Rocket - tilelink - SRAM

Posted 2022-10-02 wjcdx

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简单介绍SRAM的实现。

 

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1. 基本介绍

 

实现一个支持读写的静态存储器。存取的内容可以使用ECC进行编解码和验证。

 

2. TLRAM

 

TLRAM是DiplomaticSRAM的子类：

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1) 类参数

 

a. address：支持的地址集合；

b. cacheable：是否可被缓存；

c. executable：是否可执行；

d. beatBytes：数据总线宽度；

e. ecc：ECC编码参数；

f. devName：设备名称；

 

2) 限定条件

 

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a. eccBytes：ECC编码每次处理的数据字节数；

b. code：编码类型；

c. eccBytes需要大于1，并且是2的幂；

d. 数据总线宽度需要大于1，并且是2的幂；

e. ECC编码一次编解码的字节数要小于等于总线宽度，否则无法提供足够的数据给ECC编码使用；

 

3) diplomacy node

 

diplomacy node用于与其他节点连接，并协商参数。

 

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需要注意的是，这是一个manager节点，也就是他没有下游节点，只能作为节点路径上的最后一个节点。

 

使用类参数生成一个manager的参数：

a. address：使用类参数address生成一个地址集合序列；

b. regionType：根据是否可以缓存进行赋值，即上游节点是否可以缓存SRAM中的数据，SRAM节点本身是不支持缓存的；

c. supportsXXX：不支持burst请求；

d. fifoId：安装FIFO顺序处理请求；

 

使用类参数生成一个ManagerPort的参数：

a. beatBytes：使用类参数beatBytes赋值；

b. minLatency = 1：最低延迟一个时钟周期才能回复响应消息，即a.fire()和d.fire()之间间隔至少一个时钟周期；

 

4) lazy module

 

lazy module用于实现节点的内部逻辑。这里主要是实现SRAM的读写，以及编解码逻辑。

 

下面先介绍不考虑sublane（a_rmw_mask == 0）并且eccBytes == 1的情况。

 

A. 只有一条输入边，而没有输出边

 

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符合最下游节点的位置特点。

 

B. 计算需要多少个ECC编解码通道

 

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因为每个ECC编解码的数据字节数有限，为了满足beatBytes个字节的数据同时编解码的要求，需要使用多个通道，同时进行编解码。

 

C. 生成一块同步读/同步写的内存

 

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mem是一块SyncReadMem：

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D. 用于存储channel a请求信息的寄存器：

 

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其中：

a. d_ram_valid：注释的意思是：如果刚从SRAM中读出来的那个时钟周期，那么d_ram_valid为真；其他时钟周期其值为0；

 

 

E. 解码原始数据

 

根据之前对ECC的介绍，对部分变量进行了重命名：

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a. d_raw_data

 

按ECC编解码通道进行划分的原始数据，从内存中读取：

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b. d_decoded

 

把每一个编解码通道读取的的数据使用编码算法code进行解码。

 

c. d_decoded_out：解码结果：修正后的数据；

d. d_decoded_raw：未解码前的数据，码文中的原始数据；

e. d_decoded_corrected：是否进行过纠错；

f. d_decoded_uncorrectable：是否存在无法纠正的错误；

 

g. d_need_fix：如果进行过纠错，则需要修正数据；

h. d_error：如果存在无法纠正的错误，则出现错误；

 

F. 通知纠正和不可纠正错误的信息：

 

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G. 生成回写的数据

 

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回写是指读取数据，发现错误，进行纠正，然后写回正确数据。

如果eccBytes==1，那么upd=0；回写的是fix也就是ecc纠正之后的数据。

 

H. 生成每个ECC通道是否回写的掩码

 

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a. d_wb_lanes_mask：如果发生过纠错，该通道就需要回写；

b. d_wb_poison：存在不可纠正的错误，或者输入的数据有错误；意义是要回写的数据有毒（有错误）；

 

I. 是否回写：

 

如果从ram中读取了数据，并且进行了纠错，就要回写：

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J. 保持解码结果和错误信息：

 

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K. 组装响应消息到in.d：

 

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a. in.d.bits.data

 

如果d_ram_valid为真，那么使用d_decoded_raw。

注释中说，因为d_pause的原因，使用未修正的数据也是安全的。因为如果发生了纠错，那么d_pause就为真，此时in.a/in.d都是被关闭的：

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考虑到minLatency=1，也就是说in.d在至少一个时钟周期后才能返回，那时候d_ram_valid=0，返回的是d_held_data，这是纠错之后的数据。

整理一下，即：

fire() => d_ram_valid = 1 => in.d.bits.data := d_decoded_raw

=> 至少1个时钟周期 => d_ram_valid = 0 => in.d.bits.data = d_held_data

 

b. in.d.bits.corrupt

 

这里使用的是d_error，也就是存在不可纠正的错误时才会回复数据出错。

也就是可以纠正的错误不会回复数据出错。

 

L. d_pause

 

如果刚读取到的数据需要修正，那么就先暂停接收请求和回复响应：

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其中：

如果d_pause为真，表明接收了一个读请求，d_full应当为真；

 

M. 解析接收到的请求：

 

??

 

N. a_sublane

 

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意思是：某些通道没有足够的数据供编解码使用。

 

这里假设eccBytes == 1，先忽略a_sublane。

 

O. 读使能，以及所需ECC通道的掩码：

 

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P. d.fire()则d_full为假：

 

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Q. 默认值

 

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这里的默认值，实际上是作为最后一个else语句使用。也就是说别处的判断赋值未触发的情况下，就触发这个默认赋值。

 

R. a.fire()

 

解析并存储请求的各项信息：

??

 

这里跟上面的结合在一起，对a_ram_valid的赋值语句为：

when (in.a.fire())

d_ram_valid := a_ren

otherwise

d_ram_valid := Bool(false)

 

S. 读写使能

 

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a. wen：如果需要回写纠正后的数据，或者不是一个读请求，那么需要向SRAM中写数据；

b. ren：如果不是写使能，那么就在a.fire的那个时钟周期打开读使能。这有两个效果：首先，写使能优先；其次，读使能只打开一个时钟周期。

 

T. 生成写逻辑：

 

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其中：

a. addr：如果回写，则使用d_address，即有问题数据的地址；否则使用a_address，即要写的数据的地址；

b. sel：如果回写，则使用d_wb_lanes_mask，即发生了修正的ECC通道组成的掩码；否则使用a_lanes_mask，即从in.a.bits.mask中获取到要写哪些数据字节的掩码；

c. dat：如果回写，则使用ECC纠正后的数据作为写入内存的数据；否则使用in.a.bits.data作为写入内存的数据；

d. poison：如果回写，则根据是否有不能纠正的错误来确定要写入的数据是否有毒；否则使用in.a.bits.corrupt来确定；

e. coded：对数据进行编码；如果不能检错，那么就认为没有错；

f. write：写入的是编码后的数据；

 

U. 不支持channel b/c/e：

 

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3. 流程分析：回写情景

 

这里对读取数据有误而后成功修复后进行回写的流程，进行简单分析。

 

1) 读取数据

 

A. a.fire()

 

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B. ren打开

 

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C. read

 

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D. decode

 

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E. d_pause

 

因为d_need_fix为真，所以这里暂停channel a/d：

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2) 回写数据

 

A. d_wb：需要回写

 

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B. 回写的数据

 

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C. 回写的掩码

 

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3) 写数据

 

A. wen

 

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B. write

 

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4) 何时回复Get请求？

 

ren打开读取内存数据的下一个时钟周期，d_ram_valid == 0，使得d_pause = 0，进而in.d.valid == 1，可以回复AccessAckData消息：

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4. sublane

 

sublane的意义为：某些通道没有足够的数据供编解码使用。

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如果eccBytes == 1，ECC通道要么使用，要么不使用，不存在数据不够用的情况。

 

数据不够ECC通道使用，包含如下几种情况：

a. PutPartial请求中的mask可以为任意值，如果eccBytes == 2，而mask = 0x1011，那么其中一个通道就只有一个字节可以使用，此时就无法进行编码；

b. PutFull请求的大小小于eccBytes，这样数据也不够；如eccBytes == 2，而size==0要写一个字节；

c. Get请求的大小小于eccBytes，虽然也能使a_sublane为真，但是处理与普通的读并无区别；因为每次总是读取beatBytes个字节，足够ECC通道使用；

 

针对Put请求的情况，如何处理呢？

a. 先从RAM中读取缺少的字节；

b. 然后与现有的数据合在一起进行编码；

c. 最后再把合在一起的编码数据写入内存中；

 

5. 附录

 

1) ECC重命名表

 

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