Introdução

ÆRIS - Advanced Educational RISC-V Simulator

ÆRIS é um simulador de linguagem de montagem RISC-V baseado em navegador, desenvolvido para auxiliar estudantes no aprendizado de arquitetura de computadores. Ele fornece um ambiente no qual os usuários podem escrever, montar e executar programas em linguagem de montagem RV32I diretamente no navegador.

O simulador permite observar como um programa RISC-V se comporta no nível das instruções, facilitando a compreensão de como registradores, memória e fluxo de controle interagem durante a execução.

O que o ÆRIS faz

O ÆRIS recebe código fonte em linguagem de montagem RISC-V e o processa por meio das etapas típicas de execução de um programa:

1. Análise do código fonte, convertendo-o em instruções e diretivas estruturadas (.text, .data)
2. Montagem das instruções em código de máquina de 32 bits seguindo a especificação do processador RISC-V
3. Execução das instruções em um processador simulado contendo registradores, memória e uma ULA
4. Visualização do estado da simulação. Esse estado é representado por um objeto interno que armazena as informações atuais do programa, incluindo registradores, memória e o contador de programa (PC), e apresenta esses dados na interface para o usuário

Todo o processamento do simulador ocorre diretamente no navegador, desde a análise do código até a execução das instruções e a visualização do estado do programa.

Objetivos Educacionais

O ÆRIS foi projetado para tornar conceitos fundamentais de arquitetura de computadores mais fáceis de compreender, permitindo que sejam observados em tempo real. A ferramenta permite que estudantes explorem:

• Os formatos de instrução do RISC-V (R, I, S, B, U e J)
• Como instruções modificam registradores e memória
• O papel do contador de programa (PC) no controle da execução
• Como pseudo-instruções são expandidas em instruções reais
• Como chamadas de sistema interagem com o ambiente de execução
• Como os segmentos .data e .text são representados na memória

Ao executar o programa passo a passo, os usuários podem acompanhar exatamente como o estado do programa evolui ao longo da execução.

Escopo

O ÆRIS é um simulador educacional focado no aprendizado da arquitetura RISC-V e da programação em linguagem de montagem. O simulador é baseado exclusivamente no conjunto de instruções RV32I, responsável por operações com inteiros de 32 bits.

O simulador oferece recursos voltados ao aprendizado, incluindo execução passo a passo ou contínua do programa, visualização do estado do processador durante a execução, e suporte à importação e exportação de código em linguagem de montagem, bem como à geração de arquivos em formatos binário e hexadecimal. Também há suporte a pseudo-instruções e a chamadas de sistema (ecall), que permitem interação com o ambiente de execução do simulador.

Para manter o simulador simples e focado em fins educacionais, algumas funcionalidades comuns em ferramentas de desenvolvimento mais completas não são implementadas. Entre elas:

• breakpoints
• simulação de pipelines ou caches
• integração com hardware físico
• análise de desempenho ou identificação de gargalos