实验内容

实验提供了一个Y86-64处理器，要求我们编写汇编、添加处理器指令、优化汇编程序。

注意在make时如果出现 tk.h: No such file or directory 这样的报错，需要进Makefile根据指示注释掉几行代码。

PartA

第一部分要求我们根据提供的C程序，编写对应汇编程序。在misc目录下make得到的yas可以把汇编程序转换为相应的机器码，yis可以模拟机器码在Y86-64处理器上的执行。

/* linked list element */
typedef struct ELE {long val;struct ELE *next;
} *list_ptr;

Y86-64上的汇编指令比较少，在书上都有提供，编写下来比较简单，别忘了整个程序前后的声明即可。

/* sum_list - Sum the elements of a linked list */
long sum_list(list_ptr ls)
{long val = 0;while (ls) {val += ls->val;ls = ls->next;}return val;
}# Execution begins at address 0.pos 0irmovq stack, %rspcall mainhalt.align 8# Source block
src:.quad 0x00a.quad 0x0b0.quad 0xc00# Destination block
dest:.quad 0x111.quad 0x222.quad 0x333main:irmovq $3, %rdxirmovq dest, %rsiirmovq src, %rdicall copy_blockretcopy_block:irmovq $8, %r8irmovq $0xffffffffffffffff, %r9xorq %rax, %raxloop:andq %rdx, %rdxje endmrmovq (%rdi), %r10rmmovq %r10, (%rsi)xorq %r10, %raxaddq %r8, %rdiaddq %r8, %rsiaddq %r9, %rdxjmp loopend:ret# Stack starts here.pos 0x200
stack:

/* rsum_list - Recursive version of sum_list */
long rsum_list(list_ptr ls)
{if (!ls)return 0;else {long val = ls->val;long rest = rsum_list(ls->next);return val + rest;}
}main:irmovq ele1, %rdicall rsum_listretrsum_list:irmovq $8, %r8xorq %rax, %raxandq %rdi, %rdije endmrmovq (%rdi), %r9addq %r8, %rdimrmovq (%rdi), %rdipushq %r9call rsum_listpopq %r9addq %r9, %raxend:ret

/* copy_block - Copy src to dest and return xor checksum of src */
long copy_block(long *src, long *dest, long len)
{long result = 0;while (len > 0) {long val = *src++;*dest++ = val;result ^= val;len--;}return result;
}main:irmovq ele1, %rdicall sum_listretsum_list: irmovq $8, %r8xorq %rax, %raxjmp testloop:mrmovq (%rdi), %r9addq %r9, %raxaddq %r8, %rdi  #指针移动到next的位置mrmovq (%rdi), %rdijmp testtest:andq %rdi, %rdi #测试%rdi是否为0jne loopret

运行程序后将寄存器的值与文档里的值进行对比即可。

PartB

这一部分需要修改seq里的硬件描述文件seq-full.c，添加一条iaddq指令，实现立即数和整数的加法运算。需要添加的部分有：

#有效指令
bool instr_valid = icode in { INOP, IHALT, IRRMOVQ, IIRMOVQ, IRMMOVQ, IMRMOVQ,IOPQ, IJXX, ICALL, IRET, IPUSHQ, IPOPQ, IIADDQ };#需要寄存器
bool need_regids =icode in { IRRMOVQ, IOPQ, IPUSHQ, IPOPQ, IIRMOVQ, IRMMOVQ, IMRMOVQ, IIADDQ };#有立即数valC
bool need_valC =icode in { IIRMOVQ, IRMMOVQ, IMRMOVQ, IJXX, ICALL, IIADDQ };#srcB是寄存器值rB
word srcB = [icode in { IOPQ, IRMMOVQ, IMRMOVQ, IIADDQ  } : rB;icode in { IPUSHQ, IPOPQ, ICALL, IRET } : RRSP;1 : RNONE;  # Don't need register
];#寄存器的写入位置为rB
word dstE = [icode in { IRRMOVQ } && Cnd : rB;icode in { IIRMOVQ, IOPQ, IIADDQ} : rB;icode in { IPUSHQ, IPOPQ, ICALL, IRET } : RRSP;1 : RNONE;  # Don't write any register
];#ALU的计算符号位Add
word aluA = [icode in { IRRMOVQ, IOPQ } : valA;icode in { IIRMOVQ, IRMMOVQ, IMRMOVQ, IIADDQ } : valC;icode in { ICALL, IPUSHQ } : -8;icode in { IRET, IPOPQ } : 8;# Other instructions don't need ALU
];#ALU的B值位valB，即为寄存器rB
word aluB = [icode in { IRMMOVQ, IMRMOVQ, IOPQ, ICALL, IPUSHQ, IRET, IPOPQ, IIADDQ } : valB;icode in { IRRMOVQ, IIRMOVQ } : 0;# Other instructions don't need ALU
];#计算后需要设置条件码
bool set_cc = icode in { IOPQ, IIADDQ };

随后根据文档里的要求进行程序测试即可。

PartC

这一部分给定了一个ncopy.ys的汇编代码，运行在一个流水线处理器上。要求我们修改ncopy.ys，使其性能尽可能的好，CPE越低，分数越高。

首先需要为这个处理器添加iaddq指令，大致内容与PartB相同，后面需要用到iaddq设置条件码来进行判断。

然后就是对ncopy.ys进行修改，未修改的ncopy.ys内容如下：

    xorq %rax,%rax       # count = 0;andq %rdx,%rdx     # len <= 0?jle Done     # if so, goto Done:Loop:    mrmovq (%rdi), %r10 # read val from src...rmmovq %r10, (%rsi)   # ...and store it to dstandq %r10, %r10     # val <= 0?jle Npos     # if so, goto Npos:irmovq $1, %r10addq %r10, %rax       # count++
Npos:   irmovq $1, %r10subq %r10, %rdx      # len--irmovq $8, %r10addq %r10, %rdi       # src++addq %r10, %rsi        # dst++andq %rdx,%rdx     # len > 0?jg Loop            # if so, goto Loop:

我做的时候用了两种优化方法：

第一种为错开一部分指令，避免因为load/use才产生的气泡。

第二种为循环展开，由于ncopy最多只能用1000字节，所以循环展开的路数不能太大。这里我的展开方式为12路——4路——2路——1路。即先每12个元素并为一个循环，如果元素个数不满12，则每4个元素并为一个循环......

##################################################################
# You can modify this portion#对%rbx进行iaddq测试是否大于等于12rrmovq %rdx, %rbx L12:iaddq $-12, %rbxjl Start4#12路展开，错开部分指令避免Load/Use
l12_1:mrmovq (%rdi), %r8mrmovq $0x8(%rdi), %r9rmmovq %r8, (%rsi)andq %r8, %r8jle l12_2iaddq $0x1, %raxl12_2:mrmovq $0x10(%rdi), %r10rmmovq %r9, $0x8(%rsi)andq %r9, %r9jle l12_3iaddq $0x1, %raxl12_3:mrmovq $0x18(%rdi), %r8andq %r10, %r10rmmovq %r10, $0x10(%rsi)jle l12_4iaddq $0x1, %raxl12_4:mrmovq $0x20(%rdi), %r9andq %r8, %r8rmmovq %r8, $0x18(%rsi)jle l12_5iaddq $0x1, %raxl12_5:mrmovq $0x28(%rdi), %r10andq %r9, %r9rmmovq %r9, $0x20(%rsi)jle l12_6iaddq $0x1, %raxl12_6:mrmovq $0x30(%rdi), %r8andq %r10, %r10rmmovq %r10, $0x28(%rsi)jle l12_7iaddq $0x1, %raxl12_7:mrmovq $0x38(%rdi), %r9andq %r8, %r8rmmovq %r8, $0x30(%rsi)jle l12_8iaddq $0x1, %raxl12_8:mrmovq $0x40(%rdi), %r10andq %r9, %r9rmmovq %r9, $0x38(%rsi)jle l12_9iaddq $0x1, %raxl12_9:mrmovq $0x48(%rdi), %r8andq %r10, %r10rmmovq %r10, $0x40(%rsi)jle l12_10iaddq $0x1, %raxl12_10:mrmovq $0x50(%rdi), %r9andq %r8, %r8rmmovq %r8, $0x48(%rsi)jle l12_11iaddq $0x1, %raxl12_11:mrmovq $0x58(%rdi), %r10andq %r9, %r9rmmovq %r9, $0x50(%rsi)jle l12_12iaddq $0x1, %raxl12_12:andq %r10, %r10rmmovq %r10, $0x58(%rsi)jle l12_13iaddq $0x1, %raxl12_13:iaddq $-12, %rdxiaddq $0x60, %rdiiaddq $0x60, %rsijmp L12Start4:rrmovq %rdx, %rbxL4:iaddq $-4, %rbxjl Start2l4_1:mrmovq (%rdi), %r8mrmovq $0x8(%rdi), %r9andq %r8, %r8rmmovq %r8, (%rsi)jle l4_2iaddq $0x1, %raxl4_2:mrmovq $0x10(%rdi), %r10andq %r9, %r9rmmovq %r9, $0x8(%rsi)jle l4_3iaddq $0x1, %raxl4_3:mrmovq $0x18(%rdi), %r8andq %r10, %r10rmmovq %r10, $0x10(%rsi)jle l4_4iaddq $0x1, %raxl4_4:andq %r8, %r8rmmovq %r8, $0x18(%rsi)jle l4_5iaddq $0x1, %raxl4_5:iaddq $-4, %rdxiaddq $0x20, %rdiiaddq $0x20, %rsijmp L4Start2:rrmovq %rdx, %rbxL2:iaddq $-2, %rbxjl Start1l2_1:mrmovq (%rdi), %r8mrmovq $0x8(%rdi), %r9andq %r8, %r8rmmovq %r8, (%rsi)jle l2_2iaddq $0x1, %raxl2_2:andq %r9, %r9rmmovq %r9, $0x8(%rsi)jle l2_3iaddq $0x1, %raxl2_3:iaddq $-2, %rdxiaddq $0x10, %rdiiaddq $0x10, %rsijmp L2#从2路转到1路说明最多只剩一个元素待copy了
Start1:mrmovq (%rdi), %r8andq %rdx, %rdxjle Donermmovq %r8, (%rsi)andq %r8, %r8jle Doneiaddq $0x1, %rax##################################################################

上面有些指令旁路即可解决相关，但是还是被我错开了（在写完了才发现，不想改回来了），不过不影响性能。

./correctness.pl测试正确性：

./benchmark.pl测试性能：

后面琢磨了一下，想要优化得更好，可能还需要改变一下循环展开的路数和层级。

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