MPSU/APS
1
0
Fork 0
mirror of https://github.com/MPSU/APS.git synced 2025-09-16 09:40:10 +00:00
Code Issues Packages Projects Releases Wiki Activity

ЛР5. Стилистические правки

Browse Source
This commit is contained in:
Andrei Solodovnikov
2024-01-28 14:05:45 +03:00
parent 4d41c763f2
commit 8449337664
1 changed files with 13 additions and 7 deletions
Download Patch File Download Diff File Expand all files Collapse all files

20
Labs/05. Main decoder/README.md
View File

@@ -33,7 +33,7 @@
- Условные переходы - Условные переходы
- Безусловные переходы - Безусловные переходы
На рисунке ниже приводится фрагмент из [`оригинальной спецификации RISC-V`](https://github.com/riscv/riscv-isa-manual/releases/download/Ratified-IMAFDQC/riscv-spec-20191213.pdf). В верхней его части приводится 6 форматов кодирования инструкций: **R**, **I**, **S**, **B**, **U** и **J**, затем идут конкретные значения полей внутри инструкции. Под `rd` подразумевается 5-битный адрес регистра назначения (**r**egister **d**estination), `rs1` и `rs2` —5-битные адреса регистров источников (**r**egister **s**ource), `imm` — константа (immediate), расположение и порядок битов которой указывается в квадратных скобках. Обратите внимание, что в разных форматах кодирования константы имеют различную разрядность, а их биты упакованы по-разному. Для знаковых операций константу предварительно знаково расширяют до 32 бит. Для беззнаковых расширяют нулями до 32 бит. В _Таблице 1_ приводится фрагмент из `спецификации RISC-V`. В верхней её части приводится 6 форматов кодирования инструкций: **R**, **I**, **S**, **B**, **U** и **J**, затем идут конкретные значения полей внутри инструкции. Под `rd` подразумевается 5-битный адрес регистра назначения (**r**egister **d**estination), `rs1` и `rs2` —5-битные адреса регистров источников (**r**egister **s**ource), `imm` — константа (immediate), расположение и порядок битов которой указывается в квадратных скобках. Обратите внимание, что в разных форматах кодирования константы имеют различную разрядность, а их биты упакованы по-разному. Для знаковых операций константу предварительно знаково расширяют до 32 бит. Для беззнаковых расширяют нулями до 32 бит.
![../../.pic/Labs/lab_05_decoder/rv32i_BIS.png](../../.pic/Labs/lab_05_decoder/rv32i_BIS.png) ![../../.pic/Labs/lab_05_decoder/rv32i_BIS.png](../../.pic/Labs/lab_05_decoder/rv32i_BIS.png)
@@ -48,7 +48,7 @@ _Таблица 1. Базовый набор инструкций из спец
| U-тип | Инструкции с 20-битным «длинным» непосредственным операндом, сдвинутым влево на 12 | | U-тип | Инструкции с 20-битным «длинным» непосредственным операндом, сдвинутым влево на 12 |
| J-тип | Единственная инструкция jal, осуществляющая безусловный переход по адресу относительно текущего счетчика команд | | J-тип | Единственная инструкция jal, осуществляющая безусловный переход по адресу относительно текущего счетчика команд |
*Таблица 2. Описание типов форматов кодирования инструкций ISA RISC-V* _Таблица 2. Описание типов форматов кодирования инструкций ISA RISC-V._
### SYSTEM-инструкции ### SYSTEM-инструкции
@@ -107,7 +107,7 @@ SYSTEM-инструкции используются для доступа к с
### Интерфейс памяти ### Интерфейс памяти
Интерфейс памяти использует несколько сигналов для взаимодействия с памятью: `mem_req_o` (этот выход должен быть выставлен в 1 каждый раз, когда необходимо обратиться к памяти – считать или записать), `mem_we_o` (выставляется в 1, если необходимо записать данные в память, и 0 – если считать из памяти) и `mem_size_o` (указывающий размер порции данных необходимых для передачи; возможные значения указаны в таблице ниже). Перечисленных сигналов достаточно для того, чтобы основная память понимала: обращаются ли к ней в данный момент, нужно ли записывать или считывать данные, и о какой порции данных идет речь. Интерфейс памяти использует несколько сигналов для взаимодействия с памятью: `mem_req_o` (этот выход должен быть выставлен в 1 каждый раз, когда необходимо обратиться к памяти – считать или записать), `mem_we_o` (выставляется в 1, если необходимо записать данные в память, и 0 – если считать из памяти) и `mem_size_o` (указывающий размер порции данных необходимых для передачи; возможные значения указаны в _Таблице 4_). Перечисленных сигналов достаточно для того, чтобы основная память понимала: обращаются ли к ней в данный момент, нужно ли записывать или считывать данные, и о какой порции данных идет речь.
|Название|Значение `mem_size_o`| Пояснение | |Название|Значение `mem_size_o`| Пояснение |
|--------|---------------------|------------------------------| |--------|---------------------|------------------------------|
@@ -117,6 +117,8 @@ SYSTEM-инструкции используются для доступа к с
|LDST_BU | 3'd4 |Беззнаковое 8-битное значение | |LDST_BU | 3'd4 |Беззнаковое 8-битное значение |
|LDST_HU | 3'd5 |Беззнаковое 16-битное значение| |LDST_HU | 3'd5 |Беззнаковое 16-битное значение|
_Таблица 4. Значения сигнала `mem_size_o` при передаче различных порций данных._
### Main Decoder — Основной дешифратор команд RISC-V ### Main Decoder — Основной дешифратор команд RISC-V
Как говорилось ранее, дешифратор инструкций в процессоре служит для преобразования инструкции в набор управляющих сигналов, необходимых для ее исполнения. Как говорилось ранее, дешифратор инструкций в процессоре служит для преобразования инструкции в набор управляющих сигналов, необходимых для ее исполнения.
@@ -134,10 +136,12 @@ SYSTEM-инструкции используются для доступа к с
Несмотря на то, что для записи во внешнюю память ключевыми сигналами будут описанные выше, это не означает, что остальные выходные сигналы декодера могут быть абы какими. Несмотря на то, что для записи во внешнюю память ключевыми сигналами будут описанные выше, это не означает, что остальные выходные сигналы декодера могут быть абы какими.
Поскольку операция `sw` не является операцией перехода, сигналы `jal_o`, `jalr_o` и `branch_o` должны быть равны нулю (иначе процессор совершит переход, а инструкция `lw` этого не подразумевает). Точно так же, поскольку во время записи во внешнюю память, в регистровый файл не должно быть ничего записано, сигналы `gpr_we_o` и `csr_we_o` так же должны быть равны нулю. Поскольку операция `sw` не является операцией перехода, сигналы `jal_o`, `jalr_o` и `branch_o` должны быть равны нулю (иначе процессор совершит переход, а инструкция `lw` этого не подразумевает). Точно так же, поскольку во время записи во внешнюю память, в регистровый файл не должно быть ничего записано, сигналы `gpr_we_o` и `csr_we_o` также должны быть равны нулю.
А вот сигнал `wb_sel` может принять любое значение (поскольку сигнал разрешения записи в регистровый файл равен нулю, не важно, каким будет источник данных для записи в регистровый файл, т.к. в него все равно ничего не будет записано). А вот сигнал `wb_sel` может принять любое значение (поскольку сигнал разрешения записи в регистровый файл равен нулю, не важно, каким будет источник данных для записи в регистровый файл, т.к. в него все равно ничего не будет записано).
---
Управляющие сигналы на выходе декодера зависят от трех полей инструкции: `opcode`, `func3` и `func7`. Обратите внимание, что расположение этих полей одинаково для всех типов инструкций. Это сделано для удобства декодирования. При этом для некоторых инструкций поля `func3` и `func7` могут отсутствовать. Управляющие сигналы на выходе декодера зависят от трех полей инструкции: `opcode`, `func3` и `func7`. Обратите внимание, что расположение этих полей одинаково для всех типов инструкций. Это сделано для удобства декодирования. При этом для некоторых инструкций поля `func3` и `func7` могут отсутствовать.
|Название сигнала| Пояснение | |Название сигнала| Пояснение |
@@ -159,6 +163,8 @@ SYSTEM-инструкции используются для доступа к с
|jalr_o |Сигнал об инструкции безусловного перехода jalr | |jalr_o |Сигнал об инструкции безусловного перехода jalr |
|mret_o |Сигнал об инструкции возврата из прерывания/исключения mret | |mret_o |Сигнал об инструкции возврата из прерывания/исключения mret |
_Таблица 5. Описание портов основного дешифратора._
Единственным входным сигналом этого модуля является `fetched_instr_i`. Единственным входным сигналом этого модуля является `fetched_instr_i`.
В системе команд **RV32I** два младших бита поля opcode всегда равны `11`, таким образом декодер понимает, что будут исполняться именно 32-битные инструкции, а не 16-битные, например. **Main decoder** должен выдать единицу на выходе `illegal_instr_o` в случае: В системе команд **RV32I** два младших бита поля opcode всегда равны `11`, таким образом декодер понимает, что будут исполняться именно 32-битные инструкции, а не 16-битные, например. **Main decoder** должен выдать единицу на выходе `illegal_instr_o` в случае:
@@ -168,7 +174,7 @@ SYSTEM-инструкции используются для доступа к с
- если значение `opcode` не совпадает ни с одним из известных и следовательно операция не определена. - если значение `opcode` не совпадает ни с одним из известных и следовательно операция не определена.
- если это инструкция `ECALL` / `EBREAK`. - если это инструкция `ECALL` / `EBREAK`.
При реализации декодера его удобнее описывать разбив все инструкции на однотипные группы, как это сделано ниже. Коды операций в таблице 5-битные потому, что 2 младших бита полноценного 7-битного кода операции должны отдельно проверяться и быть равны `11` При реализации декодера его удобнее описывать разбив все инструкции на однотипные группы, как это сделано ниже. Представленные в _Таблице 6_ коды операций 5-битные потому, что 2 младших бита полноценного 7-битного кода операции должны всегда быть равны `11`. Если это не так, то вся инструкция уже запрещенная и не нуждается в дальнейшем декодировании.
|Операция|Opcode| Описание операции | Краткая запись | |Операция|Opcode| Описание операции | Краткая запись |
|--------|------|-------------------------------------------------------------------------------------------------------|------------------------------------| |--------|------|-------------------------------------------------------------------------------------------------------|------------------------------------|
@@ -188,9 +194,9 @@ SYSTEM-инструкции используются для доступа к с
В первую очередь язык описания аппаратуры **SystemVerilog** – это язык. С помощью этого языка человек объясняет либо синтезатору какое он хочет получить устройство, либо симулятору – как он хочет это устройство проверить. Синтезатор – это программа, которая создает из логических элементов цифровое устройство по описанию, предоставляемому человеком. Синтезатору внутри **Vivado** нужно объяснить, что ты от него хочешь. Например, чтобы спросить дорогу у испанца, придется делать это на испанском языке, иначе он ничем не сможет помочь. Если ты знаешь испанский, то это можно сделать еще и разными способами. В **SystemVerilog** точно также – одно и то же устройство можно описать разным кодом, но результат синтеза будет одним и тем же. Однако, часто два разных кода одинаковые по смыслу могут синтезироваться в разную аппаратуру, хотя функционально они будут идентичны, но могут отличаться, например, скоростью работы. Или одни и те же специальные языковые конструкции могут применяться для синтезирования разных цифровых элементов. В первую очередь язык описания аппаратуры **SystemVerilog** – это язык. С помощью этого языка человек объясняет либо синтезатору какое он хочет получить устройство, либо симулятору – как он хочет это устройство проверить. Синтезатор – это программа, которая создает из логических элементов цифровое устройство по описанию, предоставляемому человеком. Синтезатору внутри **Vivado** нужно объяснить, что ты от него хочешь. Например, чтобы спросить дорогу у испанца, придется делать это на испанском языке, иначе он ничем не сможет помочь. Если ты знаешь испанский, то это можно сделать еще и разными способами. В **SystemVerilog** точно также – одно и то же устройство можно описать разным кодом, но результат синтеза будет одним и тем же. Однако, часто два разных кода одинаковые по смыслу могут синтезироваться в разную аппаратуру, хотя функционально они будут идентичны, но могут отличаться, например, скоростью работы. Или одни и те же специальные языковые конструкции могут применяться для синтезирования разных цифровых элементов.
Основной дешифратор – это комбинационная схема, то есть, для каждой комбинации входных сигналов существует только одна комбинация выходных сигналов, потому что комбинационные схемы не содержат элементов памяти. Основной дешифратор – это комбинационная схема. Это значит, что каждый раз подавая на вход одни и те же значения, вы будете получать на выходе один и тот же результат, потому что комбинационные схемы не содержат элементов памяти.
Можно по-разному описывать комбинационные схемы, например, через конструкцию `assign`. Для основного дешифратора отлично подойдет конструкция `case`, которая превратится не в мультиплексор, а в комбинационную схему с оптимальными параметрами критического пути. В доверилоговую эпоху разработчикам пришлось бы строить гигантские таблицы истинности и какие-нибудь [карты Карно](https://ru.wikipedia.org/wiki/Карта_Карно), искать оптимальные схемы реализации. Сегодня эту задачу решает синтезатор, по описанию устройства сам находит наиболее эффективное решение. Можно по-разному описывать комбинационные схемы. Например — через конструкцию `assign`. Для основного дешифратора отлично подойдет конструкция `case`, которая превратится не в мультиплексор, а в комбинационную схему с оптимальными параметрами критического пути. В доверилоговую эпоху разработчикам пришлось бы строить гигантские таблицы истинности и какие-нибудь [карты Карно](https://ru.wikipedia.org/wiki/Карта_Карно), искать оптимальные схемы реализации. Сегодня эту задачу решает синтезатор, по описанию устройства сам находит наиболее эффективное решение.
Разница с реализацией мультиплексора в том, что в этом случае справа от знака равно всегда стоит константа. Получается это такой способ описать таблицу истинности. В такой код легко вносить правки и искать интересующие фрагменты. Разница с реализацией мультиплексора в том, что в этом случае справа от знака равно всегда стоит константа. Получается это такой способ описать таблицу истинности. В такой код легко вносить правки и искать интересующие фрагменты.