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RISC-V本のおすすめを探すと、アセンブリ入門やCPU設計など本ごとの違いが見えてきます。FPGA実装まで扱う本もあり、学べる範囲には幅があります。
本のテーマはさまざまです。C言語のポインタとアセンブリの対応を学ぶ本や、CPUの構造を設計する本があります。FPGA実装やLLVMの開発環境もテーマに含まれます。
価格は公式の定価を目安にしています。実売価格は店や時期で変わりますので、購入時には最新の表示をご確認ください。ポインタ本は税別で、ほか3冊は税込です。
早見表
| 書籍 | 主に学べること | 範囲・実習 | 参考価格 |
|---|---|---|---|
 RISC-Vから学ぶC言語 ポインタ理解のためのアセンブリ入門 | C言語、ポインタ、アセンブリ | コンパイル、シミュレーション | 2,000円（税別） |
 作って学ぶコンピュータアーキテクチャ ——LLVMとRISC-Vによる低レイヤプログラミングの基礎 | RISC-V、LLVM、低レイヤ開発 | LLVMバックエンド、命令セット、テスト | 3,960円（税込） |
 RISC-VとChiselで学ぶ はじめてのCPU自作 ――オープンソース命令セットによるカスタムCPU実装への第一歩 | ChiselによるCPU設計 | パイプライン、ベクトル・カスタム命令、エミュレーション | 3,520円（税込） |
 新・標準プログラマーズライブラリ RISC-Vで学ぶコンピュータアーキテクチャ 完全入門 | RV32I、Verilog、CPU設計 | シミュレーション、Vivado、FPGA評価 | 3,300円（税込） |
表は難易度順ではなく、各本の主題が分かるように並べました。アセンブリからCPUの回路、コンパイラ、FPGA実装へと学びはつながります。ただし、各書籍が同じ深さまで扱うわけではありません。
ページ数にも幅があります。50ページでポインタと命令の関係に焦点を当てる本もあれば、300ページを超えてCPUやツールチェーンを掘り下げる本もあります。
RISC-Vの基本
RISC-Vは、ソフトウェアとCPUが命令をやり取りするための規格です。足し算や条件分岐、メモリーからの読み込みをCPUへどう伝えるか、その約束を命令セットにまとめています。
アセンブリ言語は、CPU命令を人に読みやすい記号で表したものです。C言語の一行がいくつかの命令になることもあり、変数がどのレジスターに入り、いつメモリーに触れるかが見えてきます。
CPU開発では、命令の意味に加え、回路がどう実行するかも考えます。アセンブリはソフトウェア側、VerilogやChiselはハードウェア側の記述手段です。この役割分担を押さえると、学ぶ内容が整理しやすくなります。
FPGAは、内部の論理回路を設定して独自のデジタル回路を動かせる装置です。RISC-V CPUを載せるなら、プログラムを書く工程とCPU回路を組み立てる工程の両方が関わります。
アセンブリを読む
『RISC-Vから学ぶC言語 ポインタ理解のためのアセンブリ入門』は、C言語のポインタコードをRISC-Vアセンブリに変換し、両者の対応を追う一冊です。印刷版は50ページで、2024年1月に刊行されました。
ポインタは、変数名だけを見ていても、値がどこに置かれどう参照されるかがつかみにくいところがあります。アセンブリでロードやストアを追うと、値を読み出す処理と別の場所へ書き込む処理に分けて考えられます。
コンパイルやシミュレーションを行う演習も含まれます。短いコードを変換して結果を確かめられるので、説明を読むだけで終わらないのがいいですね。
扱う中心はポインタとアセンブリの関係です。変換の演習を通じて、C言語のコードと命令の対応を学べます。
FPGAまで進む
『新・標準プログラマーズライブラリ RISC-Vで学ぶコンピュータアーキテクチャ 完全入門』は2024年刊行で、320ページあります。RV32Iの命令形式を起点に、算術・論理・シフト・ロード・ストア・分岐命令を扱います。
CPUの構成は、単一サイクルから2〜5段のパイプラインへ広がります。本書は分岐予測やキャッシュも取り上げ、命令処理の工夫を学べる内容です。
Verilog HDLのモジュールをシミュレーションし、波形ビューアで信号の変化を確かめます。波形を追えば、命令やデータが回路内をどう進むか、時間の流れに沿って見えてくるんです。
Vivadoで論理合成と配置配線を行い、FPGA評価ボード上で動作を確認します。命令セットからCPU設計、実機評価まで、一つの流れを追える構成です。
CPUの中を作る
『RISC-VとChiselで学ぶ はじめてのCPU自作 ――オープンソース命令セットによるカスタムCPU実装への第一歩』は、ChiselでCPUを実装しながら構造を学ぶ本です。2021年刊行で336ページあり、ソフトウェアエンジニアや学生を対象にしています。
基本整数命令を実装してからパイプラインに進み、ベクトル拡張命令やカスタム命令も扱います。命令を使うだけでなく、それを処理するCPUの構成を考えられる内容です。
Chiselは、プログラムの形でハードウェア構造を記述する言語です。ソフトウェアに近い書き方を手掛かりにできるため、回路の信号やモジュールに慣れていない人も、要素どうしの関係を追いやすくなります。
到達点はソフトウェア上のエミュレーションで、FPGAボード上の動作確認は扱いません。CPUの仕組みや命令追加を試す段階と、実機でのFPGA開発は分けて考えるとよいでしょう。
LLVMを掘る
『作って学ぶコンピュータアーキテクチャ ——LLVMとRISC-Vによる低レイヤプログラミングの基礎』は536ページの書籍で、2022年刊行です。アーキテクチャやコンパイラへの理解を深めたいエンジニアを対象にしています。
LLVMの演習ではバックエンドの実装やターゲット記述、C++クラスを扱い、llvm-mcとllvm-litも取り上げます。バックエンドは中間表現から特定CPU向けの命令を生成する部分で、RISC-V対応を実装する側の視点を学べます。
シミュレーションに加えて、ソートやN-Queen問題、テスト実行も登場します。ツールチェーンを動かし、変更した部分をテストで確かめる演習まで含むのが特徴です。
ポインタを入口にした短い入門とは、内容の深さもページ数も異なります。コンパイラや開発ツールの側まで学びたい人に合う一冊です。
結論
FPGA評価ボード上でRISC-V CPUを動かすなら、『新・標準プログラマーズライブラリ RISC-Vで学ぶコンピュータアーキテクチャ 完全入門』を選んでください。 RV32IからVivado、ボード上の動作確認まで扱い、CPU開発を実機につなげられます。
C言語のポインタとアセンブリの対応を短く学ぶ人には、50ページのポインタ本をおすすめします。ChiselでCPU内部や命令拡張を試すならCPU自作本が合います。ただし、到達点はエミュレーションです。
LLVMバックエンドやRISC-V向けツールチェーンを実装したい人には、LLVMを扱う本がおすすめです。税込3,960円で536ページあり、LLVMバックエンドやテストの演習まで扱います。
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