V互換CPU や独自のグラフィックスパイプラインを搭載
• iCE40-HX8k FPGA 実装を想定、厳しいリソース制約下での設計
• RV32IMC命令セット 対応、公式準拠テストもパス
• KiCad設計のPCB や各種ツールチェーン構築方法も提供

RISCBoy概要

• RISCBoy は、2001年に RISC-V が存在した並行世界の Gameboy Advance をイメージした設計
• RISC-V互換CPU、ラスタグラフィックスパイプライン、ディスプレイコントローラ、バスファブリック、メモリコントローラ、UART、GPIOなどの 周辺回路 を内蔵
• KiCad で設計した PCBレイアウト を提供
• Verilog 2005 による合成可能なコードで記述、 iCE40-HX8k FPGA （7680ロジックエレメント）に収まるよう最適化
• Icestorm などのオープンソースFPGAツールチェーンに対応

CPUと命令セット

• RV32IMC命令セット （RISC-V 32bit整数＋乗除算＋圧縮命令）をサポート
• RISC-V公式コンプライアンススイート や riscv-formal検証スイート、独自の形式的プロパティチェックをパス
• M-mode CSRs、例外処理、外部割り込み向けの簡易ベクトル拡張機能を実装

リポジトリのクローン

• HDLおよびテスト用サブモジュール を利用
  • 推奨コマンド:
    • git clone --recursive https://github.com/Wren6991/RISCBoy.git riscboy
    • または、通常clone後にサブモジュール初期化:
      • git submodule update --init --recursive
• スタンドアロンテスト にはサブモジュールのリカーシブ更新が必須
• RISCBoyゲートウェアのビルド のみならサブモジュール更新は不要

RV32IMCツールチェーンの構築

• RV32IMCツールチェーン がソフトウェアテストのコンパイルに必要
• RISC-V GNU Toolchain のGitHub手順に従う
  • Ubuntu 20.04用依存パッケージ:
    • sudo apt install -y autoconf automake autotools-dev curl python3 libmpc-dev ...
  • クローン＆ビルド例:
    • git clone --recursive https://github.com/riscv/riscv-gnu-toolchain
    • ./configure --prefix=/opt/riscv --with-arch=rv32imc --with-abi=ilp32 --with-multilib-generator="rv32i-ilp32--;rv32ic-ilp32--;rv32im-ilp32--;rv32imc-ilp32--"
    • make -j $(nproc)
• 小型FPGA （例：iCE40 UP5k）では RV32Iバリアント にも対応
• 適切なISAバリアント 用標準ライブラリ生成が必須
• RV32Iプロセッサ上でRV32IMC標準ライブラリ実行は不可

シミュレーション

• Xilinx ISIM 14.x によるシミュレーションフロー
  • scripts/フォルダにMakefileを配置
• RISC-Vコンプライアンススイート のチェックアウトが必要
• テスト実行例:
  • . sourceme
  • cd test
  • ./runtests
• ソフトウェアテスト には RV32ICツールチェーン が必要
• パス調整 や GUIデバッグ も可能:
  • cd system
  • make TEST=helloworld gui

PCB設計

• Rev A PCB はiTeadの4層5x5cmプロトタイピングサービス対応
  • 10枚で約$65
• 回路図 はPDFで公開
• Rev B は今後設計予定
• 現在の開発ハードウェアは Snowflake FPGAボード に類似

FPGA合成フロー

• iCE40用オープンソースツールチェーン を利用
  • Yosys （合成）、 nextpnr （配置配線）、 Project Icestorm （ビットストリーム生成）
• Linux環境 での動作確認済み
  • Raspberry Pi でのビルド実績あり
• 合成手順例:
  • . sourceme
  • cd synth
  • make -f HX8k-EVN.mk bit（Lattice HX8k評価ボード用FPGAイメージ生成）
• ECP5向け実験的サポート
  • make -f ECP5-EVN.mk BUILD=full bit
  • 外部SRAM を 内部同期メモリ に置換

ディレクトリ構成

• board: KiCad設計ファイル（メインPCB・開発用小型ボード）
• doc: ドキュメント用LaTeXソース、図、最新PDF
• hdl: RISCBoyゲートウェアのVerilogソース
  • busfabric: AHB-liteクロスバー、APBペリフェラル
  • graphics: ピクセル処理ユニット
  • hazard5: 完全自給自足型RISC-Vプロセッサ
  • mem: メモリコントローラ、ラッパ・モデル
  • peris: UART、SPI、PWMなどの小型ペリフェラル
  • riscboy_core: RISCBoy構成要素の結線モジュール
  • riscboy_fpga: 各種FPGA・ボード向けトップラッパ
• reference: RISCBoyで使用する標準PDF（例：RISC-V命令セット）
• scripts: その他スクリプト・Makefileなど
• software: システムテスト用Cファイル集（現状は本格的なソフトウェアツリーではない）
• synth: システム合成用ワーキングディレクトリ、上位Makefile、ピン制約ファイル
• test: 回帰テスト（Verilogテストベンチ、シミュレーション用ソフトウェアテストケースなど）

まとめ

• RISCBoy は、 RISC-Vアーキテクチャ と オープンソースFPGAツールチェーン を活用した、教育・研究・趣味向けの高度な 携帯ゲーム機設計プロジェクト
• ドキュメント や ソースコード、 PCB設計 まで一貫して公開
• FPGA開発やRISC-V学習、 独自ゲーム機開発 に最適なリファレンス設計