在本文中，我們將介紹五個(gè)廣泛使用的特殊寄存器，即：別名、影子、間接、鎖定和觸發(fā)緩沖寄存器。

在當(dāng)今的 SoC 中，我們看到了系統(tǒng)架構(gòu)、節(jié)點(diǎn)大小、互連、安全、編程語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)工具等領(lǐng)域的許多創(chuàng)新。有時(shí)，我們低估了作為 SoC 架構(gòu)師、驗(yàn)證工程師、硬件設(shè)計(jì)師或軟件/固件開(kāi)發(fā)人員在日常工作中使用的簡(jiǎn)單創(chuàng)新的重要性和影響。

特別是，讓我們檢查與硬件/軟件接口層相關(guān)的創(chuàng)新——軟件應(yīng)用程序與硬件外圍設(shè)備通信。具體來(lái)說(shuō)，在寄存器空間中，視頻編解碼器、藍(lán)牙或 Wi-Fi 等硬件外圍設(shè)備從處理器上執(zhí)行的軟件應(yīng)用程序接收配置、控制和功能。十年前在設(shè)計(jì)寄存器時(shí)，我們只需要RO、WO、RW、RC、RS、WS等的組合。但今天的SoC已經(jīng)變得如此復(fù)雜，以至于我們不得不創(chuàng)新并想出更多創(chuàng)造性的方式來(lái)設(shè)計(jì)寄存器。在本文中，我們將介紹五個(gè)廣泛使用的特殊寄存器，即；別名、影子、間接、鎖定和觸發(fā)緩沖寄存器。

別名寄存器

這是一種可從同一地址映射中的多個(gè)地址訪問(wèn)的寄存器類型，但在物理上它是一個(gè)寄存器。別名寄存器中的字段根據(jù)用于訪問(wèn)它們的地址具有不同的行為。如圖 1 所示，RegA 中的字段在使用 0x1000 地址訪問(wèn)時(shí)是可讀寫的，但在從 0x2000 地址訪問(wèn)時(shí)是 write-1-to-clear。創(chuàng)建別名寄存器時(shí)應(yīng)應(yīng)用的一些指導(dǎo)：別名寄存器的硬件訪問(wèn)為 NA；字段不能是已別名字段的別名；并且別名字段的父寄存器不能是外部的。

影子寄存器

當(dāng)您的軟件應(yīng)用程序需要覆蓋所有寄存器但數(shù)據(jù)需要稍后恢復(fù)時(shí)，解決方案是使用影子寄存器。通過(guò)寄存器總線寫入寄存器的數(shù)據(jù)應(yīng)自動(dòng)復(fù)制或映射到地址映射中的另一個(gè)寄存器。如圖 2 中的示例所示，將 OriginalReg 中的數(shù)據(jù)復(fù)制到 ShadowReg。ShadowReg 可以從總線訪問(wèn)，但對(duì)原始寄存器沒(méi)有影響。幾個(gè)影子寄存器可以影子一個(gè)原始寄存器。

間接寄存器

一些寄存器或內(nèi)存位置不能通過(guò)專用地址直接訪問(wèn)，它們被稱為間接尋址寄存器或簡(jiǎn)稱為間接寄存器。兩個(gè)寄存器用于訪問(wèn)一個(gè)間接寄存器。

為了將值存儲(chǔ)到間接寄存器數(shù)組中，使用基址寄存器來(lái)保存實(shí)際地址。該指令檢查基址寄存器，將其值解釋為寄存器數(shù)組中的地址位置，并將保存在數(shù)據(jù)寄存器中的值放入該位置。為了從間接寄存器數(shù)組加載一個(gè)值，還使用了一個(gè)基址寄存器。該基址寄存器保存實(shí)際地址。該指令檢查基址寄存器，將其值解釋為地址，獲取存儲(chǔ)在該位置的值，然后將其加載到數(shù)據(jù)寄存器中。

如圖 3 中的示例所示，Reg1 指定了內(nèi)存數(shù)組的索引。Reg2 指定要寫入的數(shù)據(jù)或存儲(chǔ)從內(nèi)存中讀取的值。Reg2 需要一個(gè)用于間接寄存器大小的“深度”屬性。

鎖定寄存器

如果狀態(tài)機(jī)保護(hù)在寄存器后面，只能由存儲(chǔ)在另一個(gè)寄存器中的密鑰啟動(dòng)，鎖定寄存器可能是解決方案。根據(jù)某個(gè)其他寄存器的字段值，任何可寫寄存器或字段都可以被保護(hù)/鎖定不被寫入。這樣的寄存器稱為鎖定寄存器。鎖定寄存器和保護(hù)/密鑰寄存器可以在不同的寄存器組中，但不能在不同的塊中。如圖 4 中的示例所示，由屬性“l(fā)ock”指定的鎖定寄存器由一個(gè)簡(jiǎn)單的表達(dá)式lock=RegA.f1 定義，這意味著寄存器 Lockreg 根據(jù)字段“f1”的值被鎖定而不能寫入寄存器“RegA”，關(guān)鍵寄存器。鎖定機(jī)制也可以通過(guò)更復(fù)雜的表達(dá)式來(lái)定義，例如鎖定 = regA.FldA || regB.Lock_fld == 8‘b00000001 && regA.FldA == 4’b0011。這個(gè)復(fù)雜的表達(dá)式由不同的寄存器字段組成。在這種情況下，如果鎖定表達(dá)式中的每個(gè)條件在運(yùn)行時(shí)都為真，則寄存器的軟件寫訪問(wèn)被鎖定。

觸發(fā)緩沖寄存器

有時(shí)需要從硬件側(cè)將大小大于總線寬度的寄存器作為一個(gè)原子單元寫入和讀取。這樣的寄存器是從軟件側(cè)順序?qū)懭?讀取的。這可以通過(guò)在與觸發(fā)事件相關(guān)的內(nèi)存空間中創(chuàng)建一個(gè) N 寄存器緩沖區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)觸發(fā)事件發(fā)生時(shí)，寫入/讀取發(fā)生在/從緩沖區(qū)到硬件端可用的實(shí)際寄存器。觸發(fā)事件可以是對(duì)最低有效位或最高有效位寄存器的讀/寫。例如，如圖 5 所示，RegA 是寬硬件寄存器，寬寄存器 Reg.A1 的 MSB 是觸發(fā)器。Reg.A2 和Reg.A3 是對(duì)應(yīng)寬硬件寄存器字段的緩沖區(qū)。

下一步是學(xué)習(xí)如何在 IP-XACT 或 SystemRDL 中定義這些特殊寄存器。還需要學(xué)習(xí)如何在 RTL 中對(duì)其進(jìn)行編碼，并創(chuàng)建 UVM 寄存器模型并完成 UVM 測(cè)試平臺(tái)以進(jìn)行驗(yàn)證。

審核編輯：郭婷