向量 Load 拆分单元 VLSplit

功能描述

接受并处理 Vector Load 指令的 uop。拆分 Uop，计算Uop相对基地址的偏移，生成标量访存 Pipeline 的控制型号。 VLSplit 总体上分为两个实现模块：VLSplitPipeline 和 VLSplitBuffer。

特性 1：VLSplitPipeline 为 uop 进行二次译码

Vector Load 指令的拆分流水线。接受 Vector Load 发射队列发射的 Vector Load 指令的 Uop。在流水线中进行更细粒度的译码并计算 Mask 与地址偏移后发送到 VLSplitBuffer 中。同时，VLSplitPipeline 还会根据译码计算的结果来申请 VLMergeBuffer 中的表项。

VLSplitPipeline 分为两个流水级：

S0：

通过传入的 Uop 信息进行更细粒度的译码。
根据指令类型生成 alignedType，使用 alignedType 指示 Load Pipeline 的访存宽度。
根据指令类型生成 preIsSplit 信号。preIsSplit 置高则表示不是 Unit-Stride 指令。
根据指令类型与 vm、emul、lmul,、eew,、sew 等信息生成该 Uop 的 Mask。
计算该条 Uop 的 VdIdx 用于后续后端数据合并写回使用。因为乱序执行的原因，同一条指令的 Uop 并不一定会背靠背执行，因此需要在该阶段根据指令类型、emul、lmul 和 uopidx 计算出 VdIdx。

S1：

计算 UopOffset 与 Stride。
计算该条 Uop 所需的 FlowNum。在这里，发送给 VMergeBuffer 的FlowNum 与发送给 VSplitBuffer 的 FlowNum 有所不同。MergeBuffer 中的 FlowNum 要用来判断这个 Uop 是否完成了所有有效的访存。而 VSplitBuffer 中所使用的 FlowNum 需要用来进行拆分。
申请 VLMergeBuffer 表项。每个 Uop 申请一个表项。
发送信息到 VLSplitBuffer。

Mask计算：

首先，我们根据 vm、v0、vstart、evl 来计算生成表示该条 Vector Load 指令的SrcMask。这其中，evl 为有效向量长度，对于不同类型的 Vector Load 指令，有不同的的 evl 计算方法：
- 对于 Load Whole 指令，其 evl = NFIELDS*VLEN/EEW。
- 对于 Load Unit-Stride Mask 指令，其 evl=ceil(vl/8)。
- 对于除了上述两种指令之外的 Vector Load 指令，其 evl = vl。
然后，我们使用这条指令的【当前 Uop 之前的所有的Uop 的 FlowNum】和【当前 Uop 在内的的所有 Uop 的 FlowNum】与【当前 Uop 之前的所有的 Vd 的 FlowNum】来计算真正使用的 FlowMask。在这里，因为 Load Indexed 的特殊性，当 Indexed 指令的 $signed(emul) > $signed(lmul) 时，我们需要保证同一个 VdIdx 的Uop的 FlowNum 在 VdIdx 内进行偏移，具体示例如下：
- 首先我们假定如下配置向量 vluxei 指令：
  - vsetvli t1,t0,e8,m1,ta,ma lmul = 1
  - vluxei16.v v2,(a0),v8 emul = 2
  - vl = 9，v0 = 0x1FF
- 在这样的配置下，因为 $signed(emul) > $signed(lmul)，因此实际上会产生两个 Uop，表示需要分别从两个向量寄存器中取出 Index，而两个 Uop 对应的目的寄存器是同一个 Vd。也就是两个 Uop 的VdIdx 应该是相同的，是要写入到同一个目标寄存器中的。因此在这里会产生如下的结果：
  - uopIdxInField = 0，vdIdxInField = 0, flowMask = 0x00FF, toMergeBuffMask = 0x01FF
  - uopIdxInField = 1，vdIdxInField = 0, flowMask = 0x0001, toMergeBuffMask = 0x01FF
  - uopIdxInField = 0，vdIdxInField = 0, flowMask = 0x0000, toMergeBuffMask = 0x0000
  - uopIdxInField = 0，vdIdxInField = 0, flowMask = 0x0000, toMergeBuffMask = 0x0000
- 每一个 Uop 计算出的 FlowNum 均为8。更具体的说明可见VSplit .scala

特性 2：VLSplitBuffer 根据 VLSplitPipeline 产生的二次译码信息进行拆分

VLSplitBuffer 是只有一项的 Buffer，接受 VLSplitPipeline 发来的相关信息，缓存需要拆分的 Vector Load Uop。

VLSplitBuffer 会根据 Uop 的信息将一个 Uop 拆分成多个可以发送到标量 Load PipeLine 流水线上的信息，并发送到标量 Load PipeLine 流水线进行实际访存。

入队逻辑：

VLSplitBuffer 接受 VLSplitPipeline 发来的表项申请与相关信息，当 VLSplitBuffer 表项有空闲时会为每个申请分配一个 VLSplitBuffer 表项，并将相应表项的 Valid 置高。

出队逻辑：

VLSplitBuffer 接受 VLSplitPipeline 发来的表项申请与相关信息，当 VLSplitBuffer 表项有空闲时会为每个申请分配一个 VLSplitBuffer 表项，并将相应表项的 Valid 置高。

拆分：

VLSplitBuffer 会根据指令类型进行拆分。
对于 Unit-Stride 指令：
- 当基地址对齐（不跨CacheLine）时会一次访问 128 Bit。
- 当基地址非对齐（跨CacheLine）时候，我们会进行拆分，发起两次 128Bit 的访存。
对于其他的 Vector Load 指令，我们根据指令语义的要求按照元素进行拆分，并按照元素进行访存。
每次拆分都会将拆分后产生的相关信息发送到标量 Load PipeLine 流水线进行实际访存。
拆分根据 splitIdx 计数器进行判断，splitIdx 表示当前表项已经进行拆分的数量。当 splitIdx 小于需要拆分的数量并且可以发送到标量 Load PipeLine 流水线时，会进行一次拆分，每次拆分会增加 splitIdx 计数器的值。当 splitIdx 大于等于需要拆分的数量时，拆分结束，该表项出队，splitIdx 计算器归零。

地址计算：

在拆分时还需要计算将要发送到标量 Load PipeLine 流水线的相关信息，主要是计算每次拆分后需要进行访存的虚拟地址。
虚拟地址根据指令类型拆分方式的不同有不同的计算方式。
对于 Unit-Stride 指令：
- 当基地址对齐（不跨 CacheLine ）时直接进行一次 128Bit 对齐的访问即可。。
- 当基地址非对齐（跨 CacheLine ）时候，我们会进行拆分，使用两个连续的 128Bit 对齐的地址进行访问。
对于其他的 Vector Load 指令，我们根据指令语义的要求按照元素进行拆分，虚拟地址会根据元素以及语义进行计算。

重定向与异常处理： 当重定向信号到来时，会根据重定向相关信息冲刷掉 VLSplitBuffer 的相关表项。

特性 3：根据 VLMergeBuffer 的 Threshold 信号进行反压

参见阈值反压。当收到来自 VLMergeBuffer 时，VLSplitPipeline 会反压住入队请求，阻止后端发送新的 uop。只到 VLMergeBuffer 解除阈值反压。

整体框图

单一模块无框图。

主要端口

只列出 VLSplit 对外接口，不包括内部 VLSplitPipe 与 VLSplitBuffer 接口。

	方向	说明
redirect	In	重定向端口
in	In	接收来自 Issue Queue 的 uop 发射
toMergeBuffer.req	Out	请求 MergeBuffer 表项
toMergeBuffer.resp	In	MergeBuffer 的响应
out	Out	发送访存请求至 Load Unit
threshold	In	接收 VLMergeBuffer 的阈值信号

接口时序

接口时序较简单，只提供文字描述。

	说明
redirect	具备 Valid。数据同 Valid 有效
in	具备 Valid、Ready。数据同 Valid && ready 有效
toMergeBuffer.req	具备 Valid、Ready。数据同 Valid && ready 有效
toMergeBuffer.resp	具备 Valid。数据同 Valid 有效
out	具备 Valid、Ready。数据同 Valid && ready 有效
threshold	不具备 Valid，数据始终视为有效，对应信号产生即响应