Gem5’te ISA’ya Özel Komut Ekleme

RISC-V komut seti mimarisini (ISA) özel komutlar ekleyerek genişletmek, belirli uygulamalar için performansı artırabilir ve optimizasyon sağlayabilir. Bu makale, RISC-V ISA’ya bir “modulo” komutu eklemeyi, bu komutu kullanan bir program yazmayı, RISC-V derleyicisine entegre etmeyi ve Gem5 ve Spike ISA simülatöründe çalıştırmayı anlatmaktadır.

İlk olarak, riscv-tools’u kurmanız gerekir:

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

Bu komut, RISC-V araç zincirini oluşturur. Ardından, aşağıdaki sözdizimi ve semantiğe sahip “modulo” komutunu ekleyeceğiz:

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

riscv-opcodes/opcodes dosyasını açın ve mod komutu için tanımı ekleyin:

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
...

Sonra, temp.h dosyasını oluşturmak için aşağıdaki komutu çalıştırın:

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

temp.h dosyasında, aşağıdaki iki satırı bulun:

#define MATCH_MOD 0x200006b
#define MASK_MOD 0xfe00707f

Bu iki satırı riscv-gnu-toolchain/riscv-binutils-gdb/include/opcode/riscv-opc.h dosyasına ekleyin. Devam ederek, riscv-gnu-toolchain/riscv-binutils-gdb/opcodes/riscv-opc.c dosyasını düzenleyin ve riscv_opcodes[] dizisine aşağıdaki satırı ekleyin:

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

riscv-gnu-toolchain‘i yeniden derleyin. Şimdi, test etmek için bir C programı yazalım:

#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;
}

Programı, değiştirilmiş RISC-V derleyicisiyle derleyin:

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

mod komutunu incelemek için objdump kullanın:

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

Gem5’e komutu eklemek için arch/riscv/decoder.isa dosyasını düzenleyin:

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

Assembler’da komut eşleştirme şu şekilde yapılır:

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

Son olarak, Spike simülatörüne komutu eklemek için riscv-isa-sim/riscv/encoding.h dosyasını düzenleyin:

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

Aşağıdaki içerikle riscv-isa-sim/riscv/insns/mod.h dosyasını oluşturun:

WRITE_RD(sext_xlen(RS1 % RS2));

Bu dosyayı riscv-isa-sim/riscv/riscv.mk.in dosyasına ekleyin ve riscv-isa-sim/spike_main/disasm.cc dosyasına DEFINE_RTYPE(mod); satırını ekleyin. Ardından, riscv-tools‘u yeniden derleyin. Artık “mod” komutu Spike simülatörüne eklenmiştir.