1 | #ifndef SOCLIB_CABA_MEM_CACHE_DIRECTORY_H |
---|
2 | #define SOCLIB_CABA_MEM_CACHE_DIRECTORY_H |
---|
3 | |
---|
4 | #include <inttypes.h> |
---|
5 | #include <systemc> |
---|
6 | #include <cassert> |
---|
7 | #include <cstring> |
---|
8 | #include "arithmetics.h" |
---|
9 | |
---|
10 | //#define RANDOM_EVICTION |
---|
11 | |
---|
12 | namespace soclib { namespace caba { |
---|
13 | |
---|
14 | using namespace sc_core; |
---|
15 | |
---|
16 | //////////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
17 | // A LRU entry |
---|
18 | //////////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
19 | class LruEntry { |
---|
20 | |
---|
21 | public: |
---|
22 | |
---|
23 | bool recent; |
---|
24 | |
---|
25 | void init() |
---|
26 | { |
---|
27 | recent = false; |
---|
28 | } |
---|
29 | |
---|
30 | }; // end class LruEntry |
---|
31 | |
---|
32 | //////////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
33 | // An Owner |
---|
34 | //////////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
35 | class Owner { |
---|
36 | |
---|
37 | public: |
---|
38 | // Fields |
---|
39 | bool inst; // Is the owner an ICache ? |
---|
40 | size_t srcid; // The SRCID of the owner |
---|
41 | |
---|
42 | //////////////////////// |
---|
43 | // Constructors |
---|
44 | //////////////////////// |
---|
45 | Owner(bool i_inst, |
---|
46 | size_t i_srcid) |
---|
47 | { |
---|
48 | inst = i_inst; |
---|
49 | srcid = i_srcid; |
---|
50 | } |
---|
51 | |
---|
52 | Owner(const Owner &a) |
---|
53 | { |
---|
54 | inst = a.inst; |
---|
55 | srcid = a.srcid; |
---|
56 | } |
---|
57 | |
---|
58 | Owner() |
---|
59 | { |
---|
60 | inst = false; |
---|
61 | srcid = 0; |
---|
62 | } |
---|
63 | // end constructors |
---|
64 | |
---|
65 | }; // end class Owner |
---|
66 | |
---|
67 | |
---|
68 | //////////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
69 | // A directory entry |
---|
70 | //////////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
71 | class DirectoryEntry { |
---|
72 | |
---|
73 | typedef uint32_t tag_t; |
---|
74 | |
---|
75 | public: |
---|
76 | |
---|
77 | bool valid; // entry valid |
---|
78 | bool is_cnt; // directory entry is in counter mode |
---|
79 | bool dirty; // entry dirty |
---|
80 | bool lock; // entry locked |
---|
81 | tag_t tag; // tag of the entry |
---|
82 | size_t count; // number of copies |
---|
83 | Owner owner; // an owner of the line |
---|
84 | |
---|
85 | DirectoryEntry() |
---|
86 | { |
---|
87 | valid = false; |
---|
88 | is_cnt = false; |
---|
89 | dirty = false; |
---|
90 | lock = false; |
---|
91 | tag = 0; |
---|
92 | count = 0; |
---|
93 | owner.inst = 0; |
---|
94 | owner.srcid = 0; |
---|
95 | } |
---|
96 | |
---|
97 | DirectoryEntry(const DirectoryEntry &source) |
---|
98 | { |
---|
99 | valid = source.valid; |
---|
100 | is_cnt = source.is_cnt; |
---|
101 | dirty = source.dirty; |
---|
102 | lock = source.lock; |
---|
103 | tag = source.tag; |
---|
104 | count = source.count; |
---|
105 | owner = source.owner; |
---|
106 | } |
---|
107 | |
---|
108 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
109 | // The init() function initializes the entry |
---|
110 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
111 | void init() |
---|
112 | { |
---|
113 | valid = false; |
---|
114 | is_cnt = false; |
---|
115 | dirty = false; |
---|
116 | lock = false; |
---|
117 | count = 0; |
---|
118 | } |
---|
119 | |
---|
120 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
121 | // The copy() function copies an existing source entry to a target |
---|
122 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
123 | void copy(const DirectoryEntry &source) |
---|
124 | { |
---|
125 | valid = source.valid; |
---|
126 | is_cnt = source.is_cnt; |
---|
127 | dirty = source.dirty; |
---|
128 | lock = source.lock; |
---|
129 | tag = source.tag; |
---|
130 | count = source.count; |
---|
131 | owner = source.owner; |
---|
132 | } |
---|
133 | |
---|
134 | //////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
135 | // The print() function prints the entry |
---|
136 | //////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
137 | void print() |
---|
138 | { |
---|
139 | std::cout << "Valid = " << valid |
---|
140 | << " ; IS COUNT = " << is_cnt |
---|
141 | << " ; Dirty = " << dirty |
---|
142 | << " ; Lock = " << lock |
---|
143 | << " ; Tag = " << std::hex << tag << std::dec |
---|
144 | << " ; Count = " << count |
---|
145 | << " ; Owner = " << owner.srcid |
---|
146 | << " " << owner.inst << std::endl; |
---|
147 | } |
---|
148 | |
---|
149 | }; // end class DirectoryEntry |
---|
150 | |
---|
151 | //////////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
152 | // The directory |
---|
153 | //////////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
154 | class CacheDirectory { |
---|
155 | |
---|
156 | typedef sc_dt::sc_uint<40> addr_t; |
---|
157 | typedef uint32_t data_t; |
---|
158 | typedef uint32_t tag_t; |
---|
159 | |
---|
160 | private: |
---|
161 | |
---|
162 | // Directory constants |
---|
163 | size_t m_ways; |
---|
164 | size_t m_sets; |
---|
165 | size_t m_words; |
---|
166 | size_t m_width; |
---|
167 | uint32_t lfsr; |
---|
168 | |
---|
169 | // the directory & lru tables |
---|
170 | DirectoryEntry ** m_dir_tab; |
---|
171 | LruEntry ** m_lru_tab; |
---|
172 | |
---|
173 | public: |
---|
174 | |
---|
175 | //////////////////////// |
---|
176 | // Constructor |
---|
177 | //////////////////////// |
---|
178 | CacheDirectory( size_t ways, size_t sets, size_t words, size_t address_width) |
---|
179 | { |
---|
180 | m_ways = ways; |
---|
181 | m_sets = sets; |
---|
182 | m_words = words; |
---|
183 | m_width = address_width; |
---|
184 | lfsr = -1; |
---|
185 | |
---|
186 | m_dir_tab = new DirectoryEntry*[sets]; |
---|
187 | for (size_t i = 0; i < sets; i++ ) { |
---|
188 | m_dir_tab[i] = new DirectoryEntry[ways]; |
---|
189 | for (size_t j = 0; j < ways; j++) m_dir_tab[i][j].init(); |
---|
190 | } |
---|
191 | m_lru_tab = new LruEntry*[sets]; |
---|
192 | for (size_t i = 0; i < sets; i++) { |
---|
193 | m_lru_tab[i] = new LruEntry[ways]; |
---|
194 | for (size_t j = 0; j < ways; j++) m_lru_tab[i][j].init(); |
---|
195 | } |
---|
196 | } // end constructor |
---|
197 | |
---|
198 | ///////////////// |
---|
199 | // Destructor |
---|
200 | ///////////////// |
---|
201 | ~CacheDirectory() |
---|
202 | { |
---|
203 | for(size_t i = 0; i < m_sets; i++){ |
---|
204 | delete [] m_dir_tab[i]; |
---|
205 | delete [] m_lru_tab[i]; |
---|
206 | } |
---|
207 | delete [] m_dir_tab; |
---|
208 | delete [] m_lru_tab; |
---|
209 | } // end destructor |
---|
210 | |
---|
211 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
212 | // The read() function reads a directory entry. In case of hit, the |
---|
213 | // LRU is updated. |
---|
214 | // Arguments : |
---|
215 | // - address : the address of the entry |
---|
216 | // - way : (return argument) the way of the entry in case of hit |
---|
217 | // The function returns a copy of a (valid or invalid) entry |
---|
218 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
219 | DirectoryEntry read(const addr_t &address, size_t &way) |
---|
220 | { |
---|
221 | |
---|
222 | #define L2 soclib::common::uint32_log2 |
---|
223 | const size_t set = (size_t)(address >> (L2(m_words) + 2)) & (m_sets - 1); |
---|
224 | const tag_t tag = (tag_t)(address >> (L2(m_sets) + L2(m_words) + 2)); |
---|
225 | #undef L2 |
---|
226 | |
---|
227 | bool hit = false; |
---|
228 | for (size_t i = 0; i < m_ways; i++ ) |
---|
229 | { |
---|
230 | bool equal = (m_dir_tab[set][i].tag == tag); |
---|
231 | bool valid = m_dir_tab[set][i].valid; |
---|
232 | hit = equal && valid; |
---|
233 | if (hit) |
---|
234 | { |
---|
235 | way = i; |
---|
236 | break; |
---|
237 | } |
---|
238 | } |
---|
239 | if (hit) |
---|
240 | { |
---|
241 | m_lru_tab[set][way].recent = true; |
---|
242 | return DirectoryEntry(m_dir_tab[set][way]); |
---|
243 | } |
---|
244 | else |
---|
245 | { |
---|
246 | return DirectoryEntry(); |
---|
247 | } |
---|
248 | } // end read() |
---|
249 | |
---|
250 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
251 | // The inval function invalidate an entry defined by the set and |
---|
252 | // way arguments. |
---|
253 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
254 | void inval(const size_t &way, const size_t &set) |
---|
255 | { |
---|
256 | m_dir_tab[set][way].init(); |
---|
257 | } |
---|
258 | |
---|
259 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
260 | // The read_neutral() function reads a directory entry, without |
---|
261 | // changing the LRU |
---|
262 | // Arguments : |
---|
263 | // - address : the address of the entry |
---|
264 | // The function returns a copy of a (valid or invalid) entry |
---|
265 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
266 | DirectoryEntry read_neutral(const addr_t &address, |
---|
267 | size_t * ret_way, |
---|
268 | size_t * ret_set ) |
---|
269 | { |
---|
270 | |
---|
271 | #define L2 soclib::common::uint32_log2 |
---|
272 | size_t set = (size_t) (address >> (L2(m_words) + 2)) & (m_sets - 1); |
---|
273 | tag_t tag = (tag_t) (address >> (L2(m_sets) + L2(m_words) + 2)); |
---|
274 | #undef L2 |
---|
275 | |
---|
276 | for (size_t way = 0; way < m_ways; way++) |
---|
277 | { |
---|
278 | bool equal = (m_dir_tab[set][way].tag == tag); |
---|
279 | bool valid = m_dir_tab[set][way].valid; |
---|
280 | if (equal and valid) |
---|
281 | { |
---|
282 | *ret_set = set; |
---|
283 | *ret_way = way; |
---|
284 | return DirectoryEntry(m_dir_tab[set][way]); |
---|
285 | } |
---|
286 | } |
---|
287 | return DirectoryEntry(); |
---|
288 | } // end read_neutral() |
---|
289 | |
---|
290 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
291 | // The write function writes a new entry, |
---|
292 | // and updates the LRU bits if necessary. |
---|
293 | // Arguments : |
---|
294 | // - set : the set of the entry |
---|
295 | // - way : the way of the entry |
---|
296 | // - entry : the entry value |
---|
297 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
298 | void write(const size_t &set, |
---|
299 | const size_t &way, |
---|
300 | const DirectoryEntry &entry) |
---|
301 | { |
---|
302 | assert((set < m_sets) && "Cache Directory write : The set index is invalid"); |
---|
303 | assert((way < m_ways) && "Cache Directory write : The way index is invalid"); |
---|
304 | |
---|
305 | // update Directory |
---|
306 | m_dir_tab[set][way].copy(entry); |
---|
307 | |
---|
308 | // update LRU bits |
---|
309 | bool all_recent = true; |
---|
310 | for (size_t i = 0; i < m_ways; i++) |
---|
311 | { |
---|
312 | if (i != way) all_recent = m_lru_tab[set][i].recent && all_recent; |
---|
313 | } |
---|
314 | if (all_recent) |
---|
315 | { |
---|
316 | for (size_t i = 0; i < m_ways; i++) m_lru_tab[set][i].recent = false; |
---|
317 | } |
---|
318 | else |
---|
319 | { |
---|
320 | m_lru_tab[set][way].recent = true; |
---|
321 | } |
---|
322 | } // end write() |
---|
323 | |
---|
324 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
325 | // The print() function prints a selected directory entry |
---|
326 | // Arguments : |
---|
327 | // - set : the set of the entry to print |
---|
328 | // - way : the way of the entry to print |
---|
329 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
330 | void print(const size_t &set, const size_t &way) |
---|
331 | { |
---|
332 | std::cout << std::dec << " set : " << set << " ; way : " << way << " ; " ; |
---|
333 | m_dir_tab[set][way].print(); |
---|
334 | } // end print() |
---|
335 | |
---|
336 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
337 | // The select() function selects a directory entry to evince. |
---|
338 | // Arguments : |
---|
339 | // - set : (input argument) the set to modify |
---|
340 | // - way : (return argument) the way to evince |
---|
341 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
342 | DirectoryEntry select(const size_t &set, size_t &way) |
---|
343 | { |
---|
344 | assert((set < m_sets) |
---|
345 | && "Cache Directory : (select) The set index is invalid"); |
---|
346 | |
---|
347 | // looking for an empty slot |
---|
348 | for (size_t i = 0; i < m_ways; i++) |
---|
349 | { |
---|
350 | if (not m_dir_tab[set][i].valid) |
---|
351 | { |
---|
352 | way = i; |
---|
353 | return DirectoryEntry(m_dir_tab[set][way]); |
---|
354 | } |
---|
355 | } |
---|
356 | |
---|
357 | #ifdef RANDOM_EVICTION |
---|
358 | lfsr = (lfsr >> 1) ^ ((-(lfsr & 1)) & 0xd0000001); |
---|
359 | way = lfsr % m_ways; |
---|
360 | return DirectoryEntry(m_dir_tab[set][way]); |
---|
361 | #endif |
---|
362 | |
---|
363 | // looking for a not locked and not recently used entry |
---|
364 | for (size_t i = 0; i < m_ways; i++) |
---|
365 | { |
---|
366 | if ((not m_lru_tab[set][i].recent) && (not m_dir_tab[set][i].lock)) |
---|
367 | { |
---|
368 | way = i; |
---|
369 | return DirectoryEntry(m_dir_tab[set][way]); |
---|
370 | } |
---|
371 | } |
---|
372 | |
---|
373 | // looking for a locked not recently used entry |
---|
374 | for (size_t i = 0; i < m_ways; i++) |
---|
375 | { |
---|
376 | if ((not m_lru_tab[set][i].recent) && (m_dir_tab[set][i].lock)) |
---|
377 | { |
---|
378 | way = i; |
---|
379 | return DirectoryEntry(m_dir_tab[set][way]); |
---|
380 | } |
---|
381 | } |
---|
382 | |
---|
383 | // looking for a recently used entry not locked |
---|
384 | for (size_t i = 0; i < m_ways; i++) |
---|
385 | { |
---|
386 | if ((m_lru_tab[set][i].recent) && (not m_dir_tab[set][i].lock)) |
---|
387 | { |
---|
388 | way = i; |
---|
389 | return DirectoryEntry(m_dir_tab[set][way]); |
---|
390 | } |
---|
391 | } |
---|
392 | |
---|
393 | // select way 0 (even if entry is locked and recently used) |
---|
394 | way = 0; |
---|
395 | return DirectoryEntry(m_dir_tab[set][0]); |
---|
396 | } // end select() |
---|
397 | |
---|
398 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
399 | // Global initialisation function |
---|
400 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
401 | void init() |
---|
402 | { |
---|
403 | for (size_t set = 0; set < m_sets; set++) |
---|
404 | { |
---|
405 | for (size_t way = 0; way < m_ways; way++) |
---|
406 | { |
---|
407 | m_dir_tab[set][way].init(); |
---|
408 | m_lru_tab[set][way].init(); |
---|
409 | } |
---|
410 | } |
---|
411 | } // end init() |
---|
412 | |
---|
413 | }; // end class CacheDirectory |
---|
414 | |
---|
415 | //////////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
416 | // Cache Data |
---|
417 | //////////////////////////////////////////////////////////////////////// |
---|
418 | class CacheData |
---|
419 | { |
---|
420 | private: |
---|
421 | const uint32_t m_sets; |
---|
422 | const uint32_t m_ways; |
---|
423 | const uint32_t m_words; |
---|
424 | |
---|
425 | uint32_t *** m_cache_data; |
---|
426 | |
---|
427 | public: |
---|
428 | |
---|
429 | /////////////////////////////////////////////////////// |
---|
430 | CacheData(uint32_t ways, uint32_t sets, uint32_t words) |
---|
431 | : m_sets(sets), m_ways(ways), m_words(words) |
---|
432 | { |
---|
433 | m_cache_data = new uint32_t ** [ways]; |
---|
434 | for (size_t i = 0; i < ways; i++) |
---|
435 | { |
---|
436 | m_cache_data[i] = new uint32_t * [sets]; |
---|
437 | } |
---|
438 | for (size_t i = 0; i < ways; i++) |
---|
439 | { |
---|
440 | for (size_t j = 0; j < sets; j++) |
---|
441 | { |
---|
442 | m_cache_data[i][j] = new uint32_t[words]; |
---|
443 | // Init to avoid potential errors from memory checkers |
---|
444 | std::memset(m_cache_data[i][j], 0, sizeof(uint32_t) * words); |
---|
445 | } |
---|
446 | } |
---|
447 | } |
---|
448 | //////////// |
---|
449 | ~CacheData() |
---|
450 | { |
---|
451 | for (size_t i = 0; i < m_ways; i++) |
---|
452 | { |
---|
453 | for (size_t j = 0; j < m_sets; j++) |
---|
454 | { |
---|
455 | delete [] m_cache_data[i][j]; |
---|
456 | } |
---|
457 | } |
---|
458 | for (size_t i = 0; i < m_ways; i++) |
---|
459 | { |
---|
460 | delete [] m_cache_data[i]; |
---|
461 | } |
---|
462 | delete [] m_cache_data; |
---|
463 | } |
---|
464 | ////////////////////////////////////////// |
---|
465 | uint32_t read (const uint32_t &way, |
---|
466 | const uint32_t &set, |
---|
467 | const uint32_t &word) const |
---|
468 | { |
---|
469 | assert((set < m_sets) && "Cache data error: Trying to read a wrong set" ); |
---|
470 | assert((way < m_ways) && "Cache data error: Trying to read a wrong way" ); |
---|
471 | assert((word < m_words) && "Cache data error: Trying to read a wrong word"); |
---|
472 | |
---|
473 | return m_cache_data[way][set][word]; |
---|
474 | } |
---|
475 | ////////////////////////////////////////// |
---|
476 | void read_line(const uint32_t &way, |
---|
477 | const uint32_t &set, |
---|
478 | sc_core::sc_signal<uint32_t> * cache_line) |
---|
479 | { |
---|
480 | assert((set < m_sets) && "Cache data error: Trying to read a wrong set" ); |
---|
481 | assert((way < m_ways) && "Cache data error: Trying to read a wrong way" ); |
---|
482 | |
---|
483 | for (uint32_t word = 0; word < m_words; word++) { |
---|
484 | cache_line[word].write(m_cache_data[way][set][word]); |
---|
485 | } |
---|
486 | } |
---|
487 | ///////////////////////////////////////// |
---|
488 | void write (const uint32_t &way, |
---|
489 | const uint32_t &set, |
---|
490 | const uint32_t &word, |
---|
491 | const uint32_t &data, |
---|
492 | const uint32_t &be = 0xF) |
---|
493 | { |
---|
494 | |
---|
495 | assert((set < m_sets) && "Cache data error: Trying to write a wrong set" ); |
---|
496 | assert((way < m_ways) && "Cache data error: Trying to write a wrong way" ); |
---|
497 | assert((word < m_words) && "Cache data error: Trying to write a wrong word"); |
---|
498 | assert((be <= 0xF) && "Cache data error: Trying to write a wrong be"); |
---|
499 | |
---|
500 | if (be == 0x0) return; |
---|
501 | |
---|
502 | if (be == 0xF) |
---|
503 | { |
---|
504 | m_cache_data[way][set][word] = data; |
---|
505 | return; |
---|
506 | } |
---|
507 | |
---|
508 | uint32_t mask = 0; |
---|
509 | if (be & 0x1) mask = mask | 0x000000FF; |
---|
510 | if (be & 0x2) mask = mask | 0x0000FF00; |
---|
511 | if (be & 0x4) mask = mask | 0x00FF0000; |
---|
512 | if (be & 0x8) mask = mask | 0xFF000000; |
---|
513 | |
---|
514 | m_cache_data[way][set][word] = |
---|
515 | (data & mask) | (m_cache_data[way][set][word] & ~mask); |
---|
516 | } |
---|
517 | }; // end class CacheData |
---|
518 | |
---|
519 | }} // end namespaces |
---|
520 | |
---|
521 | #endif |
---|
522 | |
---|
523 | // Local Variables: |
---|
524 | // tab-width: 4 |
---|
525 | // c-basic-offset: 4 |
---|
526 | // c-file-offsets:((innamespace . 0)(inline-open . 0)) |
---|
527 | // indent-tabs-mode: nil |
---|
528 | // End: |
---|
529 | |
---|
530 | // vim: filetype=cpp:expandtab:shiftwidth=4:tabstop=4:softtabstop=4 |
---|
531 | |
---|