目前體系結構方向研究生在讀。我的本科畢設大致就是如此：
在FPGA上用Chisel寫了一個RISC-V RV32IMA的五級流水線CPU，帶分支預測/I$/D$/MMU，支持M/S/U-mode，可綜合，還做了個簡單的SoC
自己設計了一門系統程式語言，帶各種「高級語法特性」（其實全是語法糖），用C++和LLVM實作了它的編譯器
之後用這個程式語言寫了個能跑在SoC上的玩具作業系統（雖然最後跑在FPGA上的時候發現硬件部份有一些bug導致有一定概率崩掉，就嗯拖，現在也沒修完（逃
還寫了一系列裸機程式——比如俄羅斯方塊、投影片放映程式之類
我畢設答辯就是用自己搞的這套東西播放的投影片。
事情可能得從更早的時候說起：
高中前我就會使用VB6開發一些桌面程式。高中的時候希望在自己的程式中添加「外掛程式」或者「指令碼」功能，於是開始研究手稿語言，進而得知還有「高級語言虛擬機器」這種東西。後來看了 @韋易笑 大大的這篇回答決定自己寫一個VM，於是接受建議看了幾眼ARM的指令手冊（巨長無比，當然不可能看得完）。16年的時候在知乎瘋狂看 @RednaxelaFX R大的各種回答，樂此不疲。
上了大學，我決定造一些和程式語言/VM/編譯器的輪子。先憑之前對ARM和x86的印象隨便設計了一些字節碼，然後寫了個VM。後來設計了個程式語言，跟著LLVM的Kaleidoscope教程寫了個簡單的編譯器前端，自由發揮搞了個SSA IR（但現在看來其中有很多問題），試圖做一個到VM字節碼的編譯器。不過因為當時還很菜，搞到最後實在進行不下去了，遂爛尾。
到上大二之前的一段時間內，我認為自己只適合搞搞編譯這類軟件的東西。大二接觸了數電、數邏、計組等課程，不得不去用Vivado搞一些能跑在FPGA上的玩意。於是數電大作業做了個FPGA上的Flappy Bird遊戲，大概長這樣，鳥和管子都是方塊：
當時的數電課程給同學們提供的指導非常少，只有一些板卡的手冊，Verilog相關的內容基本沒提。不過我還是在連阻塞/非阻塞賦值都沒太搞明白的情況下，和組員們一起硬著頭皮寫完了這個作業（這樣不好，小孩子不要學），給老師留下了深刻印象。
後來數碼邏輯課大作業做了個8-bit的單周期CPU，自己設計了指令系統，使得這個CPU是圖靈完備的。為了展示CPU的功能，我還在外面加了個簡單的顯示控制器，負責把CPU連著的某個地址空間的記憶體輸出到VGA。於是這個CPU可以畫一些圖形：
再然後數邏老師找到我，說有個比賽叫「龍芯杯」，就是那種很硬核的，要求參賽選手組隊造一個MIPS CPU，然後還得在上面跑作業系統的比賽。老師問我要不要參加，我覺得這我搞不了啊，我一個搞編譯的，怎麽到CPU比賽來了呢？不過思考過後，我當時和老師說，我可以參賽，但可能只負責軟件部份，硬件的內容讓其他同學來完成吧。
後來在學校待了一暑假打比賽，之前報名的十來個同學走得七七八八，算上我就剩四個人了。我一看，這特喵和說好的不一樣啊！於是只能自己隨便糊一個CPU了。好在初賽截止之前把所有功能測試都跑過了，效能測試也有成績，後來順利和隊友茍進決賽，決賽在上面移植了一個μC/OS，最終拿了個三等獎。當時的CPU專案：
不過有一說一，龍芯杯裏的巨佬太多了，當時去參賽的時候我就感到了陣陣威壓，氣氛有點悲涼肅殺，我被按在地上瘋狂摩擦，最後只能哭爹喊媽。題主如果想認識其他在FPGA上跑作業系統的巨佬，不妨去關註一下這個比賽。
大三的時候學了更多的專業必修和選修課，像是作業系統、編譯原理之類。我保持一貫的傳統，在所有的大作業上瘋狂整活。比如：
諸如此類。
大四要做畢設的時候決定整一波大的，於是提前聯系好老師，從CPU開始，到編譯器，再到作業系統，做了一個完整的電腦系統出來。當時是2020年，疫情原因只能悶在家裏，不過這反倒讓我更能專註在造輪子這件事上了。後來我就做出了文章開頭的那些專案。
最後，要做到這些需要掌握什麽知識？
我覺得相比知識， 興趣、決心和耐心 才是最重要的。有了興趣，你就會自己嘗試去網上了解相關知識。現在網上的教程一搜一大把，如果你真的能靜下心來跟著做的話，你最後總能做出一點成果的。有了決心，你就會真的去動手實踐，而不是幻想這些東西有多好做，或者有多難做，遲遲不肯動手。有了耐心，你就會在遇到bug和其他困難的時候用心思考，接著著手去解決他們，而不是半途而廢，最後留下遺憾。
其次，在本科課程的大作業裏多整點狠活。這是為數不多可以將你的「瘋狂」想法付諸實踐的機會，並且如果做得好的話，這門課的成績至少不會差，而且還會讓老師們記住你。老師們一旦記住你，他們就可能會給你提供更多施展自己的機會，比如拉你參加比賽，拉你進實驗室，甚至是介紹實習和工作。
祝題主最後也能成為那個在自己的CPU上，跑自己的OS的人。
