読者です 読者をやめる 読者になる 読者になる

FPGA開発日記

FPGAというより、コンピュータアーキテクチャかもね! カテゴリ別記事インデックス https://sites.google.com/site/fpgadevelopindex/

RISC-Vのオペランドフォーマットについて(デコードの容易性とISSの修正)

f:id:msyksphinz:20160605215109p:plain

RISC-Vのオペコードは、取り揃えはおそらくMIPSをベースにしているが、その命令フォーマットはMIPSのそれとは異なっている。 一応、彼らの言い分としてはデコードのしやすさを基準に設計してあるらしいが、それが本当に有用かどうかは正直分からない。

特に、即値をとるフィールドについてはちょっとした小細工がしてあり、これもMIPSのそれとは異なっている。

f:id:msyksphinz:20160617015529p:plain

Loadの即値はまだマシなのだが、Storeの即値は2つに分かれている。 これにより、レジスタフィールドを崩すことなく、即値の場所を切り替えるだけでLoad側とデコード回路を共通化できるらしい。。。が、それがHWの軽減にどこまで貢献できるかはわからない。

で、即値のフィールドが分かれているので、自作ISSでは、デコードテーブルを作るために一応バーで区切っていた。 が、だからと言って特殊な措置をしていたのではなく、単純にそのまま表示していたのでトレースデータが分かりにくかった。

$arch_table[ 15] = Array['sb         d[19:15],d[24:20],h[31:25]|d[11:7]', 'XXXXX', 'XX',
$arch_table[ 16] = Array['sh         d[19:15],d[24:20],h[31:25]|d[11:7]', 'XXXXX', 'XX',
$arch_table[ 17] = Array['sw         d[19:15],d[24:20],h[31:25]|d[11:7]', 'XXXXX', 'XX',

トレースデータは以下の様になる。

        39:M:MBar:[80002040][P80002040] 04e10513 : addi       r10,r02,0x04e        r02=>7f003f78 r10<=7f003fc6
        40:M:MBar:[80002044][P80002044] 08112623 : sw         r02,r01,0x04|r12     r02=>7f003f78 r01=>00000290 (7f004004)<=00000290
        41:M:MBar:[80002048][P80002048] 08812423 : sw         r02,r08,0x04|r08     r02=>7f003f78 r08=>80002034 (7f004000)<=80002034
        42:M:MBar:[8000204c][P8000204c] 08912223 : sw         r02,r09,0x04|r04     r02=>7f003f78 r09=>00000000 (7f003ffc)<=00000000
        43:M:MBar:[80002050][P80002050] 09212023 : sw         r02,r18,0x04|r00     r02=>7f003f78 r18=>00000000 (7f003ff8)<=00000000
        44:M:MBar:[80002054][P80002054] 07312e23 : sw         r02,r19,0x03|r28     r02=>7f003f78 r19=>00000000 (7f003ff4)<=00000000

さすがにちょっと格好悪い。

そこで、バーがついたときは前後のフィールドを接合するように実装を変更した。

github.com

      if bit_field.match(/\w+\[\d+:\d+\]\|/) then
        inst_operand_c_fp.printf("  inst_operand[%s].connect[%d] = 1;\n", inst_name, op_index)
      else
        inst_operand_c_fp.printf("  inst_operand[%s].connect[%d] = 0;\n", inst_name, op_index)
      end

最後にバーが入っていると、後続のオペランドと接続するという情報を付け加える。これをもとに、トレースデータを作成する。

    if (inst_str[0] == '@') {
-      uint32_t msb_bit = inst_operand[inst_idx].msb_lst[replace_idx];
-      uint32_t lsb_bit = inst_operand[inst_idx].lsb_lst[replace_idx];
-      operandType type  = inst_operand[inst_idx].type_lst[replace_idx];
-      uint32_t length_field = msb_bit - lsb_bit + 1;
+      uint32_t length_field = 0;
+      operandType type;
+      uint32_t operand_bit = 0;
+      do {
+        uint32_t msb_bit = inst_operand[inst_idx].msb_lst[replace_idx];
+        uint32_t lsb_bit = inst_operand[inst_idx].lsb_lst[replace_idx];
+        type = inst_operand[inst_idx].type_lst[replace_idx];
+        length_field = length_field + (msb_bit - lsb_bit + 1);
+        operand_bit = (operand_bit << (msb_bit - lsb_bit + 1)) | ExtractBitField (inst_hex, msb_bit, lsb_bit);
+        replace_idx++;
+      } while ((replace_idx <= inst_operand[inst_idx].size) &&
+               (inst_operand[inst_idx].connect[replace_idx-1] != 0));

inst_operand.connectが1になっていると、後続のフィールドと接続して、operand_bitを拡張する。

その結果、一応以下の様にちゃんとしたトレースデータが出力されるようになった。

        40:M:MBar:[80002044][P80002044] 08112623 : sw         r02,0x08c(r01)       r02=>7f003f78 r01=>00000290 (7f004004)<=00000290
        41:M:MBar:[80002048][P80002048] 08812423 : sw         r02,0x088(r08)       r02=>7f003f78 r08=>80002034 (7f004000)<=80002034
        42:M:MBar:[8000204c][P8000204c] 08912223 : sw         r02,0x084(r09)       r02=>7f003f78 r09=>00000000 (7f003ffc)<=00000000
        43:M:MBar:[80002050][P80002050] 09212023 : sw         r02,0x080(r18)       r02=>7f003f78 r18=>00000000 (7f003ff8)<=00000000
        44:M:MBar:[80002054][P80002054] 07312e23 : sw         r02,0x07c(r19)       r02=>7f003f78 r19=>00000000 (7f003ff4)<=00000000
        45:M:MBar:[80002058][P80002058] 07412c23 : sw         r02,0x078(r20)       r02=>7f003f78 r20=>00000000 (7f003ff0)<=00000000
        46:M:MBar:[8000205c][P8000205c] 07512a23 : sw         r02,0x074(r21)       r02=>7f003f78 r21=>00000000 (7f003fec)<=00000000
        47:M:MBar:[80002060][P80002060] 07612823 : sw         r02,0x070(r22)       r02=>7f003f78 r22=>00000000 (7f003fe8)<=00000000
        48:M:MBar:[80002064][P80002064] 07712623 : sw         r02,0x06c(r23)       r02=>7f003f78 r23=>00000000 (7f003fe4)<=00000000