source: branches/RWT/lib/generic_cache_tsar/include/generic_cache.h @ 766

Last change on this file since 766 was 477, checked in by lgarcia, 11 years ago

Reintroducing RWT branch merging the last modifications of the
trunk (CLACK channel)
WARNING: bugs remaining (with 1c16p and small caches (L2:16*16; L1:4*4))

File size: 38.6 KB
Line 
1/* -*- c++ -*-
2 *
3 * SOCLIB_LGPL_HEADER_BEGIN
4 *
5 * This file is part of SoCLib, GNU LGPLv2.1.
6 *
7 * SoCLib is free software; you can redistribute it and/or modify it
8 * under the terms of the GNU Lesser General Public License as published
9 * by the Free Software Foundation; version 2.1 of the License.
10 *
11 * SoCLib is distributed in the hope that it will be useful, but
12 * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13 * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
14 * Lesser General Public License for more details.
15 *
16 * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
17 * License along with SoCLib; if not, write to the Free Software
18 * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA
19 * 02110-1301 USA
20 *
21 * SOCLIB_LGPL_HEADER_END
22 *
23 * Copyright (c) UPMC, Lip6
24 *         Alain Greiner <alain.greiner@lip6.fr> July 2008
25 *
26 * Maintainers: alain
27 */
28
29////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
30// File         : generic_cache.h
31// Date         : 07/01/2012
32// Authors      : Alain Greiner
33/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
34// This object is a generic, set associative, cache.
35// Each slot can be in three states: VALID, EMPTY or ZOMBI.
36// The ZOMBI state is used by cache coherence protocols to indicate
37// a pending cleanup request.
38// Hit if ( (matching tag) and (state == VALID).
39// The replacement policy is pseudo-LRU. The victim selection process cannot
40// fail if the ZOMBI state is not used.
41// But it can fail if all ways are in ZOMBI state.
42/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
43// Implementation note
44// The DATA part is implemented as an uint32_t array[nways*nsets*nwords].
45// The DIRECTORY part is implemented as an uint32_t array[nways*nsets].
46// All methods requiring a dual port RAM or cache modification using
47// an associative search have been deprecated.
48/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
49// Constructor parameters are :
50// - std::string    &name
51// - size_t         nways   : number of associativity levels
52// - size_t         nsets   : number of sets
53// - size_t         nwords  : number of words in a cache line
54// The nways, nsets, nwords parameters must be power of 2
55// The nsets parameter cannot be larger than 1024
56// The nways parameter cannot be larger than 16
57// The nwords parameter cannot be larger than 64
58/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
59// Template parameter is :
60// - addr_t : address format to access the cache
61/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
62
63#ifndef SOCLIB_GENERIC_CACHE_H
64#define SOCLIB_GENERIC_CACHE_H
65
66#include <systemc>
67#include <cassert>
68#include "arithmetics.h"
69#include "static_assert.h"
70#include "mapping_table.h"
71#include <cstring>
72
73namespace soclib { 
74
75enum cache_slot_state_e
76{
77    CACHE_SLOT_STATE_EMPTY,
78    CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC,
79    CACHE_SLOT_STATE_ZOMBI,
80    CACHE_SLOT_STATE_VALID_NCC,
81};
82
83//////////////////////////
84template<typename addr_t>
85class GenericCache
86//////////////////////////
87{
88    typedef uint32_t    data_t;
89    typedef uint32_t    be_t;
90
91    data_t              *r_data ;
92    addr_t               *r_tag ;
93    int                 *r_state;
94    bool                *r_lru ;
95
96    size_t              m_ways; 
97    size_t              m_sets; 
98    size_t              m_words;
99
100    const soclib::common::AddressMaskingTable<addr_t>  m_x ;
101    const soclib::common::AddressMaskingTable<addr_t>  m_y ;
102    const soclib::common::AddressMaskingTable<addr_t>  m_z ;
103
104    //////////////////////////////////////////////////////////////
105    inline data_t &cache_data(size_t way, size_t set, size_t word)
106    {
107        return r_data[(way*m_sets*m_words)+(set*m_words)+word];
108    }
109
110    //////////////////////////////////////////////
111    inline addr_t &cache_tag(size_t way, size_t set)
112    {
113        return r_tag[(way*m_sets)+set];
114    }
115
116    //////////////////////////////////////////////
117    inline bool &cache_lru(size_t way, size_t set)
118    {
119        return r_lru[(way*m_sets)+set];
120    }
121   
122    //////////////////////////////////////////////
123    inline int &cache_state(size_t way, size_t set)
124    {
125        return r_state[(way*m_sets)+set];
126    }
127
128   
129    /////////////////////////////////////////////////
130    inline void cache_set_lru(size_t way, size_t set)
131    {
132            size_t way2;
133
134        cache_lru(way, set) = true;
135
136            for (way2 = 0; way2 < m_ways; way2++ ) 
137        {
138                if (cache_lru(way2, set) == false) return;
139            }
140            // all lines are new -> they all become old
141            for (way2 = 0; way2 < m_ways; way2++ ) 
142        {
143                cache_lru(way2, set) = false;
144            }
145    }
146
147    ////////////////////////////////
148    inline data_t be2mask( be_t be )
149    {
150        data_t mask = 0;
151        if ( (be & 0x1) == 0x1 ) mask = mask | 0x000000FF;
152        if ( (be & 0x2) == 0x2 ) mask = mask | 0x0000FF00;
153        if ( (be & 0x4) == 0x4 ) mask = mask | 0x00FF0000;
154        if ( (be & 0x8) == 0x8 ) mask = mask | 0xFF000000;
155        return mask;
156    }
157
158public:
159
160    //////////////////////////////////////////
161    GenericCache(   const std::string   &name,
162                    size_t              nways, 
163                    size_t              nsets, 
164                    size_t              nwords)
165        : m_ways(nways),
166          m_sets(nsets),
167          m_words(nwords),
168
169#define l2 soclib::common::uint32_log2
170
171          m_x( l2(nwords), l2(sizeof(data_t))),
172          m_y( l2(nsets), l2(nwords) + l2(sizeof(data_t))),
173          m_z( 8*sizeof(addr_t) - l2(nsets) - l2(nwords) - l2(sizeof(data_t)),
174               l2(nsets) + l2(nwords) + l2(sizeof(data_t)))
175#undef l2
176    {
177        assert(IS_POW_OF_2(nways));
178        assert(IS_POW_OF_2(nsets));
179        assert(IS_POW_OF_2(nwords));
180        assert(nwords);
181        assert(nsets);
182        assert(nways);
183        assert(nwords <= 64);
184        assert(nsets <= 1024);
185        assert(nways <= 16);
186
187#ifdef GENERIC_CACHE_DEBUG
188std::cout << "constructing " << name << std::endl
189          << "- nways  = " << nways << std::endl
190          << "- nsets  = " << nsets << std::endl
191          << "- nwords = " << nwords << std::endl
192          << " m_x: " << m_x
193          << " m_y: " << m_y
194          << " m_z: " << m_z
195          << std::endl;
196#endif
197
198        r_data    = new data_t[nways*nsets*nwords];
199        r_tag     = new addr_t[nways*nsets];
200        r_state   = new int[nways*nsets];
201        r_lru     = new bool[nways*nsets];
202    }
203
204    ////////////////
205    ~GenericCache()
206    {
207        delete [] r_data;
208        delete [] r_tag;
209        delete [] r_state;
210        delete [] r_lru;
211    }
212
213    ////////////////////
214    inline void reset( )
215    {
216        std::memset(r_data, 0, sizeof(*r_data)*m_ways*m_sets*m_words);
217        std::memset(r_tag, 0, sizeof(*r_tag)*m_ways*m_sets);
218        std::memset(r_state, CACHE_SLOT_STATE_EMPTY, sizeof(*r_state)*m_ways*m_sets);
219        std::memset(r_lru, 0, sizeof(*r_lru)*m_ways*m_sets);
220    }
221
222    inline int get_cache_state(int way, int set)
223    {
224        return cache_state(way,set);
225    }
226   
227    /////////////////////////////////////////////////////////////////////
228    // Read a single 32 bits word.
229    // returns true if (matching tag) and (state == VALID)
230    // Both data & directory are accessed.
231    /////////////////////////////////////////////////////////////////////
232    inline bool read( addr_t    ad, 
233                      data_t*   dt)
234    {
235        const addr_t      tag  = m_z[ad];
236        const size_t      set  = m_y[ad];
237        const size_t      word = m_x[ad];
238
239        for ( size_t way = 0; way < m_ways; way++ ) 
240        {
241            if ( (tag == cache_tag(way, set)) 
242                   && ( (cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC) or (cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_NCC)) )
243            {
244                *dt = cache_data(way, set, word);
245                cache_set_lru(way, set);
246                return true;
247            }
248        }
249        return false;
250    }
251
252    ////////////////////////////////////////////////////////////////////
253    // Read a single 32 bits word.
254    // returns true if (matching tag) and (state == VALID)
255    // Both data & directory are accessed.
256    // The selected way, set and word index are returned in case of hit.
257    /////////////////////////////////////////////////////////////////////
258    inline bool read( addr_t    ad, 
259                      data_t*   dt,
260                      size_t*   selway,
261                      size_t*   selset,
262                      size_t*   selword) 
263    {
264        const addr_t      tag  = m_z[ad];
265        const size_t      set  = m_y[ad];
266        const size_t      word = m_x[ad];
267
268        for ( size_t way = 0; way < m_ways; way++ ) 
269        {
270            if ( (tag == cache_tag(way, set)) and
271                 ( (cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC)or (cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_NCC)))
272            {
273                *selway  = way;
274                *selset  = set;
275                *selword = word;
276                *dt = cache_data(way, set, word);
277                cache_set_lru(way, set);
278                return true;
279            }
280        }
281        return false;
282    }
283
284    ////////////////////////////////////////////////////////////////////
285    // Read a single 32 bits word when the ZOMBI state is used.
286    // Both data and directory are accessed.
287    // returns the access status in the state argument:
288    // - VALID : (matching tag) and (state == VALID)
289    // - ZOMBI : (matching tag) and (state == ZOMBI)
290    // - MISS  : no matching tag or EMPTY state
291    // If VALID or ZOMBI, the data, the way, set and word index are
292    // returned in the other arguments.
293    ////////////////////////////////////////////////////////////////////
294    inline void read( addr_t    ad,
295                      data_t*   dt,
296                      size_t*   selway,
297                      size_t*   selset,
298                      size_t*   selword,
299                      int*      state ) 
300    {
301        const addr_t      tag  = m_z[ad];
302        const size_t      set  = m_y[ad];
303        const size_t      word = m_x[ad];
304
305        // default return values
306        *state   = CACHE_SLOT_STATE_EMPTY;
307        *selway  = 0;
308        *selset  = 0;
309        *selword = 0;
310        *dt      = 0;
311
312        for ( size_t way = 0; way < m_ways; way++ ) 
313        {
314            if ( tag == cache_tag(way, set) )  // matching tag
315            {
316
317                if ( cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC )
318                {
319                    *state   = CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC;
320                    *selway  = way;
321                    *selset  = set;
322                    *selword = word;
323                    *dt      = cache_data(way, set, word);
324                    cache_set_lru(way, set);
325                }
326                else if ( cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_NCC )
327                {
328                    *state   = CACHE_SLOT_STATE_VALID_NCC;
329                    *selway  = way;
330                    *selset  = set;
331                    *selword = word;
332                    *dt      = cache_data(way, set, word);
333                    cache_set_lru(way, set);
334                }
335                else if ( cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_ZOMBI )
336                {
337                    *state   = CACHE_SLOT_STATE_ZOMBI;
338                    *selway  = way;
339                    *selset  = set;
340                    *selword = word;
341                }
342            }
343        }
344    }
345             
346    ////////////////////////////////////////////////////////////////////
347    // Read a single 32 bits word, without LRU update.
348    // returns true if (matching tag) and (state == VALID)
349    // Both data & directory are accessed.
350    // The selected way, set and word index are returned in case of hit.
351    /////////////////////////////////////////////////////////////////////
352    inline bool read_neutral( addr_t    ad, 
353                                      data_t*   dt,
354                                          size_t*   selway,
355                                          size_t*   selset,
356                                          size_t*   selword) 
357    {
358        const addr_t      tag  = m_z[ad];
359        const size_t      set  = m_y[ad];
360        const size_t      word = m_x[ad];
361
362        for ( size_t way = 0; way < m_ways; way++ ) 
363        {
364            if ( (tag == cache_tag(way, set)) 
365                   && ( (cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC) or (cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_NCC) ) )
366            {
367                *selway  = way;
368                *selset  = set;
369                *selword = word;
370                *dt = cache_data(way, set, word);
371                return true;
372            }
373        }
374        return false;
375    }
376
377    /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
378    // Read one or two 32 bits word.
379    // Both data & directory are accessed.
380    // Hit if (matching tag) and (valid == true) and (zombi == false)
381    // If the addressed word is not the last in the cache line,
382    // two successive words are returned.
383    // The selected way, set and first word index are returned in case of hit.
384    // This function is used by the cc_vcache to get a 64 bits page table entry.
385    /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
386    inline bool read( addr_t    ad, 
387                      data_t*   dt, 
388                      data_t*   dt_next,
389                      size_t*   selway,
390                      size_t*   selset,
391                      size_t*   selword)
392    {
393        const addr_t      tag  = m_z[ad];
394        const size_t      set  = m_y[ad];
395        const size_t      word = m_x[ad];
396
397        for ( size_t way = 0; way < m_ways; way++ ) 
398        {
399            if ( (tag == cache_tag(way, set))   
400                   &&( (cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC) ) ) 
401            {
402                *dt      = cache_data(way, set, word);
403                if ( word+1 < m_words) 
404                {
405                    *dt_next = cache_data(way, set, word+1);
406                }
407                *selway  = way;
408                *selset  = set;
409                *selword = word;
410                cache_set_lru(way, set);
411                return true;
412            }
413        }
414        return false;
415    }
416
417    ////////////////////////////////////////////////////////////////////
418    // Read one or two 32 bits word.
419    // Both data and directory are accessed.
420    // returns the access status in the state argument:
421    // - VALID : (matching tag) and (state == VALID)
422    // - ZOMBI : (matching tag) and (state == ZOMBI)
423    // - MISS  : no matching tag or EMPTY state
424    // If VALID or ZOMBI, the data, the way, set and word index are
425    // returned in the other arguments.
426    ////////////////////////////////////////////////////////////////////
427    inline void read( addr_t    ad,
428                      data_t*   dt,
429                      data_t*   dt_next,
430                      size_t*   selway,
431                      size_t*   selset,
432                      size_t*   selword,
433                      int*      state ) 
434    {
435        const addr_t      tag  = m_z[ad];
436        const size_t      set  = m_y[ad];
437        const size_t      word = m_x[ad];
438
439        // default return values
440        *state   = CACHE_SLOT_STATE_EMPTY;
441        *selway  = 0;
442        *selset  = 0;
443        *selword = 0;
444        *dt      = 0;
445
446        for ( size_t way = 0; way < m_ways; way++ ) 
447        {
448            if ( tag == cache_tag(way, set) )  // matching tag
449            {
450
451                if ( cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC )
452                {
453                    *state   = CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC;
454                    *selway  = way;
455                    *selset  = set;
456                    *selword = word;
457                    *dt      = cache_data(way, set, word);
458                    if ( word+1 < m_words) 
459                    {
460                        *dt_next = cache_data(way, set, word+1);
461                    }
462                    cache_set_lru(way, set);
463                }
464
465                else if ( cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_NCC )
466                {
467                    *state   = CACHE_SLOT_STATE_VALID_NCC;
468                    *selway  = way;
469                    *selset  = set;
470                    *selword = word;
471                    *dt      = cache_data(way, set, word);
472                    if ( word+1 < m_words) 
473                    {
474                        *dt_next = cache_data(way, set, word+1);
475                    }
476                    cache_set_lru(way, set);
477                }
478
479                else if ( cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_ZOMBI )
480                {
481                    *state   = CACHE_SLOT_STATE_ZOMBI;
482                    *selway  = way;
483                    *selset  = set;
484                    *selword = word;
485                }
486            }
487        }
488    }
489
490    ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
491    // Checks the cache state for a given address.
492    // Only the directory is accessed.
493    // returns true if (matching tag) and (state == VALID)
494    // The selected way, set and first word index are returned in case of hit.
495    // This function can be used when we need to access the directory
496    // while we write in the data part with a different address in the same cycle.
497    ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
498    inline bool hit(  addr_t    ad, 
499                      size_t*   selway,
500                      size_t*   selset,
501                      size_t*   selword)
502    {
503        const addr_t      tag  = m_z[ad];
504        const size_t      set  = m_y[ad];
505        const size_t      word = m_x[ad];
506
507        for ( size_t way = 0; way < m_ways; way++ ) 
508        {
509            if ( (tag == cache_tag(way, set)) 
510                   && ( (cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC)or(cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_NCC) ) ) 
511            {
512                *selway  = way;
513                *selset  = set;
514                *selword = word;
515                cache_set_lru(way, set);
516                return true;
517            }
518        }
519        return false;
520    }
521 
522    ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
523    // Checks the cache state for a given address, when the ZOMBI state is used.
524    // Only the directory is accessed.
525    // Returns the access status in the state argument:
526    // - VALID if (matching tag) and (state == VALID)
527    // - ZOMBI if (matching tag) and (state == ZOMBI)
528    // - EMPTY if no match or (state == EMPTY)
529    // The selected way, set and first word index are returned if not empty.
530    // This function can be used when we need to access the directory
531    // while we write in the data part with a different address in the same cycle.
532    ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
533    inline void read_dir(  addr_t       ad, 
534                           int*     state,
535                           size_t*      way,
536                           size_t*      set,
537                           size_t*  word)
538    {
539        const addr_t      ad_tag  = m_z[ad];
540        const size_t      ad_set  = m_y[ad];
541        const size_t      ad_word = m_x[ad];
542        for ( size_t _way = 0; _way < m_ways; _way++ ) 
543        {
544            if ( (ad_tag == cache_tag(_way, ad_set) ) and
545                 (cache_state(_way, ad_set) != CACHE_SLOT_STATE_EMPTY) ) 
546            {
547                *state = cache_state(_way, ad_set);
548                *way   = _way;
549                *set   = ad_set;
550                *word  = ad_word;
551                return;
552            }
553        }
554       
555        // return value if not (VALID or ZOMBI)
556        *state = CACHE_SLOT_STATE_EMPTY;
557    }
558
559    ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
560    // Checks the cache state for a slot (set,way), when the ZOMBI state is used.
561    // Only the directory is accessed.
562    // Returns the access status and the tag value in the state and tag argument.
563    ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
564    inline void read_dir(  size_t       way,
565                           size_t       set,
566                           addr_t*   tag,
567                           int*     state )
568    {
569        *state = cache_state(way, set);
570        *tag   = cache_tag(way, set);
571    }
572
573    ////////////////////////////////////////////
574    inline addr_t get_tag(size_t way, size_t set)
575    {
576        return cache_tag(way, set);
577    }
578
579    ///////////////////////////////////////////////////////////////////
580    // This function writes a complete 32 bits word
581    // It does not use the directory and cannot miss.
582    //////////////////////////////////////////////////////////////////
583    inline void write(size_t    way, 
584                      size_t    set, 
585                      size_t    word, 
586                      data_t    data)
587    {
588       /**/ //std::cout << "write cache : way = "<<way<<" | set = "<<set<<" | word = "<<word<<" | data = "<<(uint32_t)data << std::endl;
589        cache_data(way, set, word) = data;
590        cache_set_lru(way, set);
591    }
592
593    ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
594    // this function writes up to 4 bytes, taking into account the byte enable.
595    // It does not use the directory and cannot miss.
596    ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
597    inline void write(size_t    way, 
598                      size_t    set, 
599                      size_t    word, 
600                      data_t    data, 
601                      be_t          be)
602    {
603        data_t mask = be2mask(be);
604        data_t prev = cache_data(way, set, word);
605        cache_data(way, set, word) = (mask & data) | (~mask & prev);
606        cache_set_lru(way, set);
607    }
608
609    //////////////////////////////////////////////////////////////////////////
610    // This function invalidates a cache line identified by the set and way.
611    // It returns true if the line was valid, and returns the line index.
612    //////////////////////////////////////////////////////////////////////////
613    inline bool inval(size_t    way, 
614                      size_t    set, 
615                      addr_t*   nline)
616    {
617        if( (cache_state(way,set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC) or  (cache_state(way,set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_NCC))
618        {
619            cache_state(way,set) = CACHE_SLOT_STATE_EMPTY;
620            *nline = (data_t)cache_tag(way,set)* m_sets + set;
621            return true;
622        }
623        return false;
624    }
625
626    //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
627    // This function selects a victim slot in an associative set.
628    // It cannot fail, as a slot in ZOMBI state is considered EMPTY.
629    // - we search first an EMPTY slot
630    // - if no EMPTY slot, we search an OLD slot, using lru
631    // It returns the line index (Z + Y fields), the selected slot way and set,
632    // and a Boolean indicating that a cleanup is requested.
633    //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
634    inline bool victim_select(addr_t    ad, 
635                              addr_t*   victim, 
636                              size_t*   way, 
637                              size_t*   set)
638    {
639        bool   found   = false;
640        bool   cleanup = false;
641
642        *set = m_y[ad];
643        *way = 0;
644
645        // Search first empty slot
646        for ( size_t _way = 0 ; _way < m_ways && !found ; _way++ )
647        {
648            if( ( cache_state(_way, *set) != CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC ) and ( cache_state(_way, *set) != CACHE_SLOT_STATE_VALID_NCC ))  // empty
649            {
650                found   = true;
651                cleanup = false;
652                *way    = _way;
653            }
654        }
655
656        // If no empty slot, search first  old slot (lru == false)
657        if ( !found )
658        { 
659            for ( size_t _way = 0 ; _way < m_ways && !found ; _way++ )
660            {
661                if ( not cache_lru(_way, *set) )
662                {
663                    found   = true;
664                    cleanup = true;
665                    *way    = _way;
666                }
667            }
668        }
669
670        assert(found && "all ways can't be new at the same time");
671        *victim = (addr_t)((cache_tag(*way,*set) * m_sets) + *set);
672        return cleanup;
673    }
674
675    //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
676    // This function selects a victim slot in an associative set.
677    // It can fail if all ways are in ZOMBI state.
678    // - we search first an EMPTY slot
679    // - if no empty slot, we search an OLD slot not in ZOMBI state,
680    // - if not found, we take the first not ZOMBI slot.
681    // It returns the line index (Z + Y fields), the selected slot way and set,
682    // and two Boolean indicating success and a required cleanup.
683    //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
684    inline void read_select(addr_t        ad, 
685                            addr_t*   victim, 
686                            size_t*   way, 
687                            size_t*   set,
688                            bool*     found,
689                            bool*     cleanup )
690    {
691        size_t _set = m_y[ad];
692
693        *found = false;
694
695        // Search first empty slot
696        for ( size_t _way = 0 ; _way < m_ways && !(*found) ; _way++ )
697        {
698            if ( cache_state(_way, _set) == CACHE_SLOT_STATE_EMPTY )
699            {
700                *found   = true;
701                *cleanup = false;
702                *way     = _way;
703                *set     = m_y[ad];
704                return;
705            }
706        }
707        //////////////////////////////////////////////////////////////
708        /*for ( size_t _way = 0 ; _way < m_ways && !(*found) ; _way++ )
709        {
710            if ( not cache_lru(_way, _set) and
711                 (cache_state(_way, _set) != CACHE_SLOT_STATE_ZOMBI) and
712                 (cache_state(_way, _set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_NCC) )
713            {
714                *found   = true;
715                *cleanup = true;
716                *way     = _way;
717                *set     = m_y[ad];
718                *victim  = (addr_t)((cache_tag(*way,_set) * m_sets) + _set);
719                return;
720            }
721        }*/
722        // Search first not zombi old slot
723        for ( size_t _way = 0 ; _way < m_ways && !(*found) ; _way++ )
724        {
725            if ( not cache_lru(_way, _set) and
726                 (cache_state(_way, _set) != CACHE_SLOT_STATE_ZOMBI) )
727            {
728                *found   = true;
729                *cleanup = true;
730                *way     = _way;
731                *set     = m_y[ad];
732                *victim  = cache_tag(*way,_set) * m_sets + _set;
733                return;
734            }
735        }
736        // Search first not zombi slot
737        for ( size_t _way = 0 ; _way < m_ways && !(*found) ; _way++ )
738        {
739            if ( cache_state(_way, _set) != CACHE_SLOT_STATE_ZOMBI) 
740            {
741                *found   = true;
742                *cleanup = true;
743                *way    = _way;
744                *set     = m_y[ad];
745                *victim  = cache_tag(*way,_set) * m_sets + _set;
746                return;
747            }
748        }
749
750        // no slot found...
751        *found   = false;
752        *cleanup = false;
753    }
754
755    //////////////////////////////////////////////////////////////////
756    // This function update the directory part of a slot
757    // identified by the way & set.
758    //////////////////////////////////////////////////////////////////
759    inline void victim_update_tag( addr_t       ad, 
760                                   size_t       way, 
761                                   size_t       set )
762    {
763        addr_t  tag     = m_z[ad];
764
765        cache_tag(way, set)   = tag;
766        cache_state(way, set) = CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC;
767        cache_set_lru(way, set);
768    }
769
770    //////////////////////////////////////////////////////////////////
771    // This function write the directory part of a slot
772    // identified by the way & set, when using the ZOMBI state.
773    //////////////////////////////////////////////////////////////////
774    inline void write_dir( addr_t       ad, 
775                           size_t       way, 
776                           size_t       set,
777                           int      state)
778    {
779        addr_t  tag     = m_z[ad];
780
781        assert( ( (state == CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC) or
782                  (state == CACHE_SLOT_STATE_VALID_NCC) or
783                  (state == CACHE_SLOT_STATE_ZOMBI) or
784                  (state == CACHE_SLOT_STATE_EMPTY) ) and
785        "illegal slot state argument in Generic Cache write_dir()");
786
787        assert( (way < m_ways) and
788        "too large way index argument in Generic Cache write_dir()");
789
790        assert( (set < m_sets) and
791        "too large set index argument in Generic Cache write_dir()");
792
793        cache_tag(way, set)   = tag;
794        cache_state(way, set) = state;
795
796        if ( (state == CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC) or (state == CACHE_SLOT_STATE_VALID_NCC) ) cache_set_lru(way, set);
797    }
798
799    //////////////////////////////////////////////////////////////////
800    // This function change the state of a slot
801    // identified by the way & set, when using the ZOMBI state.
802    // It does not affect the tag
803    //////////////////////////////////////////////////////////////////
804    inline void write_dir( size_t       way, 
805                           size_t       set,
806                           int      state)
807    {
808        assert( ( (state == CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC) or
809                  (state == CACHE_SLOT_STATE_VALID_NCC) or
810                  (state == CACHE_SLOT_STATE_ZOMBI) or
811                  (state == CACHE_SLOT_STATE_EMPTY) ) and
812        "illegal slot state argument in Generic Cache write_dir()");
813
814        assert( (way < m_ways) and
815        "too large way index argument in Generic Cache write_dir()");
816
817        assert( (set < m_sets) and
818        "too large set index argument in Generic Cache write_dir()");
819
820        cache_state(way, set) = state;
821
822        if ( (state == CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC) or (state == CACHE_SLOT_STATE_VALID_NCC) ) cache_set_lru(way, set);
823    }
824
825    ///////////////////////////////////////////////////////////////////
826    // This function writes a full cache line in one single cycle.
827    // The target slot is identified by the way & set arguments.
828    // Both DATA and DIRECTORY are written
829    ///////////////////////////////////////////////////////////////////
830    inline void update(addr_t   ad, 
831                       size_t   way, 
832                       size_t   set, 
833                       data_t*  buf)
834    {
835        addr_t tag = m_z[ad];
836
837        cache_tag(way, set)   = tag;
838        cache_state(way, set) = CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC;
839        cache_set_lru(way, set);
840        for ( size_t word = 0 ; word < m_words ; word++ ) 
841        {
842            cache_data(way, set, word) = buf[word] ;
843        }
844    }
845
846    ///////////////////////////
847    void fileTrace(FILE* file)
848    {
849        for( size_t nway = 0 ; nway < m_ways ; nway++) 
850        {
851            for( size_t nset = 0 ; nset < m_sets ; nset++) 
852            {
853                fprintf(file, "%d / ", (int)cache_state(nway, nset));
854                fprintf(file, "way %d / ", (int)nway);
855                fprintf(file, "set %d / ", (int)nset);
856                fprintf(file, "@ = %08zX / ", 
857                        ((cache_tag(nway, nset)*m_sets+nset)*m_words*4));
858                for( size_t nword = m_words ; nword > 0 ; nword--) 
859                {
860                    unsigned int data = cache_data(nway, nset, nword-1);
861                    fprintf(file, "%08X ", data );
862                }
863                fprintf(file, "\n");
864            }
865        }
866    }
867
868    ////////////////////////
869    inline void printTrace()
870    {
871        for ( size_t way = 0; way < m_ways ; way++ ) 
872        {
873            for ( size_t set = 0 ; set < m_sets ; set++ )
874            {
875                addr_t addr = (((addr_t)cache_tag(way,set))*m_words*m_sets+m_words*set)*4;
876                std::cout << std::dec << cache_state(way, set) 
877                          << " | way " << way
878                          << " | set " << set
879                          << std::hex << " | @ " << addr;
880
881                for ( size_t word = 0 ; word < m_words ; word++ )
882                {
883                    std::cout << " | " << cache_data(way,set,word) ;
884                }
885                std::cout << std::dec << std::endl ;
886            }
887        }
888    }
889
890    ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
891    // This function is deprecated as it is difficult to implement in 1 cycle.
892    ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
893    __attribute__((deprecated))
894    inline bool inval(addr_t    ad)
895    {
896        bool              hit = false;
897        const addr_t      tag = m_z[ad];
898        const size_t      set = m_y[ad];
899
900        for ( size_t way = 0 ; way < m_ways && !hit ; way++ ) 
901        {
902            if ( (tag == cache_tag(way, set)) and
903                 (cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC) ) 
904            {
905                hit                   = true;
906                cache_state(way, set) = CACHE_SLOT_STATE_EMPTY;
907                cache_lru(way, set)   = false;
908            }
909        }
910        return hit;
911    }
912
913    ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
914    // This function is deprecated as it is difficult to implement in 1 cycle.
915    ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
916    __attribute__((deprecated))
917    inline bool inval( addr_t   ad, 
918                       size_t*  selway, 
919                       size_t*  selset )
920    {
921        bool            hit = false;
922        const addr_t    tag = m_z[ad];
923        const size_t    set = m_y[ad];
924
925        for ( size_t way = 0 ; way < m_ways && !hit ; way++ ) 
926        {
927            if ( (tag == cache_tag(way, set)) and
928                 (cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC) ) 
929            {
930                hit                   = true;
931                cache_state(way, set) = CACHE_SLOT_STATE_EMPTY;
932                cache_lru(way, set)   = false;
933                *selway             = way;
934                *selset             = set;
935            }
936        }
937        return hit;
938    }
939
940    ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
941    // This function is deprecated as the directory must be a dual port RAM...
942    ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
943    __attribute__((deprecated))
944    inline bool update( addr_t  ad, 
945                        data_t* buf, 
946                        addr_t* victim )
947    {
948        size_t set, way;
949        bool   cleanup = victim_select(ad, victim, &way, &set);
950        victim_update_tag (ad, way, set);
951
952        for ( size_t word = 0 ; word < m_words ; word++ ) {
953            cache_data(way, set, word) = buf[word] ;
954        }
955
956        return cleanup;
957    }
958
959    ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
960    // this function is deprecated, as it is difficult to implement in 1 cycle.
961    ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
962    __attribute__((deprecated))
963    inline bool write(addr_t    ad, 
964                      data_t    dt)
965    {
966        const addr_t      tag  = m_z[ad];
967        const size_t      set  = m_y[ad];
968        const size_t      word = m_x[ad];
969
970        for ( size_t way = 0; way < m_ways; way++ ) 
971        {
972            if ( (tag == cache_tag(way, set)) and
973                 (cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC) ) 
974            {
975                cache_data(way, set, word) = dt;
976                cache_set_lru(way, set);
977                return true;
978            }
979        }
980        return false;
981    }
982
983    ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
984    // this function is deprecated, as it is difficult to implement in 1 cycle.
985    ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
986    __attribute__((deprecated))
987    inline bool write(addr_t    ad, 
988                      data_t    dt, 
989                      be_t      be)
990    {
991        const addr_t      tag  = m_z[ad];
992        const size_t      set  = m_y[ad];
993        const size_t      word = m_x[ad];
994
995        for ( size_t way = 0; way < m_ways; way++ ) 
996        {
997            if ( (tag == cache_tag(way, set)) and
998                 (cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC) ) 
999            {
1000                data_t mask = be2mask(be);
1001                data_t prev = cache_data(way, set, word);
1002                cache_data(way, set, word) = (mask & dt) | (~mask & prev);
1003                cache_set_lru(way, set);
1004                return true;
1005            }
1006        }
1007        return false;
1008    }
1009   
1010    /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1011    // this function is deprecated, as it is difficult to implement in 1 cycle.
1012    /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1013    __attribute__((deprecated))
1014    inline bool write(addr_t    ad, 
1015                      data_t    dt, 
1016                      size_t*   nway)
1017    {
1018        const addr_t      tag  = m_z[ad];
1019        const size_t      set  = m_y[ad];
1020        const size_t      word = m_x[ad];
1021
1022        for ( size_t way = 0; way < m_ways; way++ ) 
1023        {
1024            if ( (tag == cache_tag(way, set)) and
1025                 (cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC) ) 
1026            {
1027                cache_data(way, set, word) = dt;
1028                cache_set_lru(way, set);
1029                *nway = way;
1030                return true;
1031            }
1032        }
1033        return false;
1034    }
1035
1036    /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1037    // this function is deprecated, as it is difficult to implement in 1 cycle.
1038    /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1039    __attribute__((deprecated))
1040    inline bool write(addr_t    ad, 
1041                      data_t    dt, 
1042                      size_t*   nway, 
1043                      be_t      be)
1044    {
1045        const addr_t      tag  = m_z[ad];
1046        const size_t      set  = m_y[ad];
1047        const size_t      word = m_x[ad];
1048
1049        for ( size_t way = 0; way < m_ways; way++ ) 
1050        {
1051            if ( (tag == cache_tag(way, set)) and
1052                 (cache_state(way, set) == CACHE_SLOT_STATE_VALID_CC) ) 
1053            {
1054                data_t mask = be2mask(be);
1055                data_t prev = cache_data(way, set, word);
1056                cache_data(way, set, word) = (mask & dt) | (~mask & prev);
1057                cache_set_lru(way, set);
1058                *nway = way;
1059                return true;
1060            }
1061        }
1062        return false;
1063    }
1064   
1065};
1066
1067} // namespace soclib
1068
1069#endif
1070
1071// Local Variables:
1072// tab-width: 4
1073// c-basic-offset: 4
1074// c-file-offsets:((innamespace . 0)(inline-open . 0))
1075// indent-tabs-mode: nil
1076// End:
1077
1078// vim: filetype=cpp:expandtab:shiftwidth=4:tabstop=4:softtabstop=4
1079
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.