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minor cpu model ​

基于:官方文档中对于 minor 的描述

与这个主题相关的文章还有:

minor cpu 运行原理 ​

minor 的运行是高度依靠其中的流水线的，说 minor 在运行其实差不多就是说流水线在运行，所以这个流水线是怎么驱动的就很重要。下面分析这个驱动的过程。Process 在启动的时候会调用 minor 的 MinorCPU::activateContext 方法，在这个方法中不管怎么样都会调用 pipeline->wakeupFetch(thread_id);，在往下看会发现这个方法调用的实际是 fetch1.wakeupFetch(tid);，再往下看会发现实际调用的是 cpu.wakeupOnEvent(Pipeline::Fetch1StageId);，这里的 cpu 指向的是 minor，于是实际调用的是 MinorCPU::wakeupOnEvent，这个方法如下：

cpp
void
MinorCPU::wakeupOnEvent(unsigned int stage_id)
{
    DPRINTF(Quiesce, "Event wakeup from stage %d\n", stage_id);

    /* Mark that some activity has taken place and start the pipeline */
    activityRecorder->activateStage(stage_id);
    pipeline->start();
}

可以看到这个方法中记录了 activityRecorder 中对取指阶段的激活，同时调用了 pipeline->start()。这个 start 实际调用的是 Ticked::start（Ticked 是 pipeline 的基类） 方法如下：

cpp
void
start()
{
    if (!running) {
        if (!event.scheduled())
            object.schedule(event, object.clockEdge(Cycles(1)));
        running = true;
        numCycles += cyclesSinceLastStopped();
        countCycles(cyclesSinceLastStopped());
    }
}

可以看到这之中设置了一个 running 变量来表示当前的对象是不是在运行，如果不再运行会在下个时钟周期调度一个事件，并将状态设置为运行。

到此为止函数的调用栈为:

start call stack

start 函数中调度的事件是 Ticked 类的成员，这个调度的时间的回调函数是 Ticked::processClockEvent()，这个函数的实现如下：

cpp
void
Ticked::processClockEvent() {
    ++tickCycles;
    ++numCycles;
    countCycles(Cycles(1));
    evaluate();
    if (running)
        object.schedule(event, object.clockEdge(Cycles(1)));
}

可以看到除了记录相关的时间信息之外，还调用了 evaluate 方法，这个方法调用的是 pipeline 的evaluate方法，也就是说，就是从这里开始，流水线被驱动工作。

从这个方法中还能看到，其最后还进行了一个判断，如果当前流水线正在运行，那就在下个周期继续调度这个事件，这样往下想的话，如果运行中的程序如果不对 running 这个变量的值进行改变，流水线就会一直执行下去。running 这个变量是 Ticked 的保护变量，等于说想要改变这个变量的值，只能在 pipeline 中改变或者通过公有的方法进行改变，最后发现，通过 Ticked::stop 方法能够将这个变量设置为 false：

cpp
void
stop()
{
    if (running) {
        if (event.scheduled())
            object.deschedule(event);
        running = false;
        resetLastStopped();
    }
}

现在非常明确，在需要流水线工作的时候调用 start，在不需要流水线工作或者工作结束的时候调用 stop。

minor cpu 计时原理 ​

时间的计算方法和之前的有点像，还是利用差值去记录时间。时间的计算在 Pipeline::evaluate() 中，调用了 cpu.tick(); 进行了计算，其实这就是在全局时间上加上了两次调用这个时间的差值，由于这个计时是在 Pipeline::evaluate() 中进行的，等于说只要流水线执行一次这个方法就统计一次，也就是说 minor 最后的时间计算方法就是整个程序在流水线上消耗的阶段数乘以时钟周期，就计算得到了结果。

以下部分是对官网文档的翻译。

关键数据结构 ​

Instruction and line identity: Instld ​

这个数据结构记录了一些关键的 id，比如说分支预测控制流的变更就要从这个 id 中看出来。

ForwardLineData ​

Fetch1 阶段向前传递的数据。

ForwardInstData ​

后续每个阶段向前传递的数据。