LaCC 接口

LaCC(Loongarch32R Custom Coprocessor Interface) 接口是 Open-LA500 用于扩展自定义指令的接口。

指令格式

方向为协处理器视角

通道	方向	宽度	信号名	描述
全局	input	1	lacc_flush	当处理器触发异常或分支预测失败时将该信号置位
请求	input	1	lacc_req_valid	处理器核发送请求
请求	input	LACC_OP_WIDTH	lacc_req_command	指令中的command域
请求	input	7	lacc_req_imm	指令中的imm域
请求	input	32	lacc_req_rj	第一个寄存器的值
请求	input	32	lacc_req_rk	第二个寄存器的值
回复	output	1	lacc_rsp_valid	指令完成信号，处理器将继续执行
回复	output	32	lacc_rsp_rdat	写回寄存器的数据
访存请求	output	1	lacc_data_valid	向dcache发送的访存请求信号
访存请求	input	1	lacc_data_ready	dcache当前是否可以接受请求
访存请求	output	32	lacc_data_addr	访存地址
访存请求	output	1	lacc_data_read	是否为读请求
访存请求	output	32	lacc_data_wdata	写入数据
访存请求	output	2	lacc_data_size	访存数据大小 2'b00: byte 2'b01: half 2'b10: word
访存回复	input	1	lacc_drsp_valid	dcache发送的回复信号写请求将会在第二周期接收到该回复读请求将会在dcache成功后接收
访存回复	input	32	lacc_drsp_data	访存得到的数据

在解码阶段解析 lacc 指令，并将 op 和 imm 发送给执行阶段
在执行阶段lacc_req_valid为1，lacc接口将接受 lacc 指令并暂停，直到lacc_rsp_valid为高才会将指令发送给下一级
如果需要访存，可以将 lacc_data_valid 置高并设置访存地址及大小等信息。当lacc_data_valid和lacc_data_ready同时为高则当前请求成功发送至dcache。
当指令执行完成之后将lacc_rsp_valid置高，指令将从 exe 级继续执行

lacc读请求时序,读取地址为0x1C0FFF38，读取数据为0x00000000

lacc写请求时序，写入地址为0x1C0FFEE8,写入数据为0x70A3A52B

添加自定义指令只需两步：

修改mycpu.h中的LACC_OP_SIZE为自定义指令数量（若LACC_OP_SIZE为1需要修改LACC_OP_WIDTH为1），并且取消HAS_LACC的注释
在lacc_core.v中删除示例lacc_demo，写入自定指令代码

demo实现了从两个地址载入向量，点乘之后再存入缓存中的功能，代码位于lacc_demo.v中。

指令	op	rj	rk	描述
op_cfg	1	size	waddr	设置写回地址及向量长度
op_lmadd	0	addr1	addr2	设置需要计算的两个内存地址，对位相加再存入waddr

状态	说明	转换条件	下一状态
IDLE		lacc_req_valid & op_lmadd	REQ_ADDR1
REQ_ADDR1	访问addr1的数据	data_hsk(访问addr1数据)	REQ_ADDR2
REQ_ADDR2	访问addr2的数据	data_hsk(访问addr2数据)	FINAL
FINAL	计算结果并写回	data_hsk & req_size_nz(写入数据且size!=0)	REQ_ADDR1
FINAL		data_hsk & ~req_size_nz	IDLE

data_hsk即lacc_data_valid & lacc_data_ready，表明当前访存请求发送成功。

数据控制

使用buffer_valid信号表示第一个地址的数据是否被接收。wdata_valid表示写回数据准备完成

当buffer_valid & lacc_drsp_valid为高时说明第二个地址的数据已经返回，在该周期计算buffer_data+lacc_drsp_rdata并写入wdata

我们可以使用".word xxxxxxx"的格式在汇编中添加自定义指令。但是这种方式阅读不够友好，并且不利于操作数读写，例如

	asm volatile (
		"move $r5, %[addr]\n\t"
		"move $r6, %[para]\n\t"
		".word 0xc00018a0\n\t"
		::[addr]"r"(addr),[para]"r"(para)
		:"$r5", "$r6"
	);

修改编译器

我们可以修改binutils使得编译器可以识别自定义指令。

下载loongarch toolchain: https://gitee.com/loongson-edu/la32r-toolchains/tree/master
进入src/la32r_binutils/opcodes,打开loongarch-opc.c,在loongarch_fix_opcodes结构体中添加

{0xc0000000, 0xf0000000, "lacc", "u22:6,r0:5,r5:5,r10:5,u15:7", 0, 0, 0, 0}

自定义指令的格式为:

lacc command, rd, rj, rk, imm

上例可以修改为：

	asm volatile (
		"lacc 0x0, $r0, %[addr], %[para], 0x0\n\t"
		::[addr]"r"(addr), [para]"r"(para)
	);