SystemVerilogでのqueue arrayにおけるsortの勉強 (と、性能評価用のレイテンシ測定機能実装)

性能評価用に各命令のレイテンシを測りたいのだけれども、最終的な出力ではレイテンシが大きい順番に命令をソートして出力したい。 DPIを使用すれば上手く行きそうだがDPIを使うこと自体が面倒くさい。なんかSystemVerilogで良い機能無いかなーと探していたら、queueにはsortの機能があるらしい。

www.chipverify.com

sort自体はまあ考えられなくもないが、with演算子を使ってソーティングの対象となる要素を選択できるらしい。すごい。

これはSystemVerilogのstructにも使えるのだろうか？ちょっとやってみる。Verilatorでは動くかな？

typedef struct packed {
logic [31: 0]        lifetime;
logic [CMT_ID_W-1:0] cmt_id;
logic [DISP_SIZE-1:0] grp_id;
logic [riscv_pkg::VADDR_W-1:0] pc_addr;
logic [31: 0]                  inst;
logic [31: 0]                  cmt_time;
} lifetime_t;

lifetime_t life_array[$];

always_ff @ (negedge i_clk, negedge i_reset_n) begin
  if (i_reset_n) begin
    if (o_commit.commit) begin
      for(int d_idx = 0; d_idx < msrh_conf_pkg::DISP_SIZE; d_idx++) begin
        if (o_commit.grp_id[d_idx] & !o_commit.all_dead) begin
          lifetime_t new_life;
          new_life.lifetime = w_entries[w_out_cmt_entry_id].lifetime[d_idx];
          new_life.cmt_id   = o_commit.cmt_id;
          new_life.grp_id   = 1 << d_idx;
          new_life.pc_addr  = w_entries[w_out_cmt_entry_id].inst[d_idx].pc_addr;
          new_life.inst     = w_entries[w_out_cmt_entry_id].inst[d_idx].inst;
          new_life.cmt_time = $time;

          life_array.push_back(new_life);
        end // if (o_commit.grp_id[d_idx] & !o_commit.all_dead)
      end // for (int d_idx = 0; d_idx < msrh_conf_pkg::DISP_SIZE; d++)

      life_array.rsort(item) with (item.lifetime);
      // while (life_array.size() > 100) begin
      //   life_array.pop_back();
      // end
    end // if (o_commit.commit)
  end // else: !if(!i_reset_n)
end // always_ff @ (negedge i_clk, negedge i_reset_n)

コンパイルエラーが起きた。手元にVCSが無いので分からないが、文法的には合っているはず？

%Error: ../src/../src/msrh_rob.sv:495:41: Can't find definition of variable: 'lifetime'
                                        : ... Suggested alternative: 'lifetime_t'
  495 |       life_array.rsort(item) with (item.lifetime);
      |                                         ^~~~~~~~
%Error: Exiting due to 1 error(s)

ついでに言うとコメントアウトしているpop_back()もダメだった。結構いろいろ制約があるなあ。という訳で、lifetime変数をキーにしてソーティングして欲しいので、lifetime変数を一番上にしてwith無しでソートしたらできるかな？と思ってやってみたら出来た。

最終的に以下のような出力が得られる。ストア命令のレイテンシが非常に長い。

        53,     768414, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     743786, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     719158, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     694526, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     669898, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     645266, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     620638, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     596010, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     571382, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     546754, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     522114, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     497486, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     472854, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     448226, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     423594, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     398966, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     374338, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     349710, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     325082, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     300450, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     275822, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     251190, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     226562, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)
        53,     201934, (32, 8), PC=00800021a8, sd      ra, 24(sp)

命令を追いかけていくと、これはオペランドとなるspのロードが遅い。なぜロードが遅いかというとそのロードに依存しているストア命令の影響で前へ進めない...といったいろんなハザード条件にぶつかっていた。