MPSU/APS
1
0
Fork 0
mirror of https://github.com/MPSU/APS.git synced 2025-09-15 17:20:10 +00:00
Code Issues Packages Projects Releases Wiki Activity

ЛР12. Обновление методички

Browse Source
This commit is contained in:
Andrei Solodovnikov
2024-07-18 15:15:14 +03:00
parent 0514438f4a
commit 2918f42cf6
3 changed files with 10 additions and 10 deletions
Download Patch File Download Diff File Expand all files Collapse all files

14
Labs/12. Daisy chain/README.md
View File

@@ -1,4 +1,4 @@
# Лабораторная работа 12 "Увеличение количества источников прерываний с помощью схемы daisy chain"
# Лабораторная работа 12 "Блок приоритетных прерываний"
В базовом варианте лабораторных работ предлагается реализовать процессорную систему с одним источником прерываний, чего достаточно для выполнения лабораторных работ. Однако, если появится желание усовершенствовать систему и увеличить количество периферийных устройств, то поддержка только одного источника прерываний создаст множество сложностей. В рамках данной лабораторной работы необходимо реализовать блок приоритетных прерываний и интегрировать его в контроллер прерываний, увеличив число потенциальных источников прерываний до 16.
@@ -9,13 +9,13 @@
## Теория
Если процессорная система предполагает наличие более одного источника прерываний, то необходимо разобраться с тем, что делать в случае возникновения коллизий — наложения одновременных запросов прерываний от нескольких источников. Одним из способов решения такой проблемы является реализация приоритетов прерываний. Со схемотехнической точки зрения, проще всего реализовать схему со статическим, не изменяемым, приоритетом. Одной из таких схем является daisy chain (по-русски — гирлядна, или дейзи-чейн, или дейзи-цепочка). Пример такой схемы можно увидеть на _рис. 1_.
Если процессорная система предполагает наличие более одного источника прерываний, то необходимо разобраться с тем, что делать в случае возникновения коллизий — наложения одновременных запросов прерываний от нескольких источников. Одним из способов решения такой проблемы является реализация приоритетов прерываний. Со схемотехнической точки зрения, проще всего реализовать схему со статическим, не изменяемым, приоритетом. Одной из таких схем является daisy chain (по-русски — гирлянда, или дейзи-чейн, или дейзи-цепочка). Пример такой схемы можно увидеть на _рис. 1_.
![../../.pic/Labs/lab_12_daisy_chain/fig_01.png](../../.pic/Labs/lab_12_daisy_chain/fig_01.png)
_Рисунок 1. Структурная схема daisy chain._
Данная схема состоит из двух массивов элементов И. Первый массив (верхний ряд элементов) формирует многоразрядный сигнал (назовем его для определенности `ready`, на _рис. 1_ он обозначен как "_Приоритет_"), который перемножается с запросами с помощью массива элементов И нижнего ряда, формируя многоразрядный сигнал `y`. Обратите внимание на то, что результат операции И на очередном элементе нижнего массива влияет на результат И следующего за ним элемента верхнего массива и наоборот (`readyₙ₊₁` зависит от `yₙ`, в то время как `yₙ` зависит от `readyₙ`). Как только на одном из разрядов `y` появится значение `1`, оно сразу же распространится в виде `0` по всем оставшимся последующим разрядам `ready`, обнуляя их. А обнулившись, разряды `ready` обнулят соответствующие разряды `y` (нулевые разряды `ready` запрещают генерацию прерывания для соответствующих разрядов `y`).
Данная схема состоит из двух массивов элементов И. Первый массив (верхний ряд элементов) формирует многоразрядный сигнал (назовем его для определенности `ready`, на _рис. 1_ он обозначен как "_Приоритет_"), который перемножается с запросами с помощью массива элементов И нижнего ряда, формируя многоразрядный сигнал `y`. Обратите внимание на то, что результат операции И на очередном элементе нижнего массива влияет на результат И следующего за ним элемента верхнего массива и наоборот (`readyₙ₊₁` зависит от `yₙ`, в то время как `yₙ` зависит от `readyₙ`). Как только на одном из разрядов `y` появится значение `1`, оно сразу же распространится в виде `0` по всем оставшимся последующим разрядам `ready`, обнуляя их. А приняв нулевое значение, разряды `ready` обнулят соответствующие разряды `y` (нулевые разряды `ready` запрещают генерацию прерывания для соответствующих разрядов `y`).
Нижний массив элементов И можно описать через непрерывное присваивание побитового И между `ready` и сигналом запросов на прерывание.
@@ -23,7 +23,7 @@ _Рисунок 1. Структурная схема daisy chain._
Рассмотрим принцип работы этой конструкции. Предположим, мы хотим создать побитовое присваивание 5-битного сигнала `a` 5-битному сигналу `b`.
Индексы, используемые конструкцией, должны быть объявлены с помощью ключевого слова `genvar`. Далее, в области, ограниченной ключевыми словами `generate`/`endgenerate` описывается цикл присваиваний / созданий модулей:
Индексы, используемые конструкцией, должны быть объявлены с помощью ключевого слова `genvar`. Далее, в области, ограниченной ключевыми словами `generate`/`endgenerate` описывается цикл присваиваний (в подобном цикле можно и создавать модули):
```SystemVerilog
logic [4:0] a;
@@ -51,16 +51,16 @@ _Рисунок 2. Структурная схема блока приорите
Помимо портов `clk_i` и `rst_i`, модуль `daisy_chain` будет иметь 3 входа и три выхода:
- `masked_irq_i` — 16-разрядный вход маскированного запроса на прерывания (т.е. источник прерывание уже прошел маскирование сигналом CS-регистра `mie`).
- `masked_irq_i` — 16-разрядный вход маскированного запроса на прерывания (т.е. источник прерывания уже прошел маскирование сигналом регистра контроля и статуса `mie`).
- `irq_ret_i` — сигнал о возврате управления основному потоку инструкций (выход из обработчика прерываний).
- `ready_i` — сигнал о готовности процессора к перехвату (т.е. прямо сейчас процессор не находится в обработчике перехвата). Это нулевой бит сигнала `ready` в дейзи-цепочке. Пока `ready_i` равен нулю, дейзи-цепочка не будет генерировать сигналы прерываний.
- `irq_o` — сигнал о начале обработки прерываний.
- `irq_cause_o` — причина прерывания.
- `irq_ret_o` — сигнал о завершении обработки запроса на прерывания. Будет соответствовать `cause_o` в момент появления сигнала `mret_i`.
Внутренний сигнал `cause` является сигналом `y` с _рис. 1_. Как пояснялось выше, этот сигнал может содержать только одну единицу, она будет соответствовать прошедшему запросу на прерывание. А значит этот результат можно использовать в качестве сигнала для идентификации причины прерывания. При этом, свертка по ИЛИ этого сигнала даст итоговый запрос на прерывание.
Внутренний сигнал `cause` является сигналом `y` с _рис. 1_. Как пояснялось выше, этот сигнал может содержать только одну единицу, она будет соответствовать прошедшему запросу на прерывание. А значит этот результат можно использовать в качестве сигнала для идентификации причины прерывания. При этом, свертка по ИЛИ (операция ИЛИ между всеми битами) этого сигнала даст итоговый запрос на прерывание.
Однако, как упоминалось в ЛР10, спецификация RISC-V накладывает определенные требования на кодирование кода `mcause` для причины прерывания. В частности, необходимо выставить старший бит в единицу, а значение на оставшихся битах должно быть больше 16. Схемотехнически это проще реализовать выполнив склейку `{12'h800, cause, 4'b0000}` — в этом случае старший разряд будет равен единице, и если хоть один разряд `cause` будет равен единице (а именно это и является критерием появления прерывания), младшие 31 бит `mcause` будут больше 16.
Однако, как упоминалось в [ЛР10](../10.%20Interrupt%20subsystem/), спецификация RISC-V накладывает определенные требования на кодирование кода `mcause` для причины прерывания. В частности, необходимо выставить старший бит в единицу, а значение на оставшихся битах должно быть больше 16. Схемотехнически это проще реализовать выполнив склейку `{12'h800, cause, 4'b0000}` — в этом случае старший разряд будет равен единице, и если хоть один разряд `cause` будет равен единице (а именно это и является критерием появления прерывания), младшие 31 бит `mcause` будут больше 16.
Регистр на _рис. 2_ хранит значение внутреннего сигнала `cause`, чтобы по завершению прерывания выставить единицу на соответствующем разряде сигнала `irq_ret_o`, который сообщит устройству, чье прерывание обрабатывалось ранее, что его обработка завершена.

4
Labs/README.md
View File

@@ -21,7 +21,7 @@
- [9 Интеграция блока загрузки и сохранения](#9-интеграция-блока-загрузки-и-сохранения)
- [10. Подсистема прерывания](#10-подсистема-прерывания)
- [11. Интеграция подсистемы прерывания](#11-интеграция-подсистемы-прерывания)
- [12. Увеличение количества источников прерываний с помощью дейзи-цепочки](#12-увеличение-количества-источников-прерываний-с-помощью-дейзи-цепочки)
- [12. Блок приоритетных прерываний](#12-блок-приоритетных-прерываний)
- [13. Периферийные устройства](#13-периферийные-устройства)
- [14. Программирование на языке высокого уровня](#14-программирование-на-языке-высокого-уровня)
- [15. Программатор](#15-программатор)
@@ -166,7 +166,7 @@ https://github.com/MPSU/APS/assets/17159587/4daac01f-dc9a-4ec8-8d3f-c5dc1ef97119
![../.pic/Labs/lab_11_irq_integration.drawio.svg](../.pic/Labs/lab_11_irq_integration.drawio.svg)
## 12. Увеличение количества источников прерываний с помощью дейзи-цепочки
## 12. Блок приоритетных прерываний
В базовом варианте лабораторных работ вам было предложено реализовать процессорную систему с одним источником прерываний. Этого достаточно для выполнения лабораторных работ, однако, в случае если вы захотите увеличить количество периферийных устройств, поддержка только одного источника прерываний станет источником проблем. В данной лабораторной работе вы реализуете блок приоритетных прерываний и интегрируете его в контроллер прерываний, увеличив число источников прерываний до 16.