HexagonDSP的内存操作

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HexagonDSP的内存操作

概述

Hexagon处理器配备了load/store架构，数值与逻辑计算均在寄存器上进行操作。清晰定义的load指令可将内存中的操作数存放于寄存器中，store指令可将寄存器中的操作数存放于内存中。有一部分指令（mem-ops）可直接在内存上进行数值与逻辑操作。

地址空间已封装，所有的访问都以线性地址空间为目标，可访问的值可以是指令或者数据。

内存模型

本章介绍Hexagon处理器的内存模型

地址空间

Hexagon处理器拥有一个32位的字节可寻址内存地址空间。整个4G的线性地址空间可由用户指定。同时Hexagon处理器还提供虚拟内存机制。

字节序列

Hexagon处理器属于小端机器:内存中的低位地址在寄存器中的最低位，如下图所示：

对齐

Hexagon处理器虽然能够进行字节地址的编程，指令以及数据在内存中必须被对齐到特定的地址边界

 指令与指令包必须是32位对齐

 数据必须对齐至本地访问大小

未对其的指令访问将会导致内存对齐异常

置换内存指令在应用中用来应用未对其的向量数据。Load与store指令仍然是内存对齐的；然而置换指令可以使数据更加轻松地重新安排寄存器

内存的Load指令

内存可以以字节，半字或双字尺寸来导入。数据类型支持有符号与无符号型数据。语法类型为 ,XX用来表示数据类型：

内存stores

内存可以以字节，半字，字或双字尺寸存储。语法运用类似于，X意味着数据的类型。下图总结了可支持的store指令：

双存储

两个存储指令可以出现在同一个指令包中。这种指令被称作双存储

{
memw(R5) = R2 // dual store
memh(R6) = R3
}
与大多数可封装的指令不同，双存储指令无法被并行的执行。在指令中，第一位置的指令被先执行，而后在执行第二个指令。

新值存储

在同一个指令包中，内存存储指令可存储一个对齐了新值的寄存器。这种功能可通过加入前缀来使用，例如：

{
R2 = memh(R4+#8) // load halfword
memw(R5) = R2.new // store newly-loaded value
}
新值存储有如下限制

如果指令调用自动加或绝对集合寻址模式，其地址寄存器不能被用于新值寄存器。

如果指令产生了一个64位的结果或操作与浮点指令。其结果寄存器不能被用于新值寄存器。

如果设置为新值存储器的寄存器是有条件的，那么使用新值寄存器的指令也必须是有条件的。这两个都必须有分支评价。否则执行的结果将会是未知的。

Mem-ops

Mem-ops可以在内存上进行基础的数值，逻辑以及位运算，无需单独的load或store指令。Mem-ops可以操作字节，半字或字。下图显示了mem-ops的语法：

寻址模式

下图总结了可支持的寻址模式：

有条件的load/store

某些load以及stora治疗可以有条件的基于分支值来执行，这些分支的值在以前的指令中被设置。编译器产生有条件的Load和store指令用来提高指令的并行级别

有条件的load以及store在汇编语言中通过指令前缀“if来实现，pred_expr定义了分支预测寄存器的表达，例如：

if (P0) R0 = memw(R2) // conditional load
if (!P2) memh(R3 + #100) = R1 // conditional store
if (P1.new) R3 = memw(R3++#4) // conditional load
并不是所有的寻址模式都支持有条件的load与store指令。

寻址方式的细节将会在下一章单独为一篇

内存缓存

Hexagon处理器配备了基于缓存的内存架构

 一级指令缓存可保存最近执行的指令

 一级数据缓存可保存最近访问的内存

可通过缓存访问内存的Load/store指令被定义为缓存访问

特殊内存区域可被配置，从而实现缓存或非缓存访问。可通过Hexagon内存管理模块（MMU）来配置。

两种支持缓存的模式

 写入缓存使缓存中的数据与内存中数据保持一致，时刻将缓存中数据写入到内存中

 写回缓存允许缓存中保存的数据被立即保存到内存中。不一致的数据被标记为dirty。

 Hexagon处理器包括精细的缓存维持治疗用于将dirty数据移除出内存。

内存序列

某些设备可能会在访问时需要存储与导出的同步。在这种情况时，需要一系列处理器指令来使能程序控制来同步内存访问的序列。

数据内存访问以及程序内存访问在软件中被区别开来。软件需要确保在数据与程序代码中的一致性。

例如，对于生成或自我修改的代码，代码将会被放置于数据缓存区并与软件缓存不一致。此时，软件必须强迫被更改的数据清晰的被写入内存中。一个障碍指令在这时可以确保store指令的正确执行。最终，相关指令缓存内容需要更新并重新提取新的指令

如下为案例代码序列：

memw(R1) = R0
dccleana(R1) // force data out of data cache
barrier // ensure data is in memory
icinva(R1) // clear it from instruction cache
isync // ensure icinva instr is finished
jumpr R1 // can now execute code at R1
原子操作

Hexagon处理器包括了LL/SC(导入锁/存储状态转移)机制来提供原子实现。这对于实现同步信号量、互斥量是非常重要的。下图描述了原子指令的操作

如下为官方推荐的取得互斥锁的代码：

// assume mutex address is held in R0
// assume R1,R3,P0,P1 are scratch
lockMutex:
R3 = #1
lock_test_spin:
R1 = memw_locked(R0) // do normal test to wait
P1 = cmp.eq(R1,#0) // for lock to be available
if (!P1) jump lock_test_spin
memw_locked(R0,P0) = r3 // do store conditional (SC)
if (!P0) jump lock_test_spin // was LL and SC done atomically?
如下为官方推荐的释放互斥锁的代码：

// assume mutex address is held in R0
// assume R1 is scratch
R1 = #0
memw(R0) = R1
原子的操作用于支持AXI总线的外部访问。为实现外部内存的导入锁操作。操作系统必须定义内存页为不可缓存项，否则CPU的操作可能为未知。

在可缓存的内存中，页必须被设置为可缓存的并且可写回，否则CPU行为可能未知。可缓存内存必须在线程需要同步其他数据时使用

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