c910-llvm

本项目目标是基于LLVM，实现对平头哥玄铁C910指令集架构的支持。玄铁 C910在RISCV标准指令集架构的基础上，增加了自定义指令，包括 Cache 指令子集，同步指令子集，算术运算指令子集，位操作指令子集以及存储指令子集。本项目主要工作是在RISCV后端实现这些扩展指令支持。

(1) 以下按照不同指令子集扩展列出已实现llvm-mc汇编器支持的指令。

同步指令子集

指令	描述	状态
SYNC	同步指令	☑️
SYNC.I	同步清空指令	☑️
SYNC.IS	同步清空广播指令	☑️
SYNC.S	同步广播指令	☑️

算术运算指令子集

指令	描述	状态
ADDSL	寄存器移位相加指令	☑️
MULA	乘累加指令	☑️
MULAH	低 16 位乘累加指令	☑️
MULAW	低 32 位乘累加指令	☑️
MULS	乘累减指令	☑️
MULSH	低 16 位乘累减指令	☑️
MULSW	低 32 位乘累减指令	☑️
MVEQZ	寄存器为 0 传送指令	☑️
MVNEZ	寄存器非 0 传送指令	☑️
SRRI	循环右移指令	☑️
SRRIW	低 32 位循环右移指令	☑️

位操作指令子集

指令	描述	状态
EXT	寄存器连续位提取符号位扩展指令	☑️
EXTU	寄存器连续位提取零扩展指令	☑️
FF0	快速找 0 指令	☑️
FF1	快速找 1 指令	☑️
REV	字节倒序指令	☑️
REVW	低 32 位字节倒序指令	☑️
TST	比特为 0 测试指令	☑️

存储指令子集

指令	描述	状态
FLRD	浮点寄存器移位双字加载指令	☑️
FLRW	浮点寄存器移位字加载指令	☑️
FLURD	浮点寄存器低 32 位移位双字加载指令	☑️
FLURW	浮点寄存器低 32 位移位字加载指令	☑️
LRB	寄存器移位符号位扩展字节加载指令	☑️
LRH	寄存器移位符号位扩展半字加载指令	☑️
LRW	寄存器移位符号位扩展字加载指令	☑️
LRD	寄存器移位双字加载指令	☑️
LRBU	寄存器移位零扩展字节加载指令	☑️
LRHU	寄存器移位零扩展半字加载指令	☑️
LRWU	寄存器移位零扩展字加载指令	☑️
LURB	寄存器低 32 位移位符号位扩展字节加载指令	☑️
LURH	寄存器低 32 位移位符号位扩展半字加载指令	☑️
LURW	寄存器低 32 位移位符号位扩展字加载指令	☑️
LURD	寄存器低 32 位移位双字加载指令	☑️
LURBU	寄存器低 32 位移位零扩展字节加载指令	☑️
LURHU	寄存器低 32 位移位零扩展半字加载指令	☑️
LURWU	寄存器低 32 位移位零扩展字加载指令	☑️
LBIA	符号位扩展字节加载基地址自增指令	☑️
LBIB	基地址自增符号位扩展字节加载指令	☑️
LHIA	符号位扩展半字加载基地址自增指令	☑️
LHIB	基地址自增符号位扩展半字加载指令	☑️
LWIA	符号位扩展字加载基地址自增指令	☑️
LWIB	基地址自增符号位扩展字加载指令	☑️
LDIA	符号位扩展双字加载基地址自增指令	☑️
LDIB	基地址自增符号位扩展双字加载指令	☑️
LBUIA	零扩展字节加载基地址自增指令	☑️
LBUIB	基地址自增零扩展字节加载指令	☑️
LHUIA	零扩展半字加载基地址自增指令	☑️
LHUIB	基地址自增零扩展半字加载指令	☑️
LWUIA	零扩展字加载基地址自增指令	☑️
LWUIB	基地址自增零扩展字加载指令	☑️
LDD	双寄存器加载指令	☑️
LWD	符号位扩展双寄存器字加载指令	☑️
LWUD	零扩展双寄存器字加载指令	☑️
FSRD	浮点寄存器移位双字存储指令	☑️
FSRW	浮点寄存器移位字存储指令	☑️
FSUSR	浮点寄存器低 32 位移位双字存储指令	☑️
FSURW	浮点寄存器低 32 位移位字存储指令	☑️
SRB	寄存器移位字节存储指令	☑️
SRH	寄存器移位半字存储指令	☑️
SRW	寄存器移位字存储指令	☑️
SRD	寄存器移位双字存储指令	☑️
SURB	寄存器低 32 位移位字节存储指令	☑️
SURH	寄存器低 32 位移位半字存储指令	☑️
SURW	寄存器低 32 位移位字存储指令	☑️
SURD	寄存器低 32 位移位双字存储指令	☑️
SBIA	字节存储基地址自增指令	☑️
SBIB	基地址自增字节存储指令	☑️
SHIA	半字存储基地址自增指令	☑️
SHIB	基地址自增半字存储指令	☑️
SWIA	字存储基地址自增指令	☑️
SWIB	基地址自增字存储指令	☑️
SDIA	双字存储基地址自增指令	☑️
SDIB	基地址自增双字存储指令	☑️
SDD	双寄存器存储指令	☑️
SWD	双寄存器低 32 位存储指令	☑️

Cache指令子集

指令	描述	状态
DCACHE.CALL	DCACHE 清全部脏表项指令	☑️
DCACHE.CIALL	DCACHE 清全部脏表项并无效表项指令	☑️
DCACHE.CIPA	DCACHE 按物理地址清脏表项并无效表项指令	☑️
DCACHE.CISW	DCACHE 按 way/set 清脏表项并无效表项指令	☑️
DCACHE.CIVA	DCACHE 按虚拟地址清脏表项并无效表项指令	☑️
DCACHE.CPA	DCACHE 按物理地址清脏表项指令	☑️
DCACHE.CPAL1	L1DCACHE 按物理地址清脏表项指令	☑️
DCACHE.CVA	DCACHE 按虚拟地址清脏表项指令	☑️
DCACHE.CVAL1	L1DCACHE 按虚拟地址清脏表项指令	☑️
DCACHE.IPA	DCACHE 按物理地址无效指令	☑️
DCHCHE.ISW	DCACHE按set/way无效指令	☑️
DCACHE.IVA	DCACHE 按虚拟地址无效指令	☑️
DCACHE.IALL	DCACHE 无效所有表项指令	☑️
ICACHE.IALL	ICACHE 无效所有表项指令	☑️
ICACHE.IALLS	ICACHE 广播无效所有表项指令	☑️
ICACHE.IPA	ICACHE按物理地址无效表项指令	☑️
ICACHE.IVA	ICACHE按虚拟地址无效表项指令	☑️
L2CACHE.CALL	L2CACHE清所有脏表项指令	☑️
L2CACHE.CIALL	L2CACHE清所有脏表项指令并无效指令	☑️
L2CACHE.IALL	L2CACHE无效所有表项指令	☑️

(2) 玄铁 C910 对处理器和状态扩展了部分寄存器，以下列出已完成定义的寄存器，包括：

机器模式控制寄存器

机器模式扩展状态寄存器（MXSTATUS）

机器模式硬件控制寄存器（MHCR）

机器模式硬件操作寄存器（MCOR）

机器模式 L2cache 控制寄存器（MCCR2）

机器模式L2cache ECC 寄存器

机器模式隐式操作寄存器（MHINT）

机器模式复位寄存器（MRMR）

机器模式复位向量基址寄存器（MRVBR）

机器模式 Cache 指令寄存器（MCINS）

机器模式 Cache 访问索引寄存器（MCINDEX）

机器模式 Cache 数据寄存器（MCDATA0/1）

机器模式处理器型号寄存器（MCPUID）

超级用户模式控制寄存器

超级用户模式扩展状态寄存器（SXTATUS）

超级用户模式硬件配置寄存器（SHCR）

超级用户模式 L2Cache ECC 寄存器（SCER2）

用户模式控制寄存器

用户模式浮点扩展控制寄存器（FXCR）

(3) 测试运行

编译：

本仓库目前没有包含 clang 代码，用户可以选择使用自己的 clang 前端来一起构建。也可以仅构建本仓库代码。

（1）不用clang，直接构建本仓库代码：

git clone https://github.com/isrc-cas/c910-llvm
$ cd c910-llvm
$ mkdir build
$ cd build
$ cmake -DLLVM_TARGETS_TO_BUILD="RISCV" -G "Unix Makefiles" ..
$ make -j $(nproc)

（2）和clang一起构建：如果没有自定义的前端，那么可以使用LLVM官方的Clang-9.0.0版本。

$ wget https://releases.llvm.org/9.0.0/cfe-9.0.0.src.tar.xz
$ tar xf cfe-9.0.0.src.tar.xz
$ mv cfe-9.0.0.src clang
$ git clone https://github.com/isrc-cas/c910-llvm
$ cd c910-llvm
$ mkdir build
$ cd build
$ cmake -DLLVM_TARGETS_TO_BUILD="RISCV" -DLLVM_ENABLE_PROJECTS=clang  -G "Unix Makefiles" ..
$ make -j $(nproc)

执行测试用例：

$ ./bin/llvm-lit -v ../test/MC/RISCV/c910-valid.s

执行的结果如下：

-- Testing: 1 tests, single process --
PASS: LLVM :: MC/RISCV/c910-valid.s (1 of 1)
Testing Time: 0.30s
  Expected Passes    : 1

c910指令汇编生成二进制文件：

 $ ./bin/llvm-mc test.s -triple=riscv64 -mcpu=c910 -show-encoding -show-inst --filetype=obj -o=test.o

注：这里的 test.s 意指包含C910扩展指令的汇编文件。（可以在c/c++代码中使用内联汇编添加一条上述已定义的C910指令，然后使用clang编译生成./bin/clang --target=riscv64-unknown-elf test.c -S -o test.s，如下所示：）

int main(){
  int a,b,c;
  a = 1;
  b = 2;
  asm volatile
  (
    "mula   %[z], %[x], %[y]\n\t"
    : [z] "=r" (c)
    : [x] "r" (a), [y] "r" (b)
  );
  if ( c == 0 ){
     return -1;
  }
  return 0;
}