在FPGA上实现Intel i386 CPU并运行Doom游戏

以下文章来源于OpenFPGA，作者碎碎思

对于很多硬件工程师来说，Intel 80386 是一个传奇。

它不仅开启了 32 位 PC 时代，也奠定了后来 x86 计算机几十年的基础架构。

而最近，一个名为 Z386 的开源项目正在尝试做一件相当疯狂的事情：

用 FPGA 重新实现 Intel i386，而且还能运行 Doom。

项目消息最近出现在多个硬件社区，引起了不少 FPGA 和复古计算机爱好者关注。

前言

在FPGA上实现Intel i386 CPU的方法有很多，其中使用原始微代码可能是最有趣的方法之一。z386项目正是采用了这种方法。

“z386 是一款基于英特尔原始微代码构建的 386 级 CPU，其设计理念与 z8086 相同，“它的核心并非 RTL（寄存器传输级）指令级模拟器。其目标是尽可能地还原原机，以便恢复的 386 控制 ROM 能够驱动它。如今，z386 可以启动 MS-DOS 6 和 DOS 7，运行 DOS/4GW 和 DOS/32A 等保护模式程序，并能运行 id Software 的《Doom/毁灭战士》和 Sensible Software 的《Cannon Fodder/炮灰》等游戏。”

目前，z386 架构已可在多种 FPGA 上运行，包括 Altera Cyclone V 和 Gowin GW5A，其性能与 70 MHz 左右的 i386 处理器相当，但周期效率略低，部分原因可能是其缓存容量仅为 16 kB，而最快的 i386 CPU 则拥有 32 kB 以上的缓存。无论如何，它足以运行各种软件，包括像 DOOM这样的游戏。

什么是微码

现代 CPU 执行：

 

MOV
ADD
MUL
JMP

 

这些指令时，内部并不是直接完成动作。

而是进一步拆解成更底层的控制步骤。

例如：

 

取指
↓
译码
↓
寄存器读取
↓
ALU运算
↓
写回

 

这些底层控制序列就是：

Microcode（微码）

早期复杂指令集 CPU（CISC）大量依赖微码实现。

而 80386 正是经典代表之一。

历史

英特尔于 1985 年推出了 386 处理器，最初名为 80386，后来更名为 i386，承诺比其前代 286 处理器性能更强，并支持高达 4GB 的内存。尽管直到 2007 年才正式停产，但 386 处理器一直是英特尔的畅销产品，即便在 1989 年速度更快的 i486 处理器发布之后也是如此。

“有理由认为，386 是英特尔最重要的 CPU，它并非最简洁，在当时速度也并非最快，设计也并非最优雅。但它在硬件和软件的结合方面做得相当出色：它是一款 32 位 x86 处理器，具备保护模式、分页机制和良好的向下兼容性。另一种观点也提出了类似的看法：我们现在所说的 x86 架构，正是从 80386 开始真正成型的。”

链接

参考链接：

https://hackaday.com/2026/05/25/z386-an-open-source-80386-built-around-original-microcode/

https://www.hackster.io/news/the-z386-is-an-fpga-re-implementation-of-intel-s-i386-and-yes-it-runs-doom-c2dfe05c3625

项目链接：

nand2mario 的博客上有完整的介绍文章（包括设计细节）；

https://nand2mario.github.io/posts/2026/z386/

源代码在 GitHub 上：

https://github.com/nand2mario/z386

可在基于 MiSTer FPGA 的平台上运行的核心:

https://github.com/nand2mario/z386_MiSTer

资源消耗（和Ao486对比）：