Навигатор

My RISC-V home

Индекс

Инструкции
расширения A
(атомарные операции)

RV32A

• LR.W
• SC.W
  
  
• AMOSWAP.W
  
  
• AMOADD.W
• AMOAND.W
• AMOOR.W
• AMOXOR.W
• AMOMAX.W
• AMOMAXU.W
• AMOMIN.W
• AMOMINU.W

RV64A

• LR.D
• SC.D
  
  
• AMOSWAP.D
  
  
• AMOADD.D
• AMOAND.D
• AMOOR.D
• AMOXOR.D
• AMOMAX.D
• AMOMAXU.D
• AMOMIN.D
• AMOMINU.D

Набор команд: RV32A – с .W и RV64A – с .D

Формат: R

Операнды: rs1 – адрес памяти, rd и rs2 – регистры

Действие: если зарезервированные ранее командой LR данные не были изменены, то rd := 0, (rs1) := rs2; иначе rd < > 0 и запись в память отменяется

Примечания

1. SC = Store-Conditional.
2. Работает «в паре» с LR. Параметры LR и SC (адрес, число байтов) должны совпадать.
3. В 64-битном режиме в команде с .W при записи в регистр rd в 32-битном слове расширяется знак.
4. Адрес памяти в rs1 должен быть выровнен в соответствии с разрядностью операнда (т.е. делиться без остатка на 4 для .W и на 8 для .D). При нарушении возникает исключительная ситуация (exception). Возможность работы с невыровненными данными не предполагается.
5. Общие правила для задания значений битов aq (acquire – захват) и rl (release – освобождение) такие же, как и в остальных инструкциях расширения A. Но во всех (немногочисленных) имеющихся примерах используются только нулевые значения битов aq и rl – см. пример 2.
6. Инструкции с .W отличаются от таковых с .D значением в поле func3 (2 или 3 соответственно). Остальной код совпадает.

Пример 1

Инструкция SC.W x31, x7, (x11) выполняет следующие действия. Сначала проверяет сохранность всех 4 байтов данных в ОЗУ с адреса из x11 (точнее говоря, факт отсутствия записи в них после LR). Затем устанавливает x31 = 0 при отсутствии изменений и ненулевое значение в противном случае. Только когда проверка была успешной и x31 = 0, содержимое младших 4 байт из x7 записывается в память, начиная с адреса из x11.
Код инструкции содержит следующие поля:

поле	разрядность	содержимое	примечание
func5	5 битов	00011	всегда
aq	1 бит	0	aq = 0
rl	1 бит	0	rl = 0
rs2	5 битов	00111	x7
rs1	5 битов	01011	x11
func3	3 бита	010	всегда
rd	5 битов	11111	x31
opcode	7 битов	0101111	всегда

Итоговый код

00011 00 00111 01011 010 11111 0101111₂ = 18 75 AF AF₁₆

Пример 2

Атомарная организация занятия ресурса с помощью пары команд LR/SC (как обычно, значение 1 – это занято, 0 – свободно; предполагается, что в x20 находится адрес памяти).

       addi x12, x0, 1	    # константу занятости 1 заносим в x12
again: lr.d x10, (x20)	    # считываем признак занятости для проверки
       bne x10, x0, again   # повторить, если кем-то уже занято (x10<>0)
       sc.d x11, x12, (x20) # пытаемся занять
       bne x11, x0, again   # повторить, если не удалось (x11<>0)
# ...
       sd x0, 0(x20)	    # освобождаем (заносим 0)

Пример 3

В известной книге Дэвида Паттерсона и Джона Хеннесси “Computer Organization and Design. The Hardware/Software Interface: RISC-V Edition” кроме приведенного выше примера 2 дана еще одна рекомендация по использованию пары LR/SC: между ними можно поместить несколько команд атомарной модификации прочитанного из памяти содержимого. Команд не должно быть много и допускаются не все инструкции, но так можно делать. Например, упомянуты примитивы синхронизации atomic compare and swap (CAS, близко к AMOSWAP) и atomic fetch-and-increment (полный аналог AMOADD).

Насколько я понимаю, следуя этой идее, атомарное увеличение счетчика можно написать так.

again: lr.d x6, (x10)	  # считываем значение из памяти
       addi x6, x6, 1	  # +1
       sc.d x7, x6, (x10) # пытаемся записать результат
       bne x7, x0, again  # повторять, если не удалось (x7<>0)

Хотя, конечно, вариант с AMOADD выглядит проще и привлекательнее.