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5個特殊寄存器改變了當(dāng)今的SoC

星星科技指導(dǎo)員 ? 來源:嵌入式計算設(shè)計 ? 作者: Louie De ? 2022-12-01 15:07 ? 次閱讀
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在本文中,我們將介紹五個廣泛使用的特殊寄存器,即;別名、影子、間接、鎖定和觸發(fā)緩沖區(qū)寄存器。

在當(dāng)今的SoC中,我們已經(jīng)看到了系統(tǒng)架構(gòu)、節(jié)點大小、互連、安全性、編程語言和開發(fā)工具領(lǐng)域的許多創(chuàng)新。有時,我們低估了我們在日常工作中使用的簡單創(chuàng)新的重要性和影響,這些創(chuàng)新是我們作為 SoC 架構(gòu)師、驗證工程師、硬件設(shè)計師或軟件/固件開發(fā)人員。

特別是,讓我們研究與硬件/軟件接口層相關(guān)的創(chuàng)新 - 軟件應(yīng)用程序與硬件外設(shè)通信。具體來說,在寄存器空間中,硬件外圍設(shè)備(如視頻編解碼器、藍牙Wi-Fi)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)計寄存器時,我們只需要RO、WO、RW、RC、RS、WS等的組合。但是今天的SoC已經(jīng)變得如此復(fù)雜,以至于我們不得不進行創(chuàng)新,并思考更具創(chuàng)造性的方式來設(shè)計寄存器。在本文中,我們將介紹五個廣泛使用的特殊寄存器,即;別名、影子、間接、鎖定和觸發(fā)緩沖區(qū)寄存器。

別名寄存器

這是一種可從同一地址映射中的多個地址訪問的寄存器類型,但實際上它是一個寄存器。別名寄存器中的字段根據(jù)用于訪問它們的地址具有不同的行為。如圖 1 所示的示例,RegA 中的字段在使用0x1000地址訪問時是可讀和可寫的,但在從0x2000地址訪問時是寫 1 到清除的。創(chuàng)建別名寄存器時應(yīng)應(yīng)用的一些準(zhǔn)則:別名寄存器的硬件訪問為 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。

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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稍后需要恢復(fù)數(shù)據(jù)時,解決方案是使用影子寄存器。通過寄存器總線寫入寄存器的數(shù)據(jù)應(yīng)自動復(fù)制或隱藏到地址映射中的另一個寄存器。如圖 2 中的示例所示,OriginalReg 中的數(shù)據(jù)被復(fù)制到 ShadowReg。可以從總線訪問ShadowReg,但對原始寄存器沒有影響。多個影子寄存器可以影子單個原始寄存器。

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間接寄存器

某些寄存器或存儲器位置不能通過專用地址直接訪問,它們被稱為間接尋址寄存器或簡稱間接寄存器。兩個寄存器用于訪問間接寄存器。

若要將值存儲到間接寄存器數(shù)組中,請使用基本寄存器來保存實際地址。該指令檢查基本寄存器,將其值解釋為寄存器數(shù)組中的地址位置,并將數(shù)據(jù)寄存器中的值放入該位置。要從間接寄存器數(shù)組加載值,還使用了基本寄存器。此基本寄存器保存實際地址。該指令檢查基本寄存器,將其值解釋為地址,獲取存儲在該位置的值,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 指定內(nèi)存數(shù)組中的索引。Reg2 指定要寫入的數(shù)據(jù)或存儲從內(nèi)存中讀取的值。Reg2 需要一個間接寄存器大小的“深度”屬性。

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鎖定寄存器

如果狀態(tài)機受保護在寄存器后面,而該狀態(tài)機只能由存儲在另一個寄存器中的密鑰啟動,則 Lock 寄存器可能是解決方案。任何可寫寄存器或字段都可以根據(jù)其他寄存器的字段值進行保護/鎖定。此類寄存器稱為鎖定寄存器。鎖定寄存器和保護/密鑰寄存器可以位于不同的寄存器組中,但不能位于不同的塊中。如圖 4 中的示例所示,由屬性 “l(fā)ock” 指定的 Lock 寄存器由一個簡單的表達式lock=RegA.f1 定義,這意味著寄存器 Lockreg 被鎖定,具體取決于寄存器“RegA”(密鑰寄存器)的字段“f1”的值。鎖定機制也可以通過更復(fù)雜的表達式來定義,例如 lock = regA.FldA || regB.Lock_fld == 8‘b00000001&& regA.FldA == 4’b0011。此復(fù)雜表達式由不同的寄存器字段組成。在這種情況下,如果鎖定表達式中的每個條件在運行時計算結(jié)果為 true,則寄存器的軟件寫訪問權(quán)限將被鎖定。

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觸發(fā)緩沖寄存器

有時需要從硬件端將大小大于總線寬度的寄存器作為一個原子單元寫入和讀取。這種寄存器從軟件端按順序?qū)懭?讀取。這可以通過在與觸發(fā)事件關(guān)聯(lián)的內(nèi)存空間中創(chuàng)建 N 寄存器緩沖區(qū)來實現(xiàn)。當(dāng)觸發(fā)事件發(fā)生時,寫入/讀取發(fā)生在緩沖區(qū)到硬件端可用的實際寄存器。觸發(fā)事件可以是對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 是對應(yīng)于寬硬件寄存器字段的緩沖區(qū)。

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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中對它們進行編碼,并創(chuàng)建UVM寄存器模型和完整的UVM測試平臺以進行驗證。我們將在點播網(wǎng)絡(luò)研討會 5 對當(dāng)今 SoC 有用的特殊寄存器中詳細介紹后續(xù)步驟。在本次網(wǎng)絡(luò)研討會中,我們將提供這五個特殊寄存器的詳細信息、它們的優(yōu)勢、用例和示例。我們還提供有關(guān)如何自動驗證它們的最佳實踐,以實現(xiàn) 100% 的功能覆蓋率。

審核編輯:郭婷

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