CS:APP Architecture Lab (Y86)

23 May 2021

There is no good or bad in life, except what is good according to its own season.

关于Y86-64的实现，相关工具与编译需要注意。

Part A

工作目录在 sim/misc 中。将对应的 C 代码翻译成对应的Y86-64指令，除了共同的程序设置，如栈区设置与调用main函数设置以外，需要注意用 yas 编译汇编代码，用 yis 模拟运行。

sum.ys: Iteratively sum linked list elements

简单的循环计算链表和，

 # long sum_list(list_ptr ls)
 # ls in %rdi
sum_list:
	xorq %rax, %rax	# val = 0
loop:
	andq %rdi, %rdi
	je end			# loop condition
	mrmovq (%rdi), %rcx	# ls->val in rcx
	addq %rcx, %rax	# val += ls->val
	irmovq $8, %rbx
	addq %rbx, %rdi	# &(ls->next) in rdi
	mrmovq (%rdi), %rdi	# ls = ls->next
	jmp loop
end:
	ret

最终 %rax 的结果为0x0cba

rsum.ys: Recursively sum linked list elements

递归版链表求和，

 # long rsum_list(list_ptr ls)
 # ls in %rdi
rsum_list:
	xorq %rax, %rax	# val = 0
	andq %rdi, %rdi
	je end		# ls != 0
	mrmovq (%rdi), %rcx	# ls->val in rcx
	irmovq $8, %rbx
	addq %rbx, %rdi	# &(ls->next) in rdi
	mrmovq (%rdi), %rdi	# ls = ls->next
	pushq %rcx
	call rsum_list	
	popq %rcx
	addq %rcx, %rax	# rest + val
end:
	ret

需要注意，调用者保存寄存器 %rcx 被使用。

copy.ys: Copy a source block to a destination block

复制 src 内存数据到 dest 位置，

 # long copy_block(long *src, long *dest, long len)
 # src in %rdi, dest in %rsi and len in %rdx
copy_block:
	xorq %rax, %rax	# result = 0
loop:
	andq %rdx, %rdx
	jle end		# len <= 0 jump end
	
	mrmovq (%rdi), %rcx	# val = *src
	irmovq $8, %rbx
	addq %rbx, %rdi	# src ++
	rmmovq %rcx, (%rsi)	# *dest = val
	addq %rbx, %rsi	# dest ++
	xorq %rcx, %rax	# result ^= val
	irmovq $1, %rbx
	subq %rbx, %rdx	# len --
	jmp loop
end:
	ret

Part B

工作目录在 sim/seq 中。实现 iaddq 指令，需要修改 seq-full.hcl 文件。

根据书P266页的图4-18内容，iaddq 指令可参考 OPq 与 irmovq 指令。

icode:ifun <-- M1[PC] # 取指 
rA:rB <-- M1[PC+1] 
valC <-- M8[PC+2] 
valP <-- PC+10

valB <-- R[rB]        # 译码

valE <-- valB + valC  # 执行

R[rB] <-- valE        # 写回
PC <-- valP           # 更新 PC

改写 seq-full.hcl 部分控制信号，

 // add valid instr
 bool instr_valid = icode in 
 	{ INOP, IHALT, IRRMOVQ, IIRMOVQ, IRMMOVQ, IMRMOVQ,
	       IOPQ, IJXX, ICALL, IRET, IPUSHQ, IPOPQ, IIADDQ };

 // instr need register ID
 bool need_regids =
 	icode in { IRRMOVQ, IOPQ, IPUSHQ, IPOPQ, 
		     IIRMOVQ, IRMMOVQ, IMRMOVQ, IIADDQ };

 // instr need constant
 bool need_valC =
	icode in { IIRMOVQ, IRMMOVQ, IMRMOVQ, IJXX, ICALL, IIADDQ };
	
	
 // What register should be used as the B source?
 word srcB = [
	icode in { IOPQ, IRMMOVQ, IMRMOVQ, IIADDQ } : rB;
 	icode in { IPUSHQ, IPOPQ, ICALL, IRET } : RRSP;
 	1 : RNONE;  # Don't need register
 ];

 // What register should be used as the E destination?
 word dstE = [
 	icode in { IRRMOVQ } && Cnd : rB;
	icode in { IIRMOVQ, IOPQ, IIADDQ } : rB;
 	icode in { IPUSHQ, IPOPQ, ICALL, IRET } : RRSP;
 	1 : RNONE;  # Don't write any register
 ];

 // Select input A to ALU
 word aluA = [
 	icode in { IRRMOVQ, IOPQ } : valA;
	icode in { IIRMOVQ, IRMMOVQ, IMRMOVQ, IIADDQ } : valC;
 	icode in { ICALL, IPUSHQ } : -8;
 	icode in { IRET, IPOPQ } : 8;
 	# Other instructions don't need ALU
 ];

 // Select input B to ALU
 word aluB = [
 	icode in { IRMMOVQ, IMRMOVQ, IOPQ, ICALL, 
		      IPUSHQ, IRET, IPOPQ, IIADDQ } : valB;
 	icode in { IRRMOVQ, IIRMOVQ } : 0;
 	# Other instructions don't need ALU
 ];
 
 ## Should the condition codes be updated?
 bool set_cc = icode in { IOPQ, IIADDQ };

重新 make 并根据官方文档进行测试。注意，需要 make 指定版本。

由于使用的是tcl8.6版本，编译时会提示

error: ‘Tcl_Interp’ {aka ‘struct Tcl_Interp’} has no member named ‘result’

所以需要添加#define USE_INTERP_RESULT

GUIMODE=-DHAS_GUI -DUSE_INTERP_RESULT

另外，由于不在SunOS实验，注释这两行，保证链接成功。

/* Hack for SunOS */
// extern int matherr();
// int *tclDummyMathPtr = (int *) matherr;

Part C

工作目录在 sim/pipe 中。

需要给流水线添加 iaddq 指令，同 Part B 一样但要注意额外的控制信号设置。

同时修改 ncopy.ys 使得平均 CPE(Cycle Per coping Element) 尽可能小。

关于构建与测试命令，

使用 make VERSION=full 构建系统。
使用 psim -t sdriver.yo 与 psim -t ldriver.yo 运行和测试流水线。
使用 correctness.pl 测试 ncopy.ns 代码功能是否正确。
使用 benchmark.pl 测试并计算平均CPE与得分。

这一部分比较自由，可以通过循环展开来优化 CPE ，拿到满分比较困难。

Conclusions

这一章节的实验为计算机组成原理部分的知识。实验文档与相关工具较多，需要细心阅读。