risc-v¶

什么是risc-v?reduced instruction sets computer - v(指瑞克五代)

五个阶段分别是如何实现的?

取指(Instruction Fetch, IF)¶

isa_exec_once()做的第一件事情就是取指令. 在 NEMU 中, 有一个函数inst_fetch()(在nemu/include/cpu/ifetch.h中定义)专门负责取指令的工作. inst_fetch()最终会根据参数len来调用vaddr_ifetch()(在nemu/src/memory/vaddr.c中定义), 而目前vaddr_ifetch()又会通过paddr_read()来访问物理内存中的内容. 因此, 取指操作的本质只不过就是一次内存的访问而已.

int isa_exec_once(Decode *s) {
  s->isa.inst.val = inst_fetch(&s->snpc, 4);
  return decode_exec(s);
}

这个4倒是让我觉得可以,因为nemu架构分了几个不同的文件,这样也好,因为magic macro整太多了,看的也脑袋大,直接分成不同的文件也好.(尚未搞明白具体如何编译的,估计是通过makefile来根据架构选择不同文件来进行编译) 设计的精妙在掌握了魔法宏后可以大概掌握

typedef concat(__GUEST_ISA__, _ISADecodeInfo) ISADecodeInfo;

typedef struct {
  union {
    uint32_t val;
  } inst;
} MUXDEF(CONFIG_RV64, riscv64_ISADecodeInfo, riscv32_ISADecodeInfo);

这个宏的作用是根据__GUEST_ISA__的值来选择不同的结构体定义. 例如, 当__GUEST_ISA__的值为riscv64时, MUXDEF会展开为riscv64_ISADecodeInfo, 而当__GUEST_ISA__的值为riscv32时, MUXDEF会展开为riscv32_ISADecodeInfo. 这样, 我们就可以通过__GUEST_ISA__的值来选择不同的结构体定义, 从而实现了不同指令集的支持.

inst_fetch¶

fetch(在计算机科学中，"fetch"通常指的是从内存中获取数据的过程.在处理器的指令周期中，"fetch"阶段是指从内存中获取指令的过程)

在你给出的代码中，inst_fetch函数的作用就是从虚拟地址pc指向的位置获取长度为len的指令，并将pc向前移动len个单位.这个函数是模拟CPU的指令获取阶段的一部分.

具体来说，inst_fetch函数做了以下几件事：

调用vaddr_ifetch函数从虚拟地址pc获取长度为len的指令.
将pc向前移动len个单位，以便下一次获取指令时能获取到正确的指令.
返回获取到的指令.

这个函数的返回值是获取到的指令，它是一个uint32_t类型的值.

#include <memory/vaddr.h>

static inline uint32_t inst_fetch(vaddr_t *pc, int len) {
  uint32_t inst = vaddr_ifetch(*pc, len);
  (*pc) += len;
  return inst;
}

static int decode_exec(Decode *s) {
  int rd = 0;
  word_t src1 = 0, src2 = 0, imm = 0;
  s->dnpc = s->snpc;

译码(instruction decode, ID)¶

接下来代码会进入decode_exec()函数, 它首先进行的是译码相关的操作. 译码的目的是得到指令的操作和操作对象, 这主要是通过查看指令的opcode来决定的. 不同ISA的opcode会出现在指令的不同位置, 我们只需要根据指令的编码格式, 从取出的指令中识别出相应的opcode即可.

和YEMU相比, NEMU使用一种抽象层次更高的译码方式: 模式匹配, NEMU可以通过一个模式字符串来指定指令中opcode, 例如在riscv32中有如下模式:

static int decode_exec(Decode *s) {
  int rd = 0;
  word_t src1 = 0, src2 = 0, imm = 0;
  s->dnpc = s->snpc;

#define INSTPAT_INST(s) ((s)->isa.inst.val)
#define INSTPAT_MATCH(s, name, type, ... /* execute body */ ) { \
  decode_operand(s, &rd, &src1, &src2, &imm, concat(TYPE_, type)); \
  __VA_ARGS__ ; \
}

gcc¶

-E -S -c -o file -g -v -nB