Gem5 में ISA में एक विशेष निर्देश कैसे जोड़ें

RISC-V निर्देश सेट आर्किटेक्चर (ISA) को कस्टम निर्देशों के साथ विस्तारित करने से विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए प्रदर्शन और अनुकूलन बढ़ सकता है। यह लेख RISC-V ISA में एक “मॉड्यूलो” निर्देश जोड़ने, इस निर्देश का उपयोग करके एक प्रोग्राम लिखने, इसे RISC-V कंपाइलर में एकीकृत करने और इसे Gem5 और Spike, एक ISA सिम्युलेटर पर निष्पादित करने की प्रक्रिया का मार्गदर्शन करता है।

सबसे पहले, riscv-tools इंस्टॉल करें:

$ git clone https://github.com/riscv/riscv-tools.git
$ git submodule update --init --recursive
$ export RISCV=/path/to/install/riscv/toolchain
$ ./build.sh

यह कमांड RISC-V टूलचेन का निर्माण करेगा। इसके बाद, हम निम्नलिखित सिंटैक्स और अर्थशास्त्र के साथ “मॉड्यूलो” निर्देश जोड़ेंगे:

mod r1, r2, r3 
Semantics: R[r1] = R[r2] % R[r3]

riscv-opcodes/opcodes फ़ाइल खोलें और mod निर्देश के लिए परिभाषा जोड़ें:

sra rd rs1 rs2 31..25=32 14..12=5 6..2=0x0C 1..0=3
...
mod rd rs1 rs2 31..25=1 14..12=0 6..2=0x1A 1..0=3
...

फिर, temp.h फ़ाइल बनाने के लिए निम्न कमांड चलाएँ:

cat opcodes-pseudo opcodes opcodes-rvc opcodes-rvc-pseudo opcodes-custom | ./parse-opcodes -c > ~/temp.h

temp.h फ़ाइल में, निम्नलिखित दो पंक्तियों को खोजें:

#define MATCH_MOD 0x200006b
#define MASK_MOD 0xfe00707f

इन दो पंक्तियों को riscv-gnu-toolchain/riscv-binutils-gdb/include/opcode/riscv-opc.h में जोड़ें। इसके बाद, riscv-gnu-toolchain/riscv-binutils-gdb/opcodes/riscv-opc.c फ़ाइल को संशोधित करें और riscv_opcodes[] सरणी में निम्न पंक्ति जोड़ें:

const struct riscv_opcode riscv_opcodes[] = {
    ...,
    {"mod", "I", "rd,rs1,rs2", MATCH_MOD, MASK_MOD, match_opcode, 0},
    ...
};

riscv-gnu-toolchain को फिर से कंपाइल करें। अब, परीक्षण करने के लिए एक C प्रोग्राम लिखें:

#include <stdio.h>

int main() {
    int a, b, c;
    a = 5;
    b = 2;
    asm volatile ("mod %[z], %[x], %[y]nt"
                 : [z] "=r" (c)
                 : [x] "r" (a), [y] "r" (b));
    if (c != 1) {
        printf("n[[FAILED]]n");
        return -1;
    }
    printf("n[[PASSED]]n");
    return 0;
}

संशोधित RISC-V कंपाइलर का उपयोग करके प्रोग्राम को कंपाइल करें:

$ riscv64-unknown-elf-gcc mod.c -o mod

mod निर्देश की जांच के लिए objdump का उपयोग करें:

$ riscv64-unknown-elf-objdump -dC mod > mod.dump

Gem5 में निर्देश जोड़ने के लिए, arch/riscv/decoder.isa को संपादित करें:

0x33: decode FUNCT3 {
    format ROp {
        0x0: decode FUNCT7 {
            0x0: add({{ Rd = Rs1_sd + Rs2_sd; }});
            ...
            0x10: mod({{ Rd = Rs1_sd % Rs2_sd; }});
            ...
        }
       ...
    }
   ...
}

असेंबलर में निर्देश मिलान निम्नानुसार किया जाता है:

((insn ^ op->match) & op->mask) == 0;

अंत में, स्पाइक सिम्युलेटर में निर्देश जोड़ने के लिए, riscv-isa-sim/riscv/encoding.h को संशोधित करें:

#define MATCH_MOD 0x200006b
#define MASK_MOD 0xfe00707f
...
DECLARE_INSN(mod, MATCH_MOD, MASK_MOD)

निम्नलिखित सामग्री के साथ riscv-isa-sim/riscv/insns/mod.h फ़ाइल बनाएँ:

WRITE_RD(sext_xlen(RS1 % RS2));

इस फ़ाइल को riscv-isa-sim/riscv/riscv.mk.in में जोड़ें और riscv-isa-sim/spike_main/disasm.cc में DEFINE_RTYPE(mod); पंक्ति जोड़ें। फिर, riscv-tools को फिर से कंपाइल करें। अब, “mod” निर्देश स्पाइक सिम्युलेटर में जोड़ दिया गया है।