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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/

CPUのパイプライントレースビューアGem5 (RISC-V BOOMプロセッサのパイプラインを分解)

f:id:msyksphinz:20161023144232p:plain

RISC-V BOOMプロセッサの試行をしていると、パイプライントレースの出力方法としてgem5というものを利用していた。

github.com

f:id:msyksphinz:20161023142814p:plain

gem5というのは何なんだろう?調査してみる。

  • The gem5 Simulator: A modular platform for computer-system architecture research

gem5

The gem5 simulator is a modular platform for computer-system architecture research, encompassing system-level architecture as well as processor microarchitecture.

パイプラインプロセッサの性能を研究するためのシミュレータで、サイクルカウントを解析するためのツールも内蔵されているツールのことだ。 RISC-VのBOOMは、このgem5のパイプラインアナライザのフォーマットに対応したトレースファイルを出力する。

出自の論文では、いくつかの企業と大学が共通で開発したパイプライントレースのような感じもする。

The gem5 simulator

BOOMのエミュレーションでパイプライントレースを出力する

githubの解説にあるとおり、O3PIPEVIEW_PRINTFという変数をtrueに設定する。

val O3PIPEVIEW_PRINTF = true  // dump trace for O3PipeView from gem5

これで一応、全体をビルドおよびシミュレーションするために再度./build.shを実行した。その結果、rocket-chip/emulator/output/にトレースファイルが格納された。

less rocket-chip/emulator/output/qsort.riscv.out

using random seed 1477147949
         0; O3PipeView:fetch:                   0:0x0b47f74a04:0:         0:DASM(00000000)
         0; O3PipeView:decode:                2000
         0; O3PipeView:rename: 0
         0; O3PipeView:dispatch: 0
         1; O3PipeView:fetch:               25000:0x0000000000:0:         1:DASM(00000000)
         2; O3PipeView:fetch:               25000:0x0000000004:0:         2:DASM(00000000)
         1; O3PipeView:decode:               27000
         1; O3PipeView:rename: 0
         1; O3PipeView:dispatch: 0
         2; O3PipeView:decode:               27000
         2; O3PipeView:rename: 0
         2; O3PipeView:dispatch: 0
         3; O3PipeView:fetch:               50000:0x0000000800:0:         3:DASM(03c0006f)
         3; O3PipeView:decode:               52000
         3; O3PipeView:rename: 0

いくつか試行をしていて分かったのだが、最初に出てくるusing random seed ...の一文は削除する必要がある。stderrなどの情報も全てトレースファイルに追加された影響かな。

         0; O3PipeView:fetch:                   0:0x0b47f74a04:0:         0:DASM(00000000)
         0; O3PipeView:decode:                2000
         0; O3PipeView:rename: 0
         0; O3PipeView:dispatch: 0
         1; O3PipeView:fetch:               25000:0x0000000000:0:         1:DASM(00000000)
         2; O3PipeView:fetch:               25000:0x0000000004:0:         2:DASM(00000000)
         1; O3PipeView:decode:               27000
         1; O3PipeView:rename: 0
         1; O3PipeView:dispatch: 0
         2; O3PipeView:decode:               27000
         2; O3PipeView:rename: 0
         2; O3PipeView:dispatch: 0
         3; O3PipeView:fetch:               50000:0x0000000800:0:         3:DASM(03c0006f)
         3; O3PipeView:decode:               52000
         3; O3PipeView:rename: 0

これを以下の手順でトレースファイルに変換する。gem5は上記のサイトからダウンロードしておくこと。

./rocket-chip/boom/util/pipeview-helper.py -f rocket-chip/emulator/output/dhrystone.riscv.out > cleaned_trace.out
./gem5/util/o3-pipeview.py -o pipeview.out --color rocket-chip/emulator/output/dhrystone.riscv.out

lessで参照してみると、パイプライントレースが出力されているのが分かる。これはlessの色付きのオプションが必要だ。

// f = fetch, d = decode, n = rename, p = dispatch, i = issue, c = complete, r = retire

                                     timeline                                             tick          pc.upc     disasm                      seq_num
[==d=============================================================================]-(              0) 0x8e146bd1f4.0 -----DASM(00000000)       [         0]
[=========================f=d====================================================]-(              0) 0x0000000000.0 -----DASM(00000000)       [         1]
[=========================f=d====================================================]-(              0) 0x0000000004.0 -----DASM(00000000)       [         2]
[..................................................f.di...cr.....................]-(              0) 0x0000000800.0 DASM(03c0006f)            [         3]
[....................................................f......di...cr..............]-(              0) 0x000000083c.0 DASM(7b241073)            [         4]
[=====================================================f==========================]-(              0) 0x0000000840.0 -----DASM(00000000)       [         5]
[=====================================================f==========================]-(              0) 0x0000000844.0 -----DASM(00000000)       [         6]
[=======================================================f========================]-(              0) 0x0000000840.0 -----DASM(00000000)       [         7]
[=======================================================f========================]-(              0) 0x0000000844.0 -----DASM(00000000)       [         8]
[=========================================================f======================]-(              0) 0x0000000840.0 -----DASM(00000000)       [         9]
[=========================================================f======================]-(              0) 0x0000000844.0 -----DASM(00000000)       [        10]
[===========================================================f====================]-(              0) 0x0000000840.0 -----DASM(00000000)       [        11]
[===========================================================f====================]-(              0) 0x0000000844.0 -----DASM(00000000)       [        12]
[.........f.di...cr..............................................................]-(          80000) 0x0000000840.0 DASM(7b002473)            [        13]
[=========f======================================================================]-(          80000) 0x0000000844.0 -----DASM(1c047413)       [        14]
[==========f=====================================================================]-(          80000) 0x0000000848.0 -----DASM(f4040413)       [        15]
[==========f=====================================================================]-(          80000) 0x000000084c.0 -----DASM(00041663)       [        16]
[===========f====================================================================]-(          80000) 0x0000000850.0 -----DASM(42903c23)       [        17]
[===========f====================================================================]-(          80000) 0x0000000854.0 -----DASM(40000067)       [        18]
[============f===================================================================]-(          80000) 0x0000000858.0 -----DASM(f1402473)       [        19]
[============f===================================================================]-(          80000) 0x000000085c.0 -----DASM(10802623)       [        20]

白黒じゃ分からないね。

f:id:msyksphinz:20161023143823p:plain

たぶんこれは白地に黒のターミナルだと綺麗に表示されるかな。

f:id:msyksphinz:20161023144148p:plain