Oxygen Forth CPU

Hishnik

По результатам тестирования концепции проекта можно констатировать, что очередное (8-е) поколение форт-процессора, видимо, движется к воплощению. После некоторых попыток найти ему имя (а практика показывает, что полезно, хотя бы на уровне "как файлы называть") и перебора разных восьмерок с их символизмом, был взят 8-й элемент таблицы Менделеева, то есть кислород (oxygen).

В чем основное архитектурное отличие. Для стекового процессора имеется важный эффект - из-за отсутствия операндов в команде сама команда может быть компактной. Использовались 8 и даже 6 бит, и это позволяет хорошо экономить память, которой в ПЛИС не так много. Однако тут есть и обратная сторона - если все же надо загрузить на стек литерал, в 8 бит он явно не вписывается, поэтому положить на стек константу означает потратить несколько тактов. Какие возможны варианты из напрашивающихся:
1. Десериализатор. На большой частоте команды поступают в буфер, где накапливаются, так что при необходимости узнать значение литерала его можно быстро "обнаружить" в буфере. Явным недостатком является необходимость чтения данных с кратно большей частотой, а это проблема. Например, если за 8-битной командой требуются сразу 32 бита, то частота работы с памятью должна быть в 5 раз выше.
2. Широкое командное слово. Да, тогда можно будет класть литерал за командой. Например, будут упакованные команды (4 раза по 8 бит) и неупакованные литералы. Недостаток - а если нужны не 4 команды, а 1-2-3? Остаток пропадает. Простор для оптимизации, попытки представить недостаток как особенность, апелляция к программистам, которые "ну должны же разобраться и оптимизировать". По факту - спихивание проблем.

Успешно проверенный макет основан на двупортовой памяти. Читается два последовательных слова по 32 бита, команда - 8 бит, литерал, соответственно, 32 бита. При любом положении команды, загружающей литерал, за ней есть 32 бита. Если обозначить байты цифрами, то:

1234 5678 - если команда в байте 1, то литерал - 2345
если команда в байте 2, то литерал - 3456
если команда в байте 3, то литерал - 4567
если команда в байте 4, то литерал - 5678

Если же команда в байте 5... то такого не бывает, потому что после обработки первого слова будет подгружено еще одно, и новым состоянием этой пары станет

5678 90AB

Таким образом, имеется возможность произвольно чередовать команды и литералы, загружая их за 1 такт по мере необходимости.

Victor__v

То есть литералы только 4 байтные? То ж решение)

Hishnik

Victor__v писал(а):

То есть литералы только 4 байтные? То ж решение)

С точки зрения схемы, раз регистр 4-байтный, то 4 байта в него и должны быть записаны. Хоть расширением нулями, хоть знакорасширением, войти в компонент должны 32 провода. Как это будет в системе команд - можно смотреть. По крайней мере, ширина команды должна быть "2 раза по ширине максимального литерала".

Total Vacuum

Hishnik писал(а):

Успешно проверенный макет основан на двупортовой памяти. Читается два последовательных слова по 32 бита, команда - 8 бит, литерал, соответственно, 32 бита. При любом положении команды, загружающей литерал, за ней есть 32 бита. Если обозначить байты цифрами, то:
1234 5678...

Интересная задумка. Только не совсем понимаю, как такой "конвейер" будет работать в условиях, когда программа скачет по коду как ошпаренная (шитый код все-таки)... Тут, кстати, тоже "символизм", т.к. 8 байт за раз читается...

Hishnik

Total Vacuum писал(а):

Интересная задумка. Только не совсем понимаю, как такой "конвейер" будет работать в условиях, когда программа скачет по коду как ошпаренная (шитый код все-таки)...

С таким конвейером можно использовать подход data bypass. Если прочитанная команда является командой перехода, можно оперативно подменить адрес памяти программ на фрагмент этой команды. Тогда цепочки call/jmp будут выполняться без штрафов.

Ну и шитого кода там в целом нет, формально это машинный код для соответствующей архитектуры. То есть слова уровня DUP + ! - это не вызовы, а просто команды процессора.

Hishnik

Вот и платформа для нового процессора появилась.

Total Vacuum

Ох, красота какая. А в BGA-корпусах Xilinx?

Hishnik

Да, везде Spartan-7, в одном варианте в паре с WiFi (ARM в МК cc3200), в другом - модуль Bluetooth.

Hishnik

Пригодился Форт. И даже очень:

Код:

" stack_template.vt" NEWFILE TO HF-OUT

 // (*LOC="X0Y0"*) FDRE  DFF_INSTA (.C(clk), .D(din[0]), .Q(areg[0]), .CE(wea), .R(1'b0)); 

 : PRINTF
   HF-OUT SWAP COUNT WRITEFILE
 ;

 ?TRAILINGSPACE OFF

8 CONSTANT ORIGINX
25 CONSTANT ORIGINY 

: GEN
  32 0 DO 
    " (*LOC=" PRINTF 34 EMITF " SLICE_X" PRINTF ORIGINX .F " Y" PRINTF I 8 / ORIGINY + .F 34 EMITF  
    " *) FDRE DFF_INSTA" PRINTF  I .F " (.C(clk), .D(din[" PRINTF I .F " ]), .Q(areg[" PRINTF I .F " ]), .CE(wea), .R(1'b0)); " PRINTF CRF
    " (*LOC=" PRINTF 34 EMITF " SLICE_X" PRINTF ORIGINX 1 + .F " Y" PRINTF I 8 / ORIGINY + .F 34 EMITF  
    " *) FDRE DFF_INSTB" PRINTF  I .F " (.C(clk), .D(din[" PRINTF I .F " ]), .Q(breg[" PRINTF I .F " ]), .CE(web), .R(1'b0)); " PRINTF CRF
    " (*LOC=" PRINTF 34 EMITF " SLICE_X" PRINTF ORIGINX 2 + .F " Y" PRINTF I 8 / ORIGINY + .F 34 EMITF  
    " *) FDRE DFF_INSTC" PRINTF  I .F " (.C(clk), .D(din[" PRINTF I .F " ]), .Q(creg[" PRINTF I .F " ]), .CE(wec), .R(1'b0)); " PRINTF CRF
    " (*LOC=" PRINTF 34 EMITF " SLICE_X" PRINTF ORIGINX 3 + .F " Y" PRINTF I 8 / ORIGINY + .F 34 EMITF  
    " *) FDRE DFF_INSTD" PRINTF  I .F " (.C(clk), .D(din[" PRINTF I .F " ]), .Q(dreg[" PRINTF I .F " ]), .CE(wed), .R(1'b0)); " PRINTF CRF
    " (*LOC=" PRINTF 34 EMITF " SLICE_X" PRINTF ORIGINX 4 + .F " Y" PRINTF I 8 / ORIGINY + .F 34 EMITF  
    " *) FDRE DFF_INSTE" PRINTF  I .F " (.C(clk), .D(din[" PRINTF I .F " ]), .Q(ereg[" PRINTF I .F " ]), .CE(wee), .R(1'b0)); " PRINTF CRF
    " (*LOC=" PRINTF 34 EMITF " SLICE_X" PRINTF ORIGINX 5 + .F " Y" PRINTF I 8 / ORIGINY + .F 34 EMITF  
    " *) FDRE DFF_INSTF" PRINTF  I .F " (.C(clk), .D(din[" PRINTF I .F " ]), .Q(freg[" PRINTF I .F " ]), .CE(wef), .R(1'b0)); " PRINTF CRF
    " (*LOC=" PRINTF 34 EMITF " SLICE_X" PRINTF ORIGINX 6 + .F " Y" PRINTF I 8 / ORIGINY + .F 34 EMITF  
    " *) FDRE DFF_INSTG" PRINTF  I .F " (.C(clk), .D(din[" PRINTF I .F " ]), .Q(greg[" PRINTF I .F " ]), .CE(weg), .R(1'b0)); " PRINTF CRF
    " (*LOC=" PRINTF 34 EMITF " SLICE_X" PRINTF ORIGINX 7 + .F " Y" PRINTF I 8 / ORIGINY + .F 34 EMITF  
    " *) FDRE DFF_INSTH" PRINTF  I .F " (.C(clk), .D(din[" PRINTF I .F " ]), .Q(hreg[" PRINTF I .F " ]), .CE(weh), .R(1'b0)); " PRINTF CRF

  LOOP

;

GEN

 HF-OUT CLOSE

Total Vacuum

Форт... Форт-процессор... Подсознательно чувствую, что какая-то связь есть... :))

Не совсем понятно, что в коде происходит. Неужели замена или надстройка над verilog/vhdl?

Hishnik

Total Vacuum писал(а):

Не совсем понятно, что в коде происходит. Неужели замена или надстройка над verilog/vhdl?

Это генерация кода на Verilog с топологической привязкой регистров стека. Что и видно на скриншоте, где 256 триггеров встали плотным прямоугольником. В Форте там стоит ORIGINX, ORIGINY, которые и задают координаты вот такой, по сути ручной, упаковки компонентов. Авторазмещение обычно работает плохо.

diver

Hishnik писал(а):

Total Vacuum писал(а):

Не совсем понятно, что в коде происходит. Неужели замена или надстройка над verilog/vhdl?

Это генерация кода на Verilog с топологической привязкой регистров стека. Что и видно на скриншоте, где 256 триггеров встали плотным прямоугольником. В Форте там стоит ORIGINX, ORIGINY, которые и задают координаты вот такой, по сути ручной, упаковки компонентов. Авторазмещение обычно работает плохо.

Ну... Это из области тайной высшей магии, доступной лишь горстке избранных)

Hishnik

diver писал(а):

Ну... Это из области тайной высшей магии, доступной лишь горстке избранных)

Да в целом нет. Это топологические ограничения, они обычно делаются в xdc, но так неинтересно, это надо к каждому проекту привязывать. В Verilog можно компактнее все указать, там в комментариях есть шаблон - ставится FD, а к нему рядом пишется "LOC=" и координаты. Вместо того, чтобы воевать с САПР и пытаться заставить его генерировать линейно изменяющиеся координаты, сделано проще - программка на Форте сгенерировала 256строк на Verilog с прямой расстановкой отдельных триггеров.

Oxygen Forth CPU

Кто сейчас на конференции