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ARC cpu体系结构.pdf

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A R C I n t e r f a c e M a n u a l © 1 9 9 4 - 9 8 A r g o n a u t T e c h n o l o g i e s L t d . C o n f i d e n t i a l D o c u m e n t . P a g e 3 C o n t e n t s 1 O V E R V I E W O F A R C I N T E R F A C E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1 . 1 A U D I E N C E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1 . 2 M E M O R Y C O N T R O L L E R I N T E R F A C E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1 . 3 I N S T R U C T I O N F E T C H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1 . 4 L O A D S A N D S T O R E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1 . 5 H O S T I N T E R F A C E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1 . 6 I N T E R R U P T S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1 . 7 U S E R I / O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2 L O A D / S T O R E I N T E R F A C E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2 . 1 L O A D / S T O R E I N T E R F A C E S I G N A L D E S C R I P T I O N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 2 . 2 L O A D / S T O R E M E M O R Y C O N T R O L L E R - 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A R C I n t e r f a c e M a n u a l © 1 9 9 4 - 9 8 A r g o n a u t T e c h n o l o g i e s L t d . C o n f i d e n t i a l D o c u m e n t . P a g e 5 1 1 . 6 H O S T W R I T E T O C O R E R E G I S T E R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 4 1 1 . 7 H O S T W R I T E T O E X T E R N A L M E M O R Y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 5 1 2 I N D E X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 8
A R C I n t e r f a c e M a n u a l © 1 9 9 4 - 9 8 A r g o n a u t T e c h n o l o g i e s L t d . C o n f i d e n t i a l D o c u m e n t . P a g e 6 1 O v e r v i e w o f A R C i n t e r f a c e s 1 . 1 A u d i e n c e T h i s m a n u a l i s i n t e n d e d t o d e s c r i b e t h e t o p l e v e l i n t e r f a c e s o f t h e A R C , a n d s h o u l d b e r e a d a l o n g s i d e t h e A R C P r o g r a m m e r s R e f e r e n c e M a n u a l a n d t h e A R C E x t e n s i o n s R e f e r e n c e M a n u a l . T h e d i a g r a m b e l o w s h o w s t h e f i v e i n t e r f a c e s w h i c h c o n n e c t t h e b a s e c a s e A R C p r o c e s s o r t o i t s s u r r o u n d i n g s . T h e A R C i s a H a r v a r d a r c h i t e c t u r e m i c r o p r o c e s s o r , a n d a s s u c h h a s s e p a r a t e i n s t r u c t i o n a n d d a t a b u s e s . A H o s t i n t e r f a c e a l l o w s e x t e r n a l d e v i c e s a c c e s s t o t h e A R C ’ s i n t e r n a l r e g i s t e r s . A n u m b e r o f e x t e r n a l i n t e r r u p t s i g n a l s a r e p r o v i d e d , a n d t h e d e s i g n e r s o f e x t e n s i o n s c a n a d d t h e i r o w n I / O i n o r d e r t o c o n n e c t a d d i t i o n a l l o g i c t o e x t e n s i o n i n s t r u c t i o n s . A R C H o s t i n t e r f a c e L o a d s a n d S t o r e s I n s t r u c t i o n f e t c h e s U s e r ' s I / O E x t e r n a l i n t e r r u p t s M e m o r y C o n t r o l l e r F i g u r e 1 - 1 A R C I n t e r f a c e s T h e f l e x i b i l i t y o f t h e A R C s y s t e m , i n t e r m s o f t h e e a s e w i t h w h i c h t h e h i e r a r c h y a n d i n t e r f a c e s c a n b e c h a n g e d , w i l l i n e v i t a b l y l e a d t o a c e r t a i n a m o u n t o f v a g u e n e s s a s t o w h e r e t h e b o u n d a r i e s l i e b e t w e e n t h e A R C a n d i t s s u r r o u n d i n g l o g i c . T h i s i s e s p e c i a l l y t r u e i n t h e c a s e o f t h e i n s t r u c t i o n c a c h e s y s t e m . I n t h e c a c h e l e s s b a s e c a s e A R C s y s t e m , t h e i n s t r u c t i o n f e t c h i n t e r f a c e i s a t t h e t o p l e v e l , w h e r e a s i n t h e G r a p h i c s A R C s y s t e m d e s c r i b e d i n t h e e x t e n s i o n s m a n u a l , a d i r e c t m a p p e d c a c h e i s b u i l t i n t o t h e c o r e o f t h e A R C a n d t h e t o p l e v e l i n t e r f a c e p e r f o r m s t r a n s f e r s i n b u r s t s f r o m m e m o r y r a t h e r t h a n i n d i v i d u a l i n s t r u c t i o n s . N o t e t h a t t h e r e g i s t e r s a n d l a t c h e s i n t h e A R C a r e u p d a t e d o n t h e r i s i n g e d g e o f t h e c l o c k . H e n c e f o r s t a b i l i t y o f t h e s y s t e m i t i s a d v i s e d t h a t t h e s u r r o u n d i n g l o g i c , i . e . h o s t , a n d m e m o r y i n t e r f a c e s , a r e a l s o c l o c k e d i n a s a m e m a n n e r . 1 . 2 M e m o r y c o n t r o l l e r i n t e r f a c e s T h e b a s i c f u n c t i o n o f t h e m e m o r y c o n t r o l l e r i s t o f e t c h i n s t r u c t i o n s f r o m m e m o r y f o r t h e A R C t o e x e c u t e , a n d t o d o l o a d s ( L D ) a n d s t o r e s ( S T ) t o a n d f r o m m e m o r y . I n a d d i t i o n , t h e m e m o r y c o n t r o l l e r m a y a l l o w t h e h o s t p r o c e s s o r t o a c c e s s t h e A R C ’ s
A R C I n t e r f a c e M a n u a l P a g e 7 m e m o r y , s i n c e t h e A R C H o s t i n t e r f a c e d o e s n o t s u p p o r t t h i s . M a n y o t h e r f u n c t i o n s m a y b e i n c l u d e d i n m e m o r y c o n t r o l l e r s , w h i c h m a y i n t e r f a c e t o A R C e x t e n s i o n l o g i c . 1 . 3 I n s t r u c t i o n f e t c h S t a g e o n e o f t h e p i p e l i n e c o n s i s t s o f t h e i n s t r u c t i o n f e t c h a n d s o m e v e r y s i m p l e d e c o d i n g . A 2 4 - b i t a d d r e s s i s p r e s e n t e d t o t h e m e m o r y s y s t e m , w h i c h l a t c h e s t h i s a d d r e s s a n d f e t c h e s t h e i n s t r u c t i o n . T h e b a s e c a s e A R C ’ s i n s t r u c t i o n f e t c h i n t e r f a c e i s i n t e n d e d t o b e c o n n e c t e d t o a c a c h e s y s t e m , f o r e x a m p l e t h e d i r e c t m a p p e d i - c a c h e u s e d i n t h e G r a p h i c s A R C s y s t e m m e n t i o n e d a b o v e . 1 . 4 L o a d s a n d S t o r e s L o a d s a n d s t o r e s t o a n d f r o m m e m o r y a r e h a n d l e d d i f f e r e n t l y t o i n s t r u c t i o n f e t c h e s . A 3 2 - b i t a d d r e s s i s p a s s e d t o t h e m e m o r y c o n t r o l l e r , a l o n g w i t h t w o b i t s o f s i z e i n f o r m a t i o n , a n d t w o c o n t r o l s i g n a l s w h i c h t e l l t h e m e m o r y c o n t r o l l e r w h e t h e r t o d o a l o a d o r a s t o r e . I f t h e m e m o r y c o n t r o l l e r c a n n o t p e r f o r m t h e r e q u e s t e d a c c e s s , t h e n t h e m w a i t s i g n a l i s a s s e r t e d , a n d p i p e l i n e s t a g e s 1 , 2 & 3 s t a l l u n t i l t h e m e m o r y c o n t r o l l e r c a n a c c e p t t h e l o a d f r o m s t a g e 3 . W h e n a d e l a y e d l o a d c o m p l e t e s , t h e l d v a l i d s i g n a l i s a s s e r t e d , a n d o n t h e n e x t c y c l e , t h e l o a d e d v a l u e i s w r i t t e n i n t o t h e a p p r o p r i a t e r e g i s t e r . T h e r e g i s t e r w r i t e b a c k i s p e r f o r m e d b y s t a g e 4 o f t h e p i p e l i n e , s o w h i l s t i n s e r t i n g a l o a d w r i t e b a c k i n t o t h i s s t a g e t h e p r e c e d i n g p i p e l i n e s t a g e s a r e h a l t e d . T h e A R C h a s a f e a t u r e k n o w n a s a ‘ s c o r e b o a r d ’ t h a t i s u s e d t o k e e p t r a c k o f c o r e r e g i s t e r s t h a t a r e t h e d e s t i n a t i o n o f l o a d s f r o m m e m o r y . I f o n e o f t h e s e r e g i s t e r s i s a c c e s s e d b e f o r e t h e l o a d h a s c o m p l e t e d , t h e s c o r e b o a r d u n i t w i l l c a u s e t h e o f f e n d i n g i n s t r u c t i o n t o b e s t a l l e d u n t i l t h e l o a d c o m p l e t e s . N o n - l o n g w o r d l o a d s s h o u l d b e s i g n - e x t e n d e d t o 3 2 - b i t s b y t h e m e m o r y c o n t r o l l e r i f t h e s i g n - e x t e n d b i t i s s e t , b e f o r e b e i n g r e t u r n e d t o t h e A R C . 1 . 5 H o s t i n t e r f a c e T h e H o s t i n t e r f a c e p r o v i d e s a m e a n s f o r a n e x t e r n a l d e v i c e - o r a n o t h e r A R C - t o a c c e s s A R C i n t e r n a l r e g i s t e r s , s t a r t a n d s t o p t h e A R C , a n d p e r f o r m d e b u g g i n g f u n c t i o n s . T h e A R C c o n t a i n s t w o t y p e s o f r e g i s t e r s , t h e t r i p l e - p o r t c o r e r e g i s t e r s , a n d t h e s i n g l e - p o r t a u x i l i a r y r e g i s t e r s . T h e c o r e r e g i s t e r s a r e t h e g e n e r a l p u r p o s e r e g i s t e r s u s e d b y a r i t h m e t i c i n s t r u c t i o n s , w h i l s t t h e a u x i l i a r y r e g i s t e r s a r e a c c e s s e d u s i n g t h e s i n g l e - c y c l e L R a n d S R i n s t r u c t i o n s . T h e a u x i l i a r y r e g i s t e r s e t w i l l c o n t a i n t h e s t a t u s a n d s e m a p h o r e r e g i s t e r s a l o n g w i t h c o n t r o l r e g i s t e r s , a n d s o o n . W h e n t h e A R C i s r u n n i n g , t h e h o s t c a n o n l y a c c e s s t h e s t a t u s a n d s e m a p h o r e r e g i s t e r s , a n d h a s n o a c c e s s t o a n y o t h e r c o r e o r a u x i l i a r y r e g i s t e r s . H o w e v e r , w h e n t h e A R C i s s t o p p e d , t h e h o s t h a s f u l l a c c e s s t o a l l o f t h e A R C ’ s r e g i s t e r s . P r o v i s i o n h a s b e e n m a d e f o r a b l o c k o f R A M t o b e a t t a c h e d t o t h e a u x i l i a r y r e g i s t e r b u s t o g i v e a s m a l l a r e a o f w o r k R A M w h i c h c a n b e a c c e s s e d b y p r o g r a m s r u n n i n g o n t h e A R C .
A R C I n t e r f a c e M a n u a l © 1 9 9 4 - 9 8 A r g o n a u t T e c h n o l o g i e s L t d . C o n f i d e n t i a l D o c u m e n t . P a g e 8 1 . 6 I n t e r r u p t s T h e i n t e r r u p t s t h a t a r e a v a i l a b l e t o t h e b a s e c a s e s y s t e m a l l o w A R C t o r e s p o n d t o 3 l e v e l s o f i n t e r r u p t s : E x c e p t i o n s ( r e s e t , m e m o r y e r r o r s ) , L e v e l 1 ( l o w ) p r i o r i t y a n d L e v e l 2 ( m i d ) p r i o r i t y . T h e e x c e p t i o n s a r e e d g e t r i g g e r e d t h o u g h t h i s c a n b e m o d i f i e d t o t h e e n g i n e e r s r e q u i r e m e n t s w h i l e t h e l e v e l 1 a n d l e v e l 2 i n t e r r u p t s a r e l e v e l t r i g g e r e d . T h e y a r e s e r v i c e d b y t h e i n t e r r u p t c o n t r o l l e r w h i c h l o a d s t h e l i n k r e g i s t e r w i t h t h e c o n t e n t s o f t h e s t a t u s r e g i s t e r ( n e x t P C v a l u e a n d c u r r e n t f l a g s ) , w h e r e a p p r o p r i a t e , a n d t h e n l o a d s t h e P C w i t h t h e a d d r e s s f o r s e r v i c i n g t h e i n t e r r u p t . T h e r e a r e 8 i n t e r r u p t s i n t h e b a s e c a s e A R C e a c h o f w h i c h h a s i t s o w n v e c t o r a d d r e s s . T h e e n g i n e e r i s n o t l i m i t e d t o t h i s n u m b e r a n d c a n a d d f u r t h e r i n t e r r u p t s . 1 . 7 U s e r I / O T h i s i s t h e i n t e r f a c e b e t w e e n t h e u s e r - d e f i n e d e x t e n s i o n s i n t h e A R C a n d e x t e r n a l l o g i c w i t h i n t h e A S I C . R e f e r t o t h e E x t e n s i o n s I n t e r f a c e m a n u a l .
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