Rocket - util - LanePositionedQueue

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简单介绍基于通道位置的队列（LanePositionedQueue）的实现。

 

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1. LanePositionedDecoupledIO

 

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包含多个lane的ReadyValid接口，其中：

a. maxVliad & maxReady：valid和ready信号的数量；

b. validBits1 & readyBits1：表示valid和ready的数量所需要的比特数；

c. lanes：包含多少个数据通路；

d. ready：允许输出数据的个数；

e. valid：可以输出数据的个数；

f. bits：我方要输出的数据：同时输出lanes个T类型的数据；

 

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相较于ReadyValidIO，有如下的区别：

a. bits包含多个通道的数据；

b. ready/valid有多个位；也就是说ready/valid不是一个标志位，而是一个值；

 

2. LanePositionedQueueIO

 

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使用LanePositionedDecoupledIO数据传递接口的队列接口。

 

其中：

a. lanes：通道数；

b. depth：队列深度，即队列中可以存放的元素的个数；

c. laneBitsU：表示lanes的数量所需要使用的比特数；

d. enq: 入队的接口；

 

入口的宽度为lanes，即一次最多可以入lanes个元素，即maxValid = lanes；而最多可以入队depth个元素，即maxReady = depth；

 

e. deq：出队的接口；

 

出口的宽度为lanes，即一次最多可以出lanes个元素，即maxReady = lanes；而最多可以出队depth个元素，即maxValid = depth；

 

f. enq_0_lane：没有使用，略；

g. deq_0_lane：没有使用，略；

 

3. LanePositionedQueueModule

 

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4. LanePositionedQueue

 

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5. LanePositionedQueueBase

 

基于通道位置的队列基本实现。因为是基本实现，不能直接使用，所以应该是抽象的：

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其实现类似于表格，把每个元素置于对应的行（row）列（lane）。

 

1) io

 

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通道数为lanes；队列深度为rows * lanes，即每行lanes个元素，总共有rows行。

 

2) capacity：容量，可以存放的元素的个数，即：rows * lanes；

3) rowBits: 表示行号所需要的比特数；

3) laneBits：表示通道号所需要的比特数；

4) laneBits1：没有被使用，忽略；

5) lane()

 

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计算向后移动add个元素之后，下一个lane的编号，以及是否发生了换行；

 

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a. 入队

 

入队io.enq.valid个元素，enq_lane表示入队之后下一个lane的编号，enq_wrap表示是否发生了反转即换行。

 

b. 出队

 

出队io.deq.ready个元素，deq_lane表示出队之后下一个lane的编号，deq_wrap表示是否发生了换行。

 

6) row()

 

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根据是否发生了换行，计算入队之后，当前行号以及下一行的行号。

 

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a. 入队

 

当前行号：enq_row，下一行的行号：enq_row1；

 

b. 出队

 

当前行号：deq_row，下一行的行号：deq_row1；

 

7) delta

 

入队的元素个数与出队的元素个数的差值：

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这是一个有符号数，也就是说可以为负值。

 

8) used & free

 

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队列（表格）中已有的和空闲的单元格的个数。

 

9) position

 

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a. enq_pos：入队单元格的序号；

b. deq_pos：出队单元格的序号；

c. diff_pos：enq_pos和deq_pos之间的单元格数；

d. 已用的和空闲的单元格数量之和为队列容量：assert(used + free === capacity.U)

e. used == diff_pos，或者队列满：assert(used === diff_pos || (diff_pos === 0.U && used === capacity.U))

 

10) io.enq.ready & io.deq.valid

 

不考虑pipe和flow：

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io.enq.ready表示允许入队的元素的数量，io.deq.valid表示允许出队的元素的数量；

 

断言：

a. 入队数量不超过允许入队的数量：assert(io.enq.valid <= io.enq.ready)

b. 出队的数量不超过允许出队的数量：assert(io.deq.ready <= io.deq.valid)

c. 入队的数量不超过lanes：assert(io.enq.valid <= lanes.U)

d. 出队的数量不超过lanes：assert(io.deq.ready <= lanes.U)

 

11) enq mask

 

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vmask指valid对应的mask，rmask指ready对应的mask，lmask指lane对应的mask。

 

a. UIntToOH1(x, width)：生成一个宽度为width的mask，低x位为1，其余的高位为0；

b. 2 * lanes：生成一个宽度为2*lanes的mask。意义：本行和下一行总共两行的mask。

c. +& enq_lane：低enq_lane位为1，在vmask/lmask/lmask中皆是如此；

d. io.enq.valid +& enq_lane：原有的元素所在的单元格，以及新入队元素对应的单元格，所对应的mask位都置为1；

e. io.enq.ready +& enq_lane：原有的元素所在的单元格，以及后续io.enq.ready个未使用的单元格，所对应的mask位都置为1，截取其中的低2*lanes位；

f. vmask & rmask：为1的mask位包含两部分：(enq_lane, 0]，(io.enq.valid + enq_lane, enq_lane]；

g. & (~lmask)：把位(enq_lane, 0]置0；

 

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撇开最后会被清零的位段(enq_lane，0]，其余部分的意义如下：

a. enq_vmask：本次入队io.enq.valid个元素所在单元格对应的位；

b. enq_rmask：当前行及下一行空闲单元格对应的位；

c. enq_lmask：当前行中已有元素对应的位；

d. enq_mask：本次入队io.enq.valid个元素所在单元格对应的位；

 

PS. 因为断言：assert(io.enq.valid <= io.enq.ready)，所以vmask中的位少于rmask中的位。在计算enq_mask时，是否仍有必要使用vmask & rmask？

 

12) deq mask：参考enq mask；

 

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13) deq_bits

 

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输出到io.deq.bits，但是输入没有实现。这也是LanePositionedQueueBase需要标记为抽象类的原因之一。

 

14) maybe_empty

 

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可能为空，并不一定为空。

a. 当入队换行和出队换行中只有一个发生时，更新maybe_full的值；

b. 因为入队换行和出队换行每次只换一行，所以当两个同时发生时，maybe_full的值不变；

c. 当入队没换行，出队发生换行时，maybe_full为真；

d. 当入队换行，出队没换行时，maybe_full为假；

 

总结一下：当出队追上入队所在的行时，可能为空。

 

15) bypass

 

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从deq_lane开始的lanes个单元格，如果是空闲的（!set），则直接把所对应的通道（i）上io.enq.bits(i)的值，透传给io.deq.bits(i)。

 

a. row0：入队行与出队行相同，并且是出队行追上入对行；

 

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b. row1：入队行 = 出队行 + 1；

 

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c. !row0 && !row1：入对行与出队行之间隔了一个或者多个行；

 

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d. deq_lmask中：(deq_lane, 0]为1，(2*lanes, deq_lane]为1；

 

e. 从deq_lane开始的lanes个单元格是否空闲，还是容易推导的，这里不再表述；

 

 

6. FloppedLanePositionedQueueModule

 

继承自LanePositionedQueueBase的可实例化的队列实现。

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把队列内存分成两个bank：

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分别从各自的bank中输出：

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分别向各自的bank中写入：

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7. FloppedLanePositionedQueue

 

简化创建FloppedLanePositionedQueue的方法。

 

8. OnePortLanePositionedQueueModule

 

因为没有使用，这里不做略去不做介绍。

 

9. 附录

 

略