Rocket - util - MaskGen

https://mp.weixin.qq.com/s/_aJqf1cFJDK5RVRBhxTWOw

 

介绍MaskGen的实现。

 

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1. 基本介绍

 

给定总线宽度beatBytes，根据访问的地址（address）和访问的字节数（bytes = 2^lgSize），生成访问字节的掩码。

 

2. 实现

 

思路不复杂，写法很难懂。重构一下，提高可读性。

 

1) 首先忽略groupBy，清爽很多：

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2) 把addr_lo重命名为address，把lgSize重命名为size，这样可以很明显的看出来address/size是一对参数。把内部的局部变量size重命名为siz。

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3) 把beatBytes重命名为width，同时把lgBytes重命名为lgWidth

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4) log2Up与log2Ceil意义相同，且被废弃，使用log2Ceil替代。替代之后发现，无需重新计算，直接使用lgWidth即可：

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5) nbit的命名挺别扭，既不符合RTL习惯（bit_n），也不符合软件习惯（有下滑波浪线提示）。因为只有一处使用，所以可以直接去掉，无需使用临时变量。

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上面这些重构比较简单，基本上都是从形式上进行。

 

6) 把helper重命名为getMask

 

从apply的返回值看，helper的返回值即是最终生成的掩码，只是位序相反。所以把helper从中性无意义的名字，修改为getMask这一个表示用途的名称：

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7) i的意义

 

helper是递归方法，i每次减一。

 

helper(0)返回1位掩码：1 = 2^0；

helper(1)返回2位掩码：2 = 2^1；

helper(2)返回4位掩码：4 = 2^2；

 

把helper(i)中的i从对数值，换成原值，参数i的意义就是要返回的掩码位数：helper(n)，n为要返回的掩码的位数。

 

helper(1)返回1位掩码；

helper(2)返回2位掩码；

helper(4)返回4位掩码；

 

调整内部对n的使用：

a. 对数值减法换为原值的除法；

b. 判断对数值为0，等价于判断原值为1；

 

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8) 提取重复代码：log2Ceil(width / n)

 

width为mask的总宽度，n为要求取的掩码数。

width/n是把原有总共width个比特分成n个组（group），其值为每个组包含的比特数。

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这样n的意义，除了表示求取的掩码数，也表示把原width个比特，划分成的小组的数目。

 

9) j重命名为group

 

生成掩码时使用的序号为j:

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因为每个小组一个掩码，这个j同时也是小组的编号，将其从中性无意义的j，重命名为group，以表示小组的编号：

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10) 重命名getMask为getMaskForNGroups

 

把getMask重命名为更清楚表达用途的名称getMaskForNGroups：

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11) acc的意义

 

MaskGen是要生成访问内存的掩码。可以推测acc是访问（access）的意思。

 

更进一步，acc是一个标志位，标志着否访问所对应的group。这里有两个不同的可能意义：

a. 访问组内的比特对应的全部字节；

b. 访问组内的比特对应的部分字节；

 

12) n == 1

 

当n=1时，把所有width个比特看出一个整体，生成一位掩码。其实现为：

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其中：acc = size >= UInt(lgWidth)，eq = Bool(true)。

 

当acc=true时，size >= lgWidth，即要访问的长度，大于总线宽度。也就是说width个字节都要访问，即组内各比特对应的字节全部都要访问。这里把上面acc两种可能意义中的b排除掉了。

 

13) sub_acc

 

所谓sub，实际上是上一个层次，即当自己为1/4时，所在的1/2。

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从acc的实现可以看出，如果sub_acc为真，则acc为真。意义为：如果width个比特中，如果某1/2的acc为真，则标志着这1/2个比特对应的字节全部都要访问，那么包含在这1/2中的2个1/4自然也都是要访问的。

 

14) bit = address(lgBitsInEachGroup)

 

用于计算地址中的偏移量，如同样访问一个字节，从0x0000开始访问与从0x0001开始访问的掩码是不同的，分别为0b0001和0b0010。

 

根据bitsInEachGroup的不同，其所对应的地址偏移量也不同。

如果小组内有1个比特，则每个组占用的偏移量为1个字节；

如果小组内有2个比特，则每个组占用的偏移量为2个字节；

如果小组内有4个比特，则每个组占用的偏移量为4个字节；

 

bit代表address中，与group占字节数相对应的地址位。比如：

当bitsInEachGroup=1时, lgBitsInEachGroup=0，取address的第0位，该位代表的偏移量为1；

当bitsInEachGroup=2时, lgBitsInEachGroup=1，取address的第1位，该位代表的偏移量为2；

当bitsInEachGroup=4时, lgBitsInEachGroup=2，取address的第2位，该位代表的偏移量为4；

 

15) siz = sizeOH(lgBitsInEachGroup)

 

与小组占字节数相对应的大小位：

当bitsInEachGroup=1时, lgBitsInEachGroup=0，取sizeOH的第0位，代表访存大小是否为1；

当bitsInEachGroup=2时, lgBitsInEachGroup=1，取sizeOH的第1位，代表访存大小是否为2；

当bitsInEachGroup=4时, lgBitsInEachGroup=2，取sizeOH的第2位，代表访存大小是否为4；

 

siz用于计算acc：

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在sub_acc为假的情况下，即当前1/4所在的1/2没有被完全访问的情况下，计算当前1/4是否被全部访问。

 

siz为其中一个条件，意义为：访存大小等于当前1/4所含的比特数。

a. 如果访存大小小于当前1/4所含的比特数，则无法全部涵盖当前1/4，则acc=false；

b. 如果访存大小大于当前1/4所含的比特数，则size大于等于1/2包含的比特数；同时因为sub_acc为假，所以当前1/4所在的1/2都没有被访问。那么当前1/4也没有被访问，即acc=false；

 

16) eq

 

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eq的意义为：当前小组是否被访问（全部或者部分）。

当n=1，即所有width个比特都在一个组内的情况下，eq为真，即总被访问（全部或者部分）。

 

sub_eq的意义为：当前1/4小组所在的1/2小组是否被访问。若要所在的1/2没有被访问，则当前1/4也不可能被访问：

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如果所在的1/2全部被访问，则sub_acc=true，两个1/4的acc也都为true；

如果所在的1/2部分被访问，则sub_acc=false，两个1/4中只有一个被访问。至于哪一个被访问，则与bit的值有关。

 

第一个1/4（group%2=0）是否被访问与!bit相同；

第二个1/4（group%2=1）是否被访问与 bit相同；

 

即：

如果bit=0，则第一个1/4被访问；

如果bit=1，则第二个1/4被访问；

 

结合bit的意义：

如果bit=0，则从基地址0开始访问；

如果bit=1，则需要加上一个偏移量；

 

17) eq的命名

 

eq是equal的缩写，相等的意思。

相等涉及两个参量，a=b，这里的eq表示谁和谁相等呢？

 

被访问的小组和当前小组？

 

这个名称提示意义不足。

 

18) acc总结：

 

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若要acc为真，有两种可能：

a. sub_acc为真，即1/4所在的1/2全部要访问；

b. siz && eq: 访问的大小与当前小组的大小一致，并且当前小组被访问。也就是当前小组被全部访问。

 

19) acc与eq重命名

 

acc => allBitsInGroupAccessed;

eq => anyBitsInGroupAccessed;

 

这样是不是更容易理解一些？

 

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3. groupBy

 

按注释：

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groupBy的功能是把width个比特，分成每groupBy个比特一组，每一组中原来的掩码使用OR reduction求一个值作为新的掩码值。

 

然而groupBy的实现是错的。没有发现是因为现有工程中，没有使用groupBy的功能，都是默认值1。

 

实现中：

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else里面求取的是_._1，即allBitsInGroupAccessed。也就是说分组中全部的比特都要被访问，而不是只要一个比特被访问即可，是AND reduction，而非OR reduction。

 

_._2即anyBitsInGroupAccessed是OR reduction，但是生成的mask是错误的。所以groupBy的实现实际上是错误不可用的。

 

把groupBy加回来：

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1) 没有必要判断groupBy == width

当width == groupBy时，else中返回的也是UInt(1)，所以没有必要单独判断：

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2) width / groupBy

 

groupBy即是每个小组中包含的比特数，width / groupBy是分成的小组的个数。

 

3) UInt(groupBy * 2 - 1)

 

生成一个掩码，其中位[groupBy-1, 0]为1。

 

4) 对sizeOH的影响

 

若读取的字节数大于groupBy包含的比特数（每个比特对应一个字节），则没有影响；

若读取的字节数小于groupBy包含的比特数，则相当于把读取的字节数拓宽到groupBy中包含的比特数个字节。

 

例如：

size=0（读取的字节数为1），groupBy=2（最小分组包含2个比特）：

原sizeOH=0b01，新sizeOH=0b11。

 

sizeOH(1)=1，起到读取了2个字节的效果。

 

4. 实例

 

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参考链接：https://docs.qq.com/sheet/DUWZaWXdFcW1TYW56?opendocxfrom=admin&preview_token=&coord=J2%24J2%240%240%240%240&tab=5xebeq

 

很遗憾的是，与注释中的例子不一样：

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欢迎指出我的错误之处，谢谢！

 

5. 附录

 

略