登录/ 注册
 找回密码
 立即注册
关闭

CSDN热搜

程序园 精品问答 技术交流 资源下载
返回列表 发新帖
首页 › 业界区 › 业界 ›一生一芯学习：pa2.1 RTFM

一生一芯学习：pa2.1 RTFM

胆饬 2025-10-1 17:16:36
前面的内容后面再补，因为近期要C考核了，所以先准备下C考核所需的内容。
RTFSC(2)
整理一条指令在NEMU中的执行结果
从函数中跳转，宏嵌套中慢慢进入最终的代码，人肉gdb一下，
比如在sdb中执行一次si，那么根据cmd_si代码那我们会跳转到cpu_exec()中
  1. static int cmd_si(char *args) {
  2.   if (args == NULL) {
  3.     cpu_exec(1);
  4.     return 0;
  5.   }
  7.   int i = atoi(args);
  8.   if (i <= 0) {
  9.     printf("Invalid argument '%s'\n", args);
  10.   } else {
  11.     cpu_exec(i);
  12.   }
  14.   return 0;
  15. }
复制代码
从exec_once()中跳转到isa_exec_once()中。
  1. /* Simulate how the CPU works. */
  2. void cpu_exec(uint64_t n) {
  3.   g_print_step = (n < MAX_INST_TO_PRINT);//一次执行太多步就不打印了，bool类型的gprintstep就赋值为false
  4.   //printf("%d\n",nemu_state.state);
  5.   switch (nemu_state.state) {
  6.     case NEMU_END: case NEMU_ABORT: case NEMU_QUIT:
  7.       printf("Program execution has ended. To restart the program, exit NEMU and run again.\n");
  8.       return;//如果状态是结束了，出错了，退出了就打印“退出nemu”。
  9.     default: nemu_state.state = NEMU_RUNNING;//默认running
  10.   }
  12.   uint64_t timer_start = get_time();//获取执行指令前的时间
  14.   execute(n);
  16.   uint64_t timer_end = get_time();//获取执行指令后的时间
  17.   g_timer += timer_end - timer_start; //看执行了多久。
  19.   switch (nemu_state.state) {
  20.     case NEMU_RUNNING: nemu_state.state = NEMU_STOP; break;
  22.     case NEMU_END: case NEMU_ABORT:
  23.       Log("nemu: %s at pc = " FMT_WORD,
  24.         //nemu出错或者异常退出就用红色打印，正常退出就绿色打印。  
  25.         (nemu_state.state == NEMU_ABORT ? ANSI_FMT("ABORT", ANSI_FG_RED) :
  26.            (nemu_state.halt_ret == 0 ? ANSI_FMT("HIT GOOD TRAP", ANSI_FG_GREEN) :
  27.             ANSI_FMT("HIT BAD TRAP", ANSI_FG_RED))),
  28.           nemu_state.halt_pc);
  29.       // fall through
  30.     case NEMU_QUIT: statistic();
  31.   }
  32. }
复制代码
从isa_exec_once中在跳转到decode_exec()函数中
  1. static void execute(uint64_t n) {
  2.   Decode s;
  3.   initBuffer(&cb); // 初始化环形缓冲区，大小为BUFFER_SIZE
  4.   for (;n > 0; n --) {
  5.     exec_once(&s, cpu.pc);
  6.     g_nr_guest_inst ++;
  7.     trace_and_difftest(&s, cpu.pc);
  8.     if (nemu_state.state != NEMU_RUNNING) {break;}
  9.     IFDEF(CONFIG_DEVICE, device_update());
  10.   }/*条件编译宏，如果CONFIG_DEVICE被定义，则调用device_update函数，如果 CONFIG_DEVICE 没有被定义，
  11.   这一行什么都不会生成（等价于被注释掉）。*/
  12.   printBuffer(&cb);
  13. }
复制代码
inst_fetch()是在snpc中获取一条长度为4字节的指令赋值给s->inst，然后执行一遍decode_exec()并返回decode_exec()的返回值。
先一次性将decode_exec()代码全部贴出，很长
  1. static void exec_once(Decode *s, vaddr_t pc) {
  2.   s->pc = pc;//当前指令地址
  3.   s->snpc = pc;//静态下一条指令地址，默认为pc+4
  5.   // if(s->pc == 0x80001480){
  6.   //   printf("找到一场入口地址\n");
  7.   //   nemu_state.state = NEMU_STOP;
  8.   // }
  10.   isa_exec_once(s);
  11.   cpu.pc = s->dnpc;//动态下一条指令，可能跳转或者分支改变
  12. #ifdef CONFIG_ITRACE//如果启用了 CONFIG_ITRACE，会记录指令的详细信息到日志缓冲区 s->logbuf：
  13.   char *p = s->logbuf;
  14.   
  15.   p += snprintf(p, sizeof(s->logbuf), FMT_WORD ":", s->pc);//FMT_WORD：格式化字符串（如 "0x%08x"），用于输出 PC 地址。
  16.   //printf("0x%08x\n",s->pc);
  17.   //printf("0x%08x\n",s->snpc);
  18.   int ilen = s->snpc - s->pc; //计算指令长度
  19.   int i;
  20.   uint8_t *inst = (uint8_t *)&s->isa.inst;
  21.   // printf("inst = 0x%08x\n",s->isa.inst);
  22.   // printf("inst ***= 0x%08x\n", *inst);
  23. #ifdef CONFIG_ISA_x86
  24.   for (i = 0; i < ilen; i ++) { //x86是小段，从低地址开始打印
  25. #else
  26.   for (i = ilen - 1; i >= 0; i --) {//riscv是大段，从高地址开始打印
  27. #endif
  28.     p += snprintf(p, 4, " %02x", inst[i]); //把指令打印出来
  29.   }
  30.   int ilen_max = MUXDEF(CONFIG_ISA_x86, 8, 4); //不是x86ilenmax就是4
  31.   int space_len = ilen_max - ilen;   //计算需要填充的空格数
  32.   if (space_len < 0) space_len = 0; //
  33.   space_len = space_len * 3 + 1;
  34.   memset(p, ' ', space_len);
  35.   p += space_len;
  37.   void disassemble(char *str, int size, uint64_t pc, uint8_t *code, int nbyte);//反汇编指令
  38.   disassemble(p, s->logbuf + sizeof(s->logbuf) - p,   //将反汇编指令出来后传到logbuf里面
  39.       MUXDEF(CONFIG_ISA_x86, s->snpc, s->pc), (uint8_t *)&s->isa.inst, ilen);
  40.             //muxdef，有点像  ？：，
  41.   enqueue(&cb, s->logbuf);
  43. #endif
  44. }
复制代码
其中INSTPAT()意思是
首先我们来解析一下里面的宏函数

  • 先来看一下这个INSTPAT_MATCH()定义了一条模式匹配规则
INSTPAT(模式字符串, 指令名称, 指令类型, 指令执行操作);如果匹配上了，那就直接用C语言的goto跳转到INSTPAT_END表示为
  1. int isa_exec_once(Decode *s) {
  2.   s->isa.inst = inst_fetch(&s->snpc, 4);
  3.   //return一个0回去，但是现在并没有使用这个返回值，可以忽略他。
  4.   return decode_exec(s);
  5. }
复制代码
其中的s是译码所需的信息比如pc,snpc,dnpc,isa,logbuf(用于ITRACE)
其中的decode_operand
  1. static int decode_exec(Decode *s) {
  2.   int rd = 0;
  3.   word_t src1 = 0, src2 = 0, imm = 0;
  4.   s->dnpc = s->snpc;
  6. #define INSTPAT_INST(s) ((s)->isa.inst)
  7. #define INSTPAT_MATCH(s, name, type, ... /* execute body */ ) { \
  8.   decode_operand(s, &rd, &src1, &src2, &imm, concat(TYPE_, type)); \
  9.   __VA_ARGS__ ; \
  10. }
  12.   INSTPAT_START();
  13.   //INSTPAT(模式字符串, 指令名称, 指令类型, 指令执行操作);
  14.   INSTPAT("??????? ????? ????? ??? ????? 00101 11", auipc  , U, R(rd) = s->pc + imm);
  15.   INSTPAT("??????? ????? ????? ??? ????? 01101 11", lui    , U, R(rd) = imm);     
  17.   INSTPAT("0000000 ????? ????? 101 ????? 00100 11", srli   , I, R(rd) = src1 >> BITS(imm, 5, 0));
  18.   INSTPAT("0000000 ????? ????? 001 ????? 00100 11", slli   , I, R(rd) = src1 << BITS(imm, 5, 0));
  19.   INSTPAT("0100000 ????? ????? 101 ????? 00100 11", srai   , I, R(rd) = (int32_t)src1 >> BITS(imm , 4 , 0) );
  20.   INSTPAT("??????? ????? ????? 100 ????? 00000 11", lbu    , I, R(rd) = Mr(src1 + imm, 1));
  21.   INSTPAT("??????? ????? ????? 000 ????? 00100 11", addi   , I, R(rd) = src1 + imm);
  22.   INSTPAT("??????? ????? ????? 011 ????? 00100 11", sltiu  , I, R(rd) = (src1 < imm) ? 1 : 0);
  23.   INSTPAT("??????? ????? ????? 010 ????? 00100 11", slti   , I, R(rd) = ((int32_t)src1 < ((int32_t)imm)) ? 1 : 0);
  24.   INSTPAT("??????? ????? ????? 000 ????? 00000 11", lb     , I, R(rd) = SEXT(Mr(src1 + imm, 2),8));
  25.   INSTPAT("??????? ????? ????? 001 ????? 00000 11", lh     , I, R(rd) = SEXT(Mr(src1 + imm, 2),16));
  26.   INSTPAT("??????? ????? ????? 101 ????? 00000 11", lhu    , I, R(rd) = Mr(src1 + imm, 2));
  27.   INSTPAT("??????? ????? ????? 010 ????? 00000 11", lw     , I, R(rd) = Mr(src1 + imm, 4));
  28.   INSTPAT("??????? ????? ????? 111 ????? 00100 11", andi   , I, R(rd) = src1 & imm);
  29.   INSTPAT("??????? ????? ????? 100 ????? 00100 11", xori   , I, R(rd) = src1 ^ imm);
  30.   INSTPAT("??????? ????? ????? 110 ????? 00100 11", ori    , I, R(rd) = src1 | imm);
  32.   //CSR寄存器
  33.   INSTPAT("??????? ????? ????? 001 ????? 11100 11", csrrw  , I,  
  34.   if(imm == 0x305){  //mtvec
  35.     R(rd) = cpu.mtvec;
  36.     cpu.mtvec =  src1;
  37.   };
  38.   if(imm == 0x300){ //mstatus
  39.     R(rd) = cpu.mstatus;
  40.     cpu.mstatus =  src1;
  41.   };
  42.   if(imm == 0x341){ //mepc
  43.     R(rd) = cpu.mepc;
  44.     cpu.mepc =  src1;
  45.   };
  46.   if(imm == 0x342){ //mcause
  47.     R(rd) = cpu.mcause;
  48.     cpu.mcause =  src1;
  49.   };
  50. );
  52.   INSTPAT("0000000 00000 00000 000 00000 11100 11", ecall  , I, s->dnpc = isa_raise_intr(11,s->pc);etrace());
  53.   INSTPAT("??????? ????? ????? 010 ????? 11100 11", csrrs  , I,
  54.   if(imm == 0x305){  //mtvec
  55.     R(rd) = cpu.mtvec;
  56.     cpu.mtvec |=  src1;
  57.   };
  58.   if(imm == 0x300){ //mstatus
  59.     R(rd) = cpu.mstatus;
  60.     cpu.mstatus |=  src1;
  61.   };
  62.   if(imm == 0x341){ //mepc
  63.     R(rd) = cpu.mepc;
  64.     cpu.mepc |=  src1;
  65.   };
  66.   if(imm == 0x342){ //mcause
  67.         // printf("??????????????????????????*****\n");
  68.     R(rd) = cpu.mcause;
  69.     cpu.mcause |=  src1;
  70.   };
  71. );
  73.   INSTPAT("??????? ????? ????? 010 ????? 01000 11", sw     , S, Mw(src1 + imm, 4, src2));
  74.   INSTPAT("??????? ????? ????? 001 ????? 01000 11", sh     , S, Mw(src1 + imm, 2, src2));
  75.   INSTPAT("??????? ????? ????? 000 ????? 01000 11", sb     , S, Mw(src1 + imm, 1, src2));
  76.   INSTPAT("??????? ????? ????? 011 ????? 01000 11", sd     , S, Mw(src1 + imm, 8, src2));
  78.   INSTPAT("??????? ????? ????? ??? ????? 11011 11", jal    , J, R(rd) = s->pc + 4;
  79.    s->dnpc = s->pc + imm;
  80.    IFDEF(CONFIG_FTRACE, {
  81.     if (rd == 1) {
  82.         call_trace(s->pc, s->dnpc);
  83.     }})
  84.    );
  85.   INSTPAT("??????? ????? ????? 000 ????? 11001 11", jalr   , I, R(rd) = s->pc + 4;
  86.    s->dnpc = (src1 + imm) & (~1);
  87.    IFDEF(CONFIG_FTRACE,{
  88.     if (s->isa.inst == 0x00008067)
  89.         ret_trace(s->pc);
  90.     else if (rd == 1) {call_trace(s->pc, s->dnpc);}
  91.     else if (rd == 0 && imm == 0) {call_trace(s->pc, s->dnpc);}
  92.    })
  93.    );
  94.   INSTPAT("0000000 ????? ????? 101 ????? 01100 11", srl    , R, R(rd) = src1 >> BITS(src2, 4, 0));
  95.   INSTPAT("0000000 ????? ????? 000 ????? 01100 11", add    , R, R(rd) = src1 + src2);
  96.   INSTPAT("0000000 ????? ????? 001 ????? 01100 11", sll    , R, R(rd) = src1 <<  BITS(src2 , 4 , 0));
  97.   INSTPAT("0000000 ????? ????? 010 ????? 01100 11", slt    , R, R(rd) = ((int32_t)src1 < (int32_t)src2) ? 1 : 0);
  98.   INSTPAT("0000000 ????? ????? 011 ????? 01100 11", sltu   , R, R(rd) = src1 < src2 ? 1 : 0);
  99.   INSTPAT("0000000 ????? ????? 100 ????? 01100 11", xor    , R, R(rd) = src1 ^ src2);
  100.   INSTPAT("0000000 ????? ????? 110 ????? 01100 11", or     , R, R(rd) = src1 | src2);
  101.   INSTPAT("0000000 ????? ????? 111 ????? 01100 11", and    , R, R(rd) = src1 & src2);
  102.   INSTPAT("0100000 ????? ????? 101 ????? 01100 11", sra    , R, R(rd) = (int32_t)src1 >> BITS(src2 , 4 , 0));
  103.   INSTPAT("0100000 ????? ????? 000 ????? 01100 11", sub    , R, R(rd) = src1 - src2);
  104.   INSTPAT("0000001 ????? ????? 000 ????? 01100 11", mul    , R, R(rd) = (unsigned)src1 * (unsigned)src2);
  105.   //INSTPAT("0000001 ????? ????? 100 ????? 01100 11", div    , R, R(rd) = src1 / src2);
  106.   //INSTPAT("0000001 ????? ????? 110 ????? 01100 11", rem    , R, R(rd) = src1 % src2);
  107.   //INSTPAT("0000001 ????? ????? 111 ????? 01100 11", remu   , R, R(rd) = (unsigned)src1 % (unsigned)src2);
  108.   //INSTPAT("0000001 ????? ????? 101 ????? 01100 11", divu   , R, R(rd) = (unsigned)src1 / (unsigned)src2);
  109.   INSTPAT("0000001 ????? ????? 001 ????? 01100 11", mulh   , R, R(rd) = ((int64_t)(int32_t)src1 * (int64_t)(int32_t)src2) >> 32;);
  110.   INSTPAT("0000001 ????? ????? 010 ????? 01100 11", mulhsu , R, R(rd) = ((int64_t)(int32_t)src1 * (int64_t)(uint32_t)src2) >> 32;);
  111.   INSTPAT("0000001 ????? ????? 011 ????? 01100 11", mulhu  , R, R(rd) = ((int64_t)(uint32_t)src1 * (int64_t)(uint32_t)src2) >> 32;);
  112.   INSTPAT("0000001 ????? ????? 100 ????? 01100 11", div    , R, if (src2 == 0) R(rd) = -1;else if ((int32_t)src1 == INT32_MIN && (int32_t)src2 == -1) R(rd) = INT32_MIN;else R(rd) = (int32_t)src1 / (int32_t)src2;);
  113.   INSTPAT("0000001 ????? ????? 101 ????? 01100 11", divu   , R, if (src2 == 0) R(rd) = 0xFFFFFFFF;else R(rd) = (uint32_t)src1 / (uint32_t)src2;);
  114.   INSTPAT("0000001 ????? ????? 110 ????? 01100 11", rem    , R, if (src2 == 0) R(rd) = (int32_t)src1;else if ((int32_t)src1 == INT32_MIN && (int32_t)src2 == -1) R(rd) = 0;else R(rd) = (int32_t)src1 % (int32_t)src2;);
  115.   INSTPAT("0000001 ????? ????? 111 ????? 01100 11", remu   , R, if (src2 == 0) R(rd) = (uint32_t)src1;else R(rd) = (uint32_t)src1 % (uint32_t)src2;);
  116.   INSTPAT("0011000 00010 00000 000 0000 011100 11", mret   , R, s->dnpc = cpu.mepc);
  117.   //div注释：
  118.   //匹配 div 指令（有符号除法）。
  119.   //如果除数 src2 为 0，结果规定为 -1。
  120.   //如果被除数是最小负数（INT32_MIN），除数为 -1，结果规定为 INT32_MIN（防止溢出）。
  121.   //否则正常做有符号除法。
  122.   
  123.   //printf("mulh:%lx\n", (int64_t)(~src1+1) * (int64_t)src2));
  124.   //正确的a5:0001 1001 1101 0010 1001 1010 1011 1001
  125.   //INSTPAT("0000001 ????? ????? 001 ????? 01100 11", mulh   , R, R(rd) = SEXT(src1 * src2, 32));
  126.   //把寄存器 x[rs2]乘到寄存器 x[rs1]上，都视为 2 的补码，将乘积的高位写入 x[rd]。
  127.   
  128.   INSTPAT("??????? ????? ????? 000 ????? 11000 11", beq    , B,
  129.     // if(s->pc == 0x800115c0){
  130.     // printf("src1 =%d\n",src1);
  131.     // printf("src2 =%d\n",src2);
  132.     // printf("pc =0x%08x\n",s->pc);
  133.     // printf("imm =0x%08x\n",imm);
  134.     // printf("dnpc =0x%08x\n",s->dnpc);  
  135.     // }
  136.     // printf("src1 =%d\n",src1);printf("src2 =%d\n",src2);
  137.     // printf("pc =0x%08x\n",s->pc);printf("imm =0x%08x\n",imm);
  138.     // printf("dnpc =0x%08x\n",s->dnpc);
  139.     if(src1 == src2) s->dnpc = s->pc + imm);
  140.   INSTPAT("??????? ????? ????? 001 ????? 11000 11", bne    , B, if(src1 != src2) s->dnpc = s->pc + imm);
  141.   INSTPAT("??????? ????? ????? 100 ????? 11000 11", blt    , B, s->dnpc = ((int32_t)src1< (int32_t)src2) ? s->pc + imm : s->dnpc);
  142.   INSTPAT("??????? ????? ????? 101 ????? 11000 11", bge    , B, s->dnpc = ((int32_t)src1>=(int32_t)src2) ? s->pc + imm : s->dnpc);
  143.   INSTPAT("??????? ????? ????? 110 ????? 11000 11", bltu   , B, s->dnpc = (src1< src2) ? s->pc + imm : s->dnpc);
  144.   INSTPAT("??????? ????? ????? 111 ????? 11000 11", bgeu   , B, s->dnpc = (src1>=src2) ? s->pc + imm : s->dnpc);
  147.         INSTPAT("0000000 00001 00000 000 00000 11100 11", ebreak , N, NEMUTRAP(s->pc, R(10))); // R(10) is $a0
  148.   INSTPAT("??????? ????? ????? ??? ????? ????? ??", inv    , N, INV(s->pc));
  149.         INSTPAT_END();
  151.   R(0) = 0; // reset $zero to 0
  153.   return 0;
  154. }
复制代码
理解为译码的预处理，BITS()的用法有点像verilog中的变量[1：0]的味道，也就是取这个区间的位宽，在看riscv手册中提到，指令中的源寄存器，目的寄存器，立即数基本上都有对应的位置。如果检测到一条指令是什么类型的便把需要的值赋给rs1,rs2,*rd,imm即可。此外SEXT()用于符号扩展。在匹配过程最后有一条inv的规则，如果前面所有的匹配模式都没有成功那就把此指令视为非法指令
此时取指、译码功能便实现了，接下来就是执行，访存、回写。
INSTPAT("??????? ????? ????? ??? ????? 00101 11", auipc  , U, R(rd) = s->pc + imm);
都在后面的R(rd) = s->pc + imm实现了。
这个操作懂了之后，后面运行更多的程序你就知道怎么做了。
首先程序会被riscv工具链交叉编译之后生成机器码之后将一串数据放到img中，你的nemu就根据img的值不断取指、译码、执行、访存、回写等等。那你此时只需要去看am的cpu-test被汇编成什么指令，比如展示一下dummy.c汇编出来的东西放在了dummy-riscv32-nemu.txt，你就只需看你少了什么指令然后补充上去就可以了。
下一期介绍一下cpu-test一堆例程是如何跑在nemu上运行的，顺便复习一下对AM的理解。

来源：程序园用户自行投稿发布，如果侵权，请联系站长删除
免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！

使用道具 举报
晦险忿
昨天 00:42

举报

感谢，下载保存了
B Color Image Link Quote Code Smilies
您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册
发帖
胆饬
昨天 00:42

0

粉丝关注

20

主题发布

板块介绍填写区域，请于后台编辑
微信扫一扫