开始做科研一直以来所有的心得，得到了很多人的帮助

乱序执行微架构学习笔记：

• 记分板 score board
• Tomasolo
• Reorder Buffer
• Register Renaming
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RISCV 5 级流水线“取指”部分设计

1. 开源项目中“取指级”参考
2. 本项目“取指级”设计
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RISC-V 异常和中断

To Do Lists

• 参考 C910, xs, rocket chip, nutshell, e203 的内存系统设计
• 看低功耗内存设计的论文
• riscv address align define, how the open source project solve address align problem
• Virtual Memory

虚拟内存

为什么需要虚拟内存

1. 对于 RAM 来说，应用太大（放不下）：根据局部性原理，我们只把程序部分内容放入到 RAM 中就可以满足程序运行，具体实现有分段、分页两种手段
   • 分段：在 RAM 中为不同应用程序分配不同的连续内存空间，各个应用程序之间彼此互不干扰；缺点是会产生外部碎片
   • 分页：物理内存空间和虚拟内存空间都被分成很多页（比如 4kb）

TLB

Without TLB, we have to access the main memory twice to get the target content: the first access to get the target address, the second access to get the target content.

TLB Addressing

1. Virtual Addressing: the CPU use the virtual address to access the data cache. Only when cache miss, the CPU access the TLB to try to get to missing data.
2. Physical Addressing: each time, the CPU access the TLB first to get the data address, then use the data address to access the cache.

• 分支预测器的作用
• 主流的分支预测器
• 开源项目中使用的分支预测器

RISC-V 5 级流水线设计，支持 RV-32IM 指令集

Unix 环境下，RISC-V 工具链使用笔记，包括如下内容：

1. RISC-V 编译工具：gcc, objdump, ...
2. RISC-V 调试工具：spike, pk, openOCD, GDB, llvm
3. RISC-V assemble
4. Verilator: 编译工具，将 Verilog 编译成 C++文件和 Makefile, 结合 C++的 testbench，可以编译成可执行的测试文件

[TOC]

AXI 自定义指令

MCU配置ACC的两种方式

1. 通过MCU直接配置加速器的配置寄存器:
   • MCU从Config Memory读取配置信息
   • MCU将配置信息写入到加速器内部的配置寄存器
2. MCU通过自定义指令:
   • 自定义指令用于配置ACC的DMA控制器
     • 每一个ACC都有一个DMA
     • 从配置加速器寄存器的角度来看，DMA的效率更高、但是不够灵活
   • MCU用于配置ACC内部的DMA，增加DMA的灵活性
     • DMA搬运数据的起始地址
     • DMA搬运开始信号
   • 通过软件来执行自定义指令: 控制DMA -> 配置ACC
     • 对比LW指令没有明显的提升

加速器配置自定义指令集

硬件支持

1. 修改MCU ID以译码该自定义指令
2. 在MCU增加DMA模块(可以看作是MCU的协处理器)
   • DMA模块内部支持Operation FIFO用于存储所有的DMA操作(避免MCU Stall)
   • Operation Format
     • Length: 24 bits
     • Acc1: 4 bits
     • Acc2: 4 bits

软件支持

1. 寻找可以自定义的编码空间

   • 上图展示了目前RISC-V的opcode字段的占用情况
   • custom-0, custom-1是官方推荐的自定义的编码空间，因此我们自定义执行的opcode采用custom-0编码，为0x0010111

2. 自定义指令格式

   • 确定了opcode之后，还需要确定指令的编码格式，RISC-V一共有6种编码格式
   • 根据我们对该自定义指令的使用需求来确定编码格式:
     • U-Type是最适合的，但是U-Type在C程序里使用的时候不方便
     • R-Type在C程序里使用是最方便的

3. 支持自定义指令集采用内联汇编的方法，具体有如下两种:

   • 利用.insn模板进行编程，该网页展示了各种类型的RISC-V指令的insn编码格式
   • 修改binutils让riscv gcc认识到这条指令

4. 在c程序中使用该自定义令
   

AXI Master测试

写一次

读一次

读多次

读写交织

读写错误

读写stall

MCU未来工作计划

MCU本身

1. 实现WFI
2. 跟ACC集成测试(耗时较久):
   • 搭建SoC
   • 测试MCU跟ACC的交互

加速器控制通路(ACC control path)

1. 实现自定义指令由MCU控制ACC的DMA控制器

加速器数据通路(ACC data path):

• ACC之间存在数据依赖，ACC的输出会被别的ACC使用
• 但是ACC之间彼此没有数据data path，体现为data path的不灵活
• Q: MCU可以作为连接所有ACC的数据中枢？将ACC的输出搬运到另一个ACC的输入？

RV-32IM 每条指令的特性和功能, 寄存器的通用功能(register mapping)