Rocket - tilelink - Atomics

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简单介绍Atomics中数学运算、逻辑运算的实现。

 

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1. io

 

Atomics是一个硬件模块，他继承自Modules：

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IO端口定义如下：

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其中：

a. write: 是否写操作；

b. a：输入操作类型及一个操作数；

c. data_in：输入另一个操作数；

d. data_out：输出计算结果；

 

2. Arithmetic params

 

处理channel a传入的params：

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Channel A上的ArithmeticData消息的params定义如下：

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对应代码，可以看到params各比特的意义：

a. io.a.params(2)：如果这一位为1，则表明运算为加法运算；

b. io.a.params(1)：如果这一位为1，则表明为无符号运算；

c. io.a.params(0)：如果这一位为1，则表明为取最大值运算；如果为0，则为取最小值运算；

 

3. Arithmetic

 

数学运算逻辑的实现如下：

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1) signBit

 

io.a.mask中的每一位对应着io.a.data中的一个字节。mask中为0的位对应的字节无效，不参与运算。mask中为1的位对应的字节才可以参与运算。那么io.a.data的符号，则由io.a.mask中最高的值为1的位对应的字节决定。

 

signBit的意义即为取出mask中最高的一个为1的位。只有mask中最高的值为1的位对应的比特值为1，其余比特的值都为0。这样可以作为掩码选出io.a.data中决定符号的字节。

 

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这个左移一位相与的实现，有一个隐含条件：mask中值为1的比特要连续。

 

这一点由规范中对io.a.mask的要求来满足：

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2) inv_d

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如果是加法，则直接使用原值即可。如果是减法，则需要取反加一。

 

3) sum

 

相加：

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a. 把io.a.mask中的每一位扩展为8位：FillInterleaved(8, io.a.mask)

b. 使用扩展之后的掩码去掩io.a.data，把无效的字节掩掉：FillInterleaved(8, io.a.mask) & io.a.data

c. 与inv_d相加： + inv_d

 

根据inv_d的取值，决定结果是和还是差：io.a.data - io.data_in = io.a.data + ~io.data_in + 1。

所以如果sum是差值，那么还需要加1才是真正的差值。

 

4) sign

 

计算输入参数的符号：

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a. 输入参数x是一个UInt；

b. 取出x中每一个字节的最高位：x.toBools().grouped(8).map(_.last).toList；

c. 把最高位组成一个UInt；

d. 取出最高有效字节的最高位：& signBit；

e. 以Bool类型输出最高位：.orR()；

 

5) pick_a

 

如果运算是比较大小的话，是选择第一个参与比较的数字a，还是选择比较对象d：

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如果选择较大的数，而a大于d则选择a；

 

6) a_bigger

 

a是不是比d大：

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a. 如果a和d的符号不同，则取决于a_bigger_uneq的值，这个下面介绍。

 

b. 如果a和d的符号相同，则取决于两者之差的符号，即取决于sum的符号，及sign_s的值。

 

这里的一个小trick是sum并不是真正的差值，而是差值减了1的值。即：

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sign_s是sum的符号，sign_s == 0等价于sum >= 0：

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a - d >= 1的情况下，a一定大于d，不包括a == d的情况。

 

这里利用了a == d的情况下，取a或者d都是一样的，来规避求差值需要减1的逻辑消耗。

 

7) a_bigger_uneq

 

这个名字中的uneq意思就是a和d的符号不同：

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A. 如果unsigned == 1：

a. 如果sign_a == 1，那么sign_d == 0，a更大，a_bigger_uneq == 1；

b. 如果sign_a == 0，那么sign_d == 0，a更小，a_bigger_uneq == 0；

 

B. 如果unsigned == 0：

a. 如果sign_a == 1为负数，那么sign_d == 0为正数，a更小，a_bigger_uneq == 0；

b. 如果sign_a == 0为正数，那么sign_d == 0为负数，a更大，a_bigger_uneq == 1；

 

可以看到a_bigger_uneq可以很好的表示两个数值的大小。

 

4. Logical

 

Logical的计算比较简单，把第一个参数和第二个参数相应的位组合在一起，总共有四种情况，组成序号0/1/2/3，根据这个序号去查表即可得到逻辑运算的结果：

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5. 运算结果输出

 

可能输出的有四个值：0=d, 1=a, 2=sum, 3=logical

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根据每一种操作（io.a.opcode决定）所需要值确定一个序号，然后再使用这个序号从序列中取值即可：

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这里根据io.a.mask，逐个字节取值。无效字节使用io.data_in中的值。