基于CEVA DSP BX2的架构分析(六)-加载和存储单元（二）

6.4 指针修改机制

LS0和LS1都包含指针修改机制。当使用间接或索引寻址模式时，指针的修改可以与地址生成并行执行。在间接寻址模式中，指针包含地址，而在变址寻址模式下，指针包含偏移量（有关这些寻址模式的更多详细信息，请参阅第6.3.1节“间接寻址模式”和第6.3.2节“索引寻址模式”）。因为指针是在地址生成后修改的，所以这种修改被称为后期修改。

以下选项可用于指针后期修改：

• 后期增量：指针按指令中指定的访问宽度递增。访问宽度根据存储器访问操作确定，可以是一个、两个或四个。
• 步骤修改：将其中一个步骤寄存器添加到指针。可以用作步进寄存器的GRF寄存器子集列在pm（修改后）伪操作数的汇编语法部分，如CEVA-BX2体系结构规范第II卷所述。

步骤寄存器包含一个有符号的值，该值表示字节数。与前一选项相比，步骤修改不会根据访问宽度进行缩放。

该选项在指令中通过使用加号（+）来指定，该加号的步骤寄存器名称跟在地址规范后面。

• 偏移量修改：将宽度高达32位的有符号立即数添加到指针。立即数包含许多字节。与步长修改类似，偏移修改不根据访问宽度缩放。

该选项在指令中使用符号+#imm指定，其中#imm

表示有符号的立即数。

实施例6-7.间接寻址模式下的后增量

mov #0x100,r5.ui ; r5 is initialized with the value 0x100 nop nop ld (r5.ui).us+r20, r2.ui ld指令应用间接寻址模式，并使用指针r5。访问宽度为两个字节，在r2中进行零扩展。 使用后增量选项，它由符号+r20指定。生成的内存地址为0x100，ld指令后的指针值更新为r20的值。

实施例6-8. 步骤修改

mov #0x10004,r20.i ; Step register initialization. mov #0x200,r3.ui ; Offset initialization. nop nop ld (r0.ui+r3.i).ui+r20, r2.ui 使用步进寄存器r20对偏移量r3进行后修改。ld后r3的值指令为0x10204。 r20不根据访问宽度缩放，并且r0的内容不改变。

实施例6-9. 偏移量修改

mov #0x100,r5.ui ; r5 is initialized with the value 0x100. nop nop ld (r5.ui).us2+#10,r0.ui,r1.ui 指针r5按立即数#10递增。ld后r5的值指令为0x10A。

6.4.1 修改（modr）说明书

modr指令在不访问数据存储器的情况下修改指针。它指定要添加到其中的指针和值，可以由LS0和LS1执行。

该值可以是四个步骤寄存器之一，也可以是有符号立即数。立即数的宽度高达32位。

例6-10. modr指令

mov #0x50,r4.ui nop nop modr (r4.ui).ui+#256 指针r4使用立即数进行后期修改。后面的r4的值, 修改（modr）指令为0x150。

6.4.2 模缓冲区支持

由于地址指针在访问后进行后修改，ld和st指令的子集将地址指针限制在循环模缓冲区中。这些指令使用额外的操作数来指定模缓冲区的大小。此操作数在地址操作数之前指定，并以字节为单位保存缓冲区的大小，其中最大缓冲区大小为64K-1个字节。此操作数从GRF的子集（r22、r23、r28、r29）中选择，并应使用首选缓冲区大小M的值进行初始化。

模数运算意味着间接rN+pm_value上的后修改值保持在数据缓冲区限制内（其中pm_value.表示缩放或阶跃寄存器后修改）。当修改后的值（即rN+pm_value）超出缓冲区的边界时，可能出现以下情况：

• 如果pm_value>0，则新值为rN+pm_value–M。
• 如果pm_value<0，则新值为rN+pm_value+M。使用模数模式时，必须遵守以下规则：
• M必须大于或等于步长的绝对值（pm_value）。
• 指针应指向缓冲区内的地址。
• 访问指针加上访问宽度不应超过缓冲区边界。

例如，如果缓冲区结束于地址0x30C，并且指针值为0x30A，则不允许发出4字节访问。

缓冲区的起始地址必须在其k个LSB中包含零，其中k是满足2k大于或等于M的最小正整数。上界是起始地址+M-1。这意味着数据空间自动划分为多个循环缓冲区，以便每个缓冲区的下边界满足前面的条件。起始地址必须仅指向模缓冲区内的位置。

注：使用步进寄存器指定pm_value时，仅使用其低16位。后修改的符号根据步进寄存器的位号16确定。

例6-11. 模数-多个环绕缓冲区

mov #0x6,r0.ui ; Loop counter initialization mov #0x0c,r22.ui ; Initialize the modulo register with a buffer size of 12 bytes mov #0x4,r20.i ; Initialize step register with a step of 4 that is ≤ 12 mov #0x308,r4.ui ; Initialize read pointer mov #0x500,r6.ui ; Initialize write pointer nop LP_START:  brrcmplp {ge, calc3, ds2} r0.i,#-1,#1,#LP_START  ld r22.ui,(r4.ui).i+r20.i,r2.i  st r2.i,(r6.ui)+#4 在此示例中，读取指针用值0x308初始化，并位于起始地址为0x300的缓冲区中（四个LSB为零）。结束地址为0x30B（缓冲区大小为12）。 由于缓冲区大小为12，因此每次读取指针被0x4（r20）后修改时，如果生成的指针大于0x30B，则读取指针将被环绕到缓冲区的起始地址。 六次迭代期间r4的值为0x308、0x300、0x304、0x308、0x300和0x304。

6.4.3 加载和存储指令谓词

LSU支持断言（predicate）机制，该机制支持所有加载和存储指令的条件执行。整数、short和char的加载和存储使用单个断言（prX.b）进行谓词，而加载和存储双短类型（s2）则使用双谓词（prX.b2）进行谓语

设置断言时，加载和存储指令根据指令访问内存。清除标量断言时，不会发生加载或存储操作。即使断言被清除，也可以在加载操作中访问内部存储器；然而，由于该指令，没有写入目标寄存器，并且没有断言访问保护评估。清除标量断言时，不会访问外部内存。

6.5 内存访问

LS0和LS1单元都支持对数据存储器的各种类型的存储器访问。以下部分描述了描述每个访问的参数。

​​​​​​​6.5.1 未对齐的内存访问

硬件完全支持未对齐的数据内存访问，没有任何核心暂停周期。支持对齐和未对齐访问而不受惩罚的能力可以具有指令较少的优势，这导致提高核心性能和减少代码大小。

​​​​​​​6.5.2 Access参数

每个访问都具有以下参数：

• 访问类型：基本类型为8位字符（C）、16位短整型（S）和32位整型（S）。访问也可以是基本类型的倍数（例如，两个字符（C2））。
• 内存访问宽度：从一个字符（8位）到四个短整数/两个整数（64位），最多四个整数。
• 数据类型：这是有符号操作数或无符号操作数，在指令的语法中描述。默认情况下，内存操作数是符号扩展的。如果在指令中指定[，u]参数，则内存操作数将被视为无符号操作数，并进行零扩展。

​​​​​​​6.5.3 LSU操作

LSU可以操作加载和存储的数据类型。在加载操作中，LSU可以从内存中读取一个数据元素，更改元素类型，然后将其写入处理器寄存器。在存储操作中，LSU可以从处理器寄存器读取数据元素，更改元素类型，然后将其存储到内存中。

​​​​​​​6.5.4 标量加载和存储操作

标量加载和存储操作用于加载和存储GRF、ARF和SRF寄存器。LS0支持标量加载操作，它可以从内存中读取多达128位。LS1支持标量存储操作，它最多可以将128位写入内存。

例6-12. 标量加载操作

将立即数移动到用作基地址的地址指针： mov #0x1000，r7 使用索引寻址模式的标量调用： ld（#65+r7.ui）.us2，r10.ui，r5.ui 假设位置0x1040处的存储器内容是从存储器加载的两个8未整数，零扩展，并写入寄存器r10和r5： 地址 0x1047 0x1046 0x1045 0x1044 0x1043 0x1042 0x1041 0x1040 数值 0x76 0x1F 0x01 0x1B 0xCD 0x12 0x34 0x55 执行后： r10 = 0x00001234 r5 = 0x00001BCD

 

6.6 ​​​​​​​​​​​​​​写入序列后读取

写入缓冲区增加写入事务的延迟；然而，它必须对核心读取事务透明。地址匹配机制允许暂停尚未写入内存的核心读取数据。

访问存储器的每个读取事务都会生成额外的访问，以检查所需的数据是否在写入缓冲区中。一组比较器检查所请求的地址或其一部分是在地址延迟线中，还是在等待写入存储器的写入缓冲器中。然后，读取匹配机制为读取事务的每个字节生成暂停。

​​​​​​​6.7 GetBits机制

GetBits是一种可选的硬件可配置机制，它允许从存储器阵列读取数据，并从中提取不同长度的连续位字段。单个指令最多可以读取32位。

​​​​​​​6.7.1 支持寄存器

以下寄存器支持GetBits机制，如表 6-4中所述：

• StreamBuff：从中提取位字段的64位缓冲区。缓冲区由两个32位寄存器组成：StreamBuff1（MSP）和StreamBuff 0（LSP）。
• 一种临时32位缓冲区（TstreamBuff），用于存储从内存加载的数据。
• 一种模式和状态寄存器（GBCTL），其中存储当前字段指针和空状态。

表6-4.GetBits寄存器

寄存器名称	大小[位]	描述
StreamBuff0	32	流缓冲区的下部
StreamBuff1	32	流缓冲区的上部
TstreamBuff	32	从内存加载的传入数据的临时缓冲区
GBCTL	6	专用GetBits模式和状态寄存器： Bit[31]=诱人 设置何时可以将数据加载到TstreamBuff，即Tstream Buff为空。 位[4:0]=流式处理器 保存指向StreamBuff1中的位的指针，从中可以读取下一个字段

6.7.2 getbits指令

执行GetBits指令时，GetBits机制被激活。支持的格式为：

getbits{[show][，big]}（rN.ui）.ui+#4，rA.ui，rZ.ui getbits{[显示][，大]}

其中：

• rA或immB6指定要提取的字段的宽度，以位为单位。
• rZ指定存储提取字段的目标寄存器。
• rN指定在需要时将位流的延续从中加载到流缓冲区的内存指针。
• {big}确定如何处理数据：

• 如果指定，则数据被视为Big Endian。
• 如果不是，则将数据视为Little Endian。

• {show}在不更新缓冲区和streampter字段的情况下提取数据

GBCTL寄存器，如第6.7.4节“显示比特流”中所述。

在使用getbits提取位之前，应按照第6.7.5节“流初始化”中的描述初始化缓冲区。

有关getbits指令的结构和操作的更多详细信息，请参阅CEVA-BX2体系结构规范第二卷。

​​​​​​​6.7.3 作业流程图

getbits指令指定要从缓冲区提取的位数，以及该字段将更新的目标字段。StreamBuff1寄存器中要从中提取字段的指针在GBCTL寄存器的streampter字段中指定。指针以StreamBuff的MSB开始（在StreamBuff1中），字段向右扩展，朝向StreamBuffef的LSB。该字段最长可达32位，并且可以从StreamBuff1寄存器扩展到StreamBuffe0寄存器。

当执行getbits指令时，提取位字段，并将流指针与要在streampter字段中更新的提取字段的长度相加。如果添加后指针超过32位，则会发生以下情况：

1. 实际写入streampter的值环绕（即，从中减去32），以便streamptor始终指向StreamBuff1内部。
2. StreamBuff0复制到StreamBuff 1。
3. TstreamBuff被复制到StreamBuff0。
4. 设置了GBCTL寄存器中的temply字段，表示TstreamBuff不包含有效数据。

如果在执行getbits指令时设置了试探指示，则对由getbits指针操作数的值指向的TstreamBuff执行32位内存加载。指针更新为4。

图 6-2 显示了getbits指令期间的功能数据流。

图6-2. getbits指令的高级数据流

流中的位以Little Endian或Big Endian顺序从内存中读取（根据getbits指令中的{Big}开关），使内核能够以正确的方式读取流。

例6-13.使用getbits指令读取比特流

获取位（r0.ui）.ui+#4，#0xa，r3；从streamBuff寄存器读取10位。 此指令从streamBuff寄存器读取10位。r3被零扩展到32位。 假设： 流缓冲=0xd4c2_981a_77ef_01ba 流Ptr=25执行后： r3=0x0000_00d3 流Ptr=3个 如果设置了试探指示，则从存储器中r0指向的地址加载32位，并且r0更新4。

​​​​​​​6.7.4 显示位流

当在getbits指令中设置{show}开关时，位仅直接从streamBuff寄存器读取到目标操作数，并且GBCTL寄存器中的streamPtr字段不会更改。

此指令仅用于显示streamBuff的内容，而不修改它。指令读取的位数由另一个寄存器或指令中的立即数指定。并对此进行演示。

例6-14.使用getbits指令显示比特流

getbits (r0.ui).ui+#4, #0xa, r3 ; Read 10 bits from the streamBuff register. This instruction reads 10 bits from the streamBuff register. r3 is zero-extended to 32 bits. Assuming: • streamBuff = 0xd4c2_981a_77ef_01ba • streamPtr = 25 Then after execution: • r3 = 0x0000_00d3 • streamPtr = 3 If the tempty indication is set, 32 bits are loaded from the address pointed at by r0 in the memory, and r0 is updated by 4.

图6-3.使用getbits指令显示比特流

6.7.5 ​​​​​​​​​​​​​​流初始化

要初始化位流读取机制，请执行以下操作：

1. 将流的前64位加载到streamBuff1和StreamBuff0中
2. 寄存器（每个寄存器通过单独的指令）。
3. 清除GBCTL寄存器中的streamPtr字段，以指示streamBuff已满。
4. 将temply字段设置为1，以指示TstreamBuff寄存器为空。

例6-15.GetBits流初始化

r0 is assumed to point to the start of the bit stream in memory.           ld (r0.ui).ui+#4, r5.ui           mov r5.ui, streamBuff1.ui ; initializing streamBuff high part.           ld (r0.ui).ui+#4, r5.ui           mov r5.ui, streamBuff0.ui ; initializing streamBuff low part.           mov #0x80000000, r5.ui           mov r5.ui, gbctl           ; Clear streamptr,                                      ;Set the TstreamBuff empty indication