Rocket-Chip / BOOMのTLBを調査している。Page Table Walkerの動作の詳細を見ていく。

Page Table Walkerのインタフェース

Page Table Walkerのインタフェースは以下のようになっている。

リクエスト側

リクエスト側は複数のマスタが接続されており、これらはいったんArbiterを経由してどのリクエストを受け付けるかを決定している。

     // リクエスト：複数のリクエストを受け付ける
     val requestor = Vec(n, new TLBPTWIO).flip

リクエストの入力側

リクエスト信号が接続されている。

Valid / Ready信号：Handshakeを行うためのValid / Ready信号
bits.addr : リクエスト側の仮想アドレス。ただし27ビットしか定義されていないので、RV64におけるVPNのみを転送しているものと思われる。

f:id:msyksphinz:20210515155706p:plain — RISC-V Sv39におけるVPNのビットフィールド

リクエストの応答側

リクエストに対する応答が接続されている。

Valid信号：レスポンスのためのValid信号
PTEの信号：Page Table Entryの信号が渡されるようになっている。

 output    [53:0]    io_requestor_0_resp_bits_pte_ppn
    output        io_requestor_0_resp_bits_pte_d
    output        io_requestor_0_resp_bits_pte_a
    output        io_requestor_0_resp_bits_pte_g
    output        io_requestor_0_resp_bits_pte_u
    output        io_requestor_0_resp_bits_pte_x
    output        io_requestor_0_resp_bits_pte_w
    output        io_requestor_0_resp_bits_pte_r
    output        io_requestor_0_resp_bits_pte_v

f:id:msyksphinz:20210515155749p:plain — RISC-V Sv39におけるPPNのビットフィールド

AE (Access Error)の信号：Access Errorに関する信号が1ビット渡される。

I/Oメモリアクセスポート

外部メモリアクセスのためのポートとなっている。

 // メモリアクセスインタフェース
 val mem = new HellaCacheIO

input      io_mem_req_ready
output        io_mem_req_valid
output    [39:0]    io_mem_req_bits_addr
output        io_mem_s1_kill
input     io_mem_s2_nack
input     io_mem_resp_valid
input [63:0]    io_mem_resp_bits_data
input     io_mem_s2_xcpt_ae_ld

io_mem_s1_killとio_mem_s2_killの出力ポートについては使用用途が不明なのだが、これはすでに出したリクエストを殺すことができるようなポートなのだろうか？

io_mem_s2_xcpt_ae_ld入力ポートは、メモリアクセスのビットとは別にアクセスエラーを検出するためのポートなのだろうか。

コアの設定情報ポート

dpath信号はコアからの情報を含んでいる。

sfenceに関する情報
statusに関する情報（mstatusの情報など）
PMPに関する情報

PMPの情報などに至っては、コアの設定情報からのポートからリクエストポートに直結されているのが、何か意味はあるのだろうか。

`riscv-tests`のRTLシミュレーション波形を見ながらTLBの動作を追いかける

riscv-tests/isa/rv64ui-v-addのChipyardでのRTLでのシミュレーション波形を見ながら、TLBの動作を追いかけていこうと思う。

$ ./simulator-chipyard-MediumBoomConfig-debug --vcd=rv64ui-v-add.medium.vcd \
    --verbose ~/riscv64/riscv64-unknown-elf/share/riscv-tests/isa/rv64ui-v-add 2>&1 | tee rv64ui-v-add.log

途中からSRETにてユーザモードに切り替わるのだが、これでTLBが動き始める。0x2AC8にジャンプしようとするのだが、当然TLBにヒットしないのでPage Table Walkが始まる。VPNが渡されるのでまずは下位12ビットを除いた2が渡される。SATPの設定から0x8000_4000へのリクエストが入るのだが、ここには何も書かれていないので0x000が返される。これによりPTE.Valid=0のPTEが返されるので例外が発生してさらにスーパバイザ―モードに移ることになる。