BOOMのTLBに関する調査 (1. TLBのインタフェース)

BOOMのTLBに関してその仕様と動作を調査する。SonicBOOMのTLBは以下の場所に定義されている。

chipyard/generators/boom/src/main/scala/lsu/tlb.scala

github.com

このNBDTLBがそれに相当する。NBDというのはNonBlockingの意味だと思う。

class NBDTLB(instruction: Boolean, lgMaxSize: Int, cfg: TLBConfig)(implicit edge: TLEdgeOut, p: Parameters) extends BoomModule()(p) {
  require(!instruction)
  val io = IO(new Bundle {
    val req = Flipped(Vec(memWidth, Decoupled(new TLBReq(lgMaxSize))))
    val miss_rdy = Output(Bool())
    val resp = Output(Vec(memWidth, new TLBResp))
    val sfence = Input(Valid(new SFenceReq))
    val ptw = new TLBPTWIO
    val kill = Input(Bool())
  })

インタフェースをまとめる。

• req = Flipped(Vec(memWidth, Decoupled(new TLBReq(lgMaxSize))))：TLBアクセスのリクエストを受け付ける
  • valid
  • ready
  • TLBReq(lgMaxSize)：
    • vaddr = UInt(width = vaddrBitsExtended)：変換対象となる仮想アドレス
    • passthrough = Bool()：あまり使用用途が分からないが、アドレスをそのままパススルーしたいときに使用する。
    • size = UInt(width = log2Ceil(lgMaxSize + 1))対象となるアドレスサイズ。TLBのエントリサイズ
    • cmd = Bits(width = M_SZ)：読み込み・書き込みなどのメモリリクエストの種類を示す。
• miss_rdy = Output(Bool())：TLBアクセスが実行中に1となる。

• resp = Output(Vec(memWidth, new TLBResp))：TLBアクセスに対するレスポンスを出力する。

  • TLBResp
    • miss: Bool：TLBエントリにヒットせずPTWが発生したことを示す
    • paddr: UInt(width = paddrBits)：変換後の物理アドレス
    • pf: TLBExceptions：Page Faultを示す（ものと思われる）
      • ld: Bool / st: Bool / inst: Bool：ロード・ストア・命令フェッチのどれに対するエラー化を示す。
    • ae: TLBExceptions：Access Errorを示す（ものと思われる）
      • ld: Bool / st: Bool / inst: Bool
    • ma: TLBExceptions：Misaligned Acccesを示す（ものと思われる）
      • ld: Bool / st: Bool / inst: Bool
    • cacheable: Bool：Cachable領域へのアクセスかどうかを示す
    • must_alloc: Bool：TLBエントリへのAllocationをしなければならない
    • prefetchable: Bool：プリフェッチ可能なアドレスかどうかを示す。

• ptw = new TLBPTWIO：ページテーブルウォークを行うためのインタフェース

  • req = Decoupled(Valid(new PTWReq))：PTWのリクエスト信号
    • valid
    • addr = UInt(width = vpnBits)：変換対象となる仮想アドレスのVPNビット

  • resp = Valid(new PTWResp).flip：PTWのレスポンス信号

    • ae = Bool()：Access Error（と思われる）

    • pte = new PTE：Paget Table Entry、ページテーブルエントリ

      • ppn: UInt(width = 54)
      • reserved_for_software: Bits(width = 2)
      • d: Bool
      • a: Bool
      • g: Bool
      • u: Bool
      • x: Bool
      • w: Bool
      • r: Bool
      • v: Bool
    • level = UInt(width = log2Ceil(pgLevels))：変換時のレベル
    • fragmented_superpage = Bool()
    • homogeneous = Bool()
  • ptbr = new PTBR().asInput：PTBR（おそらくSATPのことだと思われる）の信号
  • status = new MStatus().asInput：MSTATUSシステムレジスタの情報
  • pmp = Vec(nPMPs, new PMP).asInput：PMPの情報
  • customCSRs = coreParams.customCSRs.asInput：カスタムCSRの情報
• kill = Input(Bool())：処理を殺すための使用する