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diff --git a/Documentation/translations/zh_CN/loongarch/introduction.rst b/Documentation/translations/zh_CN/loongarch/introduction.rst new file mode 100644 index 000000000000..e31a1a928c48 --- /dev/null +++ b/Documentation/translations/zh_CN/loongarch/introduction.rst @@ -0,0 +1,351 @@ +.. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 + +.. include:: ../disclaimer-zh_CN.rst + +:Original: Documentation/loongarch/introduction.rst +:Translator: Huacai Chen <chenhuacai@loongson.cn> + +============= +LoongArch介绍 +============= + +LoongArch是一种新的RISC ISA，在一定程度上类似于MIPS和RISC-V。LoongArch指令集 +包括一个精简32位版（LA32R）、一个标准32位版（LA32S）、一个64位版（LA64）。 +LoongArch定义了四个特权级（PLV0~PLV3），其中PLV0是最高特权级，用于内核；而PLV3 +是最低特权级，用于应用程序。本文档介绍了LoongArch的寄存器、基础指令集、虚拟内 +存以及其他一些主题。 + +寄存器 +====== + +LoongArch的寄存器包括通用寄存器（GPRs）、浮点寄存器（FPRs）、向量寄存器（VRs） +和用于特权模式（PLV0）的控制状态寄存器（CSRs）。 + +通用寄存器 +---------- + +LoongArch包括32个通用寄存器（ ``$r0`` ~ ``$r31`` ），LA32中每个寄存器为32位宽， +LA64中每个寄存器为64位宽。 ``$r0`` 的内容总是固定为0，而其他寄存器在体系结构层面 +没有特殊功能。（ ``$r1`` 算是一个例外，在BL指令中固定用作链接返回寄存器。） + +内核使用了一套LoongArch寄存器约定，定义在LoongArch ELF psABI规范中，详细描述参见 +:ref:`参考文献 <loongarch-references-zh_CN>`: + +================= =============== =================== ========== +寄存器名 别名 用途 跨调用保持 +================= =============== =================== ========== +``$r0`` ``$zero`` 常量0 不使用 +``$r1`` ``$ra`` 返回地址 否 +``$r2`` ``$tp`` TLS/线程信息指针 不使用 +``$r3`` ``$sp`` 栈指针 是 +``$r4``-``$r11`` ``$a0``-``$a7`` 参数寄存器 否 +``$r4``-``$r5`` ``$v0``-``$v1`` 返回值 否 +``$r12``-``$r20`` ``$t0``-``$t8`` 临时寄存器 否 +``$r21`` ``$u0`` 每CPU变量基地址 不使用 +``$r22`` ``$fp`` 帧指针 是 +``$r23``-``$r31`` ``$s0``-``$s8`` 静态寄存器 是 +================= =============== =================== ========== + +注意：``$r21``寄存器在ELF psABI中保留未使用，但是在Linux内核用于保存每CPU +变量基地址。该寄存器没有ABI命名，不过在内核中称为``$u0``。在一些遗留代码 +中有时可能见到``$v0``和``$v1``，它们是``$a0``和``$a1``的别名，属于已经废弃 +的用法。 + +浮点寄存器 +---------- + +当系统中存在FPU时，LoongArch有32个浮点寄存器（ ``$f0`` ~ ``$f31`` ）。在LA64 +的CPU核上，每个寄存器均为64位宽。 + +浮点寄存器的使用约定与LoongArch ELF psABI规范的描述相同： + +================= ================== =================== ========== +寄存器名 别名 用途 跨调用保持 +================= ================== =================== ========== +``$f0``-``$f7`` ``$fa0``-``$fa7`` 参数寄存器 否 +``$f0``-``$f1`` ``$fv0``-``$fv1`` 返回值 否 +``$f8``-``$f23`` ``$ft0``-``$ft15`` 临时寄存器 否 +``$f24``-``$f31`` ``$fs0``-``$fs7`` 静态寄存器 是 +================= ================== =================== ========== + +注意：在一些遗留代码中有时可能见到 ``$v0`` 和 ``$v1`` ，它们是 ``$a0`` +和 ``$a1`` 的别名，属于已经废弃的用法。 + + +向量寄存器 +---------- + +LoongArch现有两种向量扩展： + +- 128位向量扩展LSX（全称Loongson SIMD eXtention）， +- 256位向量扩展LASX（全称Loongson Advanced SIMD eXtention）。 + +LSX使用 ``$v0`` ~ ``$v31`` 向量寄存器，而LASX则使用 ``$x0`` ~ ``$x31`` 。 + +浮点寄存器和向量寄存器是复用的，比如：在一个实现了LSX和LASX的核上， ``$x0`` 的 +低128位与 ``$v0`` 共用， ``$v0`` 的低64位与 ``$f0`` 共用，其他寄存器依此类推。 + +控制状态寄存器 +-------------- + +控制状态寄存器只能在特权模式（PLV0）下访问: + +================= ==================================== ========== +地址 全称描述 简称 +================= ==================================== ========== +0x0 当前模式信息 CRMD +0x1 异常前模式信息 PRMD +0x2 扩展部件使能 EUEN +0x3 杂项控制 MISC +0x4 异常配置 ECFG +0x5 异常状态 ESTAT +0x6 异常返回地址 ERA +0x7 出错(Faulting)虚拟地址 BADV +0x8 出错(Faulting)指令字 BADI +0xC 异常入口地址 EENTRY +0x10 TLB索引 TLBIDX +0x11 TLB表项高位 TLBEHI +0x12 TLB表项低位0 TLBELO0 +0x13 TLB表项低位1 TLBELO1 +0x18 地址空间标识符 ASID +0x19 低半地址空间页全局目录基址 PGDL +0x1A 高半地址空间页全局目录基址 PGDH +0x1B 页全局目录基址 PGD +0x1C 页表遍历控制低半部分 PWCL +0x1D 页表遍历控制高半部分 PWCH +0x1E STLB页大小 STLBPS +0x1F 缩减虚地址配置 RVACFG +0x20 CPU编号 CPUID +0x21 特权资源配置信息1 PRCFG1 +0x22 特权资源配置信息2 PRCFG2 +0x23 特权资源配置信息3 PRCFG3 +0x30+n (0≤n≤15) 数据保存寄存器 SAVEn +0x40 定时器编号 TID +0x41 定时器配置 TCFG +0x42 定时器值 TVAL +0x43 计时器补偿 CNTC +0x44 定时器中断清除 TICLR +0x60 LLBit相关控制 LLBCTL +0x80 实现相关控制1 IMPCTL1 +0x81 实现相关控制2 IMPCTL2 +0x88 TLB重填异常入口地址 TLBRENTRY +0x89 TLB重填异常出错(Faulting)虚地址 TLBRBADV +0x8A TLB重填异常返回地址 TLBRERA +0x8B TLB重填异常数据保存 TLBRSAVE +0x8C TLB重填异常表项低位0 TLBRELO0 +0x8D TLB重填异常表项低位1 TLBRELO1 +0x8E TLB重填异常表项高位 TLBEHI +0x8F TLB重填异常前模式信息 TLBRPRMD +0x90 机器错误控制 MERRCTL +0x91 机器错误信息1 MERRINFO1 +0x92 机器错误信息2 MERRINFO2 +0x93 机器错误异常入口地址 MERRENTRY +0x94 机器错误异常返回地址 MERRERA +0x95 机器错误异常数据保存 MERRSAVE +0x98 高速缓存标签 CTAG +0x180+n (0≤n≤3) 直接映射配置窗口n DMWn +0x200+2n (0≤n≤31) 性能监测配置n PMCFGn +0x201+2n (0≤n≤31) 性能监测计数器n PMCNTn +0x300 内存读写监视点整体控制 MWPC +0x301 内存读写监视点整体状态 MWPS +0x310+8n (0≤n≤7) 内存读写监视点n配置1 MWPnCFG1 +0x311+8n (0≤n≤7) 内存读写监视点n配置2 MWPnCFG2 +0x312+8n (0≤n≤7) 内存读写监视点n配置3 MWPnCFG3 +0x313+8n (0≤n≤7) 内存读写监视点n配置4 MWPnCFG4 +0x380 取指监视点整体控制 FWPC +0x381 取指监视点整体状态 FWPS +0x390+8n (0≤n≤7) 取指监视点n配置1 FWPnCFG1 +0x391+8n (0≤n≤7) 取指监视点n配置2 FWPnCFG2 +0x392+8n (0≤n≤7) 取指监视点n配置3 FWPnCFG3 +0x393+8n (0≤n≤7) 取指监视点n配置4 FWPnCFG4 +0x500 调试寄存器 DBG +0x501 调试异常返回地址 DERA +0x502 调试数据保存 DSAVE +================= ==================================== ========== + +ERA，TLBRERA，MERRERA和DERA有时也分别称为EPC，TLBREPC，MERREPC和DEPC。 + +基础指令集 +========== + +指令格式 +-------- + +LoongArch的指令字长为32位，一共有9种基本指令格式（以及一些变体）: + +=========== ========================== +格式名称 指令构成 +=========== ========================== +2R Opcode + Rj + Rd +3R Opcode + Rk + Rj + Rd +4R Opcode + Ra + Rk + Rj + Rd +2RI8 Opcode + I8 + Rj + Rd +2RI12 Opcode + I12 + Rj + Rd +2RI14 Opcode + I14 + Rj + Rd +2RI16 Opcode + I16 + Rj + Rd +1RI21 Opcode + I21L + Rj + I21H +I26 Opcode + I26L + I26H +=========== ========================== + +Opcode是指令操作码，Rj和Rk是源操作数（寄存器），Rd是目标操作数（寄存器），Ra是 +4R-type格式特有的附加操作数（寄存器）。I8/I12/I16/I21/I26分别是8位/12位/16位/ +21位/26位的立即数。其中较长的21位和26位立即数在指令字中被分割为高位部分与低位 +部分，所以你们在这里的格式描述中能够看到I21L/I21H和I26L/I26H这样带后缀的表述。 + +指令列表 +-------- + +为了简便起见，我们在此只罗列一下指令名称（助记符），需要详细信息请阅读 +:ref:`参考文献 <loongarch-references-zh_CN>` 中的文档。 + +1. 算术运算指令:: + + ADD.W SUB.W ADDI.W ADD.D SUB.D ADDI.D + SLT SLTU SLTI SLTUI + AND OR NOR XOR ANDN ORN ANDI ORI XORI + MUL.W MULH.W MULH.WU DIV.W DIV.WU MOD.W MOD.WU + MUL.D MULH.D MULH.DU DIV.D DIV.DU MOD.D MOD.DU + PCADDI PCADDU12I PCADDU18I + LU12I.W LU32I.D LU52I.D ADDU16I.D + +2. 移位运算指令:: + + SLL.W SRL.W SRA.W ROTR.W SLLI.W SRLI.W SRAI.W ROTRI.W + SLL.D SRL.D SRA.D ROTR.D SLLI.D SRLI.D SRAI.D ROTRI.D + +3. 位域操作指令:: + + EXT.W.B EXT.W.H CLO.W CLO.D SLZ.W CLZ.D CTO.W CTO.D CTZ.W CTZ.D + BYTEPICK.W BYTEPICK.D BSTRINS.W BSTRINS.D BSTRPICK.W BSTRPICK.D + REVB.2H REVB.4H REVB.2W REVB.D REVH.2W REVH.D BITREV.4B BITREV.8B BITREV.W BITREV.D + MASKEQZ MASKNEZ + +4. 分支转移指令:: + + BEQ BNE BLT BGE BLTU BGEU BEQZ BNEZ B BL JIRL + +5. 访存读写指令:: + + LD.B LD.BU LD.H LD.HU LD.W LD.WU LD.D ST.B ST.H ST.W ST.D + LDX.B LDX.BU LDX.H LDX.HU LDX.W LDX.WU LDX.D STX.B STX.H STX.W STX.D + LDPTR.W LDPTR.D STPTR.W STPTR.D + PRELD PRELDX + +6. 原子操作指令:: + + LL.W SC.W LL.D SC.D + AMSWAP.W AMSWAP.D AMADD.W AMADD.D AMAND.W AMAND.D AMOR.W AMOR.D AMXOR.W AMXOR.D + AMMAX.W AMMAX.D AMMIN.W AMMIN.D + +7. 栅障指令:: + + IBAR DBAR + +8. 特殊指令:: + + SYSCALL BREAK CPUCFG NOP IDLE ERTN(ERET) DBCL(DBGCALL) RDTIMEL.W RDTIMEH.W RDTIME.D + ASRTLE.D ASRTGT.D + +9. 特权指令:: + + CSRRD CSRWR CSRXCHG + IOCSRRD.B IOCSRRD.H IOCSRRD.W IOCSRRD.D IOCSRWR.B IOCSRWR.H IOCSRWR.W IOCSRWR.D + CACOP TLBP(TLBSRCH) TLBRD TLBWR TLBFILL TLBCLR TLBFLUSH INVTLB LDDIR LDPTE + +虚拟内存 +======== + +LoongArch可以使用直接映射虚拟内存和分页映射虚拟内存。 + +直接映射虚拟内存通过CSR.DMWn（n=0~3）来进行配置，虚拟地址（VA）和物理地址（PA） +之间有简单的映射关系:: + + VA = PA + 固定偏移 + +分页映射的虚拟地址（VA）和物理地址（PA）有任意的映射关系，这种关系记录在TLB和页 +表中。LoongArch的TLB包括一个全相联的MTLB（Multiple Page Size TLB，多样页大小TLB） +和一个组相联的STLB（Single Page Size TLB，单一页大小TLB）。 + +缺省状态下，LA32的整个虚拟地址空间配置如下： + +============ =========================== =========================== +区段名 地址范围 属性 +============ =========================== =========================== +``UVRANGE`` ``0x00000000 - 0x7FFFFFFF`` 分页映射, 可缓存, PLV0~3 +``KPRANGE0`` ``0x80000000 - 0x9FFFFFFF`` 直接映射, 非缓存, PLV0 +``KPRANGE1`` ``0xA0000000 - 0xBFFFFFFF`` 直接映射, 可缓存, PLV0 +``KVRANGE`` ``0xC0000000 - 0xFFFFFFFF`` 分页映射, 可缓存, PLV0 +============ =========================== =========================== + +用户态（PLV3）只能访问UVRANGE，对于直接映射的KPRANGE0和KPRANGE1，将虚拟地址的第 +30~31位清零就等于物理地址。例如：物理地址0x00001000对应的非缓存直接映射虚拟地址 +是0x80001000，而其可缓存直接映射虚拟地址是0xA0001000。 + +缺省状态下，LA64的整个虚拟地址空间配置如下： + +============ ====================== ================================== +区段名 地址范围 属性 +============ ====================== ================================== +``XUVRANGE`` ``0x0000000000000000 - 分页映射, 可缓存, PLV0~3 + 0x3FFFFFFFFFFFFFFF`` +``XSPRANGE`` ``0x4000000000000000 - 直接映射, 可缓存 / 非缓存, PLV0 + 0x7FFFFFFFFFFFFFFF`` +``XKPRANGE`` ``0x8000000000000000 - 直接映射, 可缓存 / 非缓存, PLV0 + 0xBFFFFFFFFFFFFFFF`` +``XKVRANGE`` ``0xC000000000000000 - 分页映射, 可缓存, PLV0 + 0xFFFFFFFFFFFFFFFF`` +============ ====================== ================================== + +用户态（PLV3）只能访问XUVRANGE，对于直接映射的XSPRANGE和XKPRANGE，将虚拟地址的第 +60~63位清零就等于物理地址，而其缓存属性是通过虚拟地址的第60~61位配置的（0表示强序 +非缓存，1表示一致可缓存，2表示弱序非缓存）。 + +目前，我们仅用XKPRANGE来进行直接映射，XSPRANGE保留给以后用。 + +此处给出一个直接映射的例子：物理地址0x00000000_00001000的强序非缓存直接映射虚拟地址 +（在XKPRANGE中）是0x80000000_00001000，其一致可缓存直接映射虚拟地址（在XKPRANGE中） +是0x90000000_00001000，而其弱序非缓存直接映射虚拟地址（在XKPRANGE中）是0xA0000000_ +00001000。 + +Loongson与LoongArch的关系 +========================= + +LoongArch是一种RISC指令集架构（ISA），不同于现存的任何一种ISA，而Loongson（即龙 +芯）是一个处理器家族。龙芯包括三个系列：Loongson-1（龙芯1号）是32位处理器系列， +Loongson-2（龙芯2号）是低端64位处理器系列，而Loongson-3（龙芯3号）是高端64位处理 +器系列。旧的龙芯处理器基于MIPS架构，而新的龙芯处理器基于LoongArch架构。以龙芯3号 +为例：龙芯3A1000/3B1500/3A2000/3A3000/3A4000都是兼容MIPS的，而龙芯3A5000（以及将 +来的型号）都是基于LoongArch的。 + +.. _loongarch-references-zh_CN: + +参考文献 +======== + +Loongson官方网站（龙芯中科技术股份有限公司）： + + http://www.loongson.cn/ + +Loongson与LoongArch的开发者网站（软件与文档资源）： + + http://www.loongnix.cn/ + + https://github.com/loongson/ + + https://loongson.github.io/LoongArch-Documentation/ + +LoongArch指令集架构的文档： + + https://github.com/loongson/LoongArch-Documentation/releases/latest/download/LoongArch-Vol1-v1.00-CN.pdf （中文版） + + https://github.com/loongson/LoongArch-Documentation/releases/latest/download/LoongArch-Vol1-v1.00-EN.pdf （英文版） + +LoongArch的ELF psABI文档： + + https://github.com/loongson/LoongArch-Documentation/releases/latest/download/LoongArch-ELF-ABI-v1.00-CN.pdf （中文版） + + https://github.com/loongson/LoongArch-Documentation/releases/latest/download/LoongArch-ELF-ABI-v1.00-EN.pdf （英文版） + +Loongson与LoongArch的Linux内核源码仓库： + + https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/chenhuacai/linux-loongson.git |