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三级模块 Hypervisor Page Table Walker

Hypervisor Page Table Walker 指的是如下模块：

  • HPTW hptw

设计规格

  1. 支持访问 G-stage 的三级页表
  2. 支持向内存发送请求
  3. 支持向 Page Cache 发送 refill 信号
  4. 支持异常处理
  5. bypass 特殊处理

功能

支持访问 G-stage 的三级页表

HPTW 整体设计与 PTW 基本相同，每次只能处理一个请求，并且 HPTW 可以进行完整的第二阶段的三级页表的翻译，翻译过程中如果需要访问内存，会对访问内存的地址进行 PMP 检查，如果检查出错则直接返回，否则发送访存请求。HPTW 返回的情况有：

  1. 访问到叶子节点
  2. 访问出现 pagefault 或者 accessfault

支持向内存发送请求

HPTW 与 PTW 和 LLPTW 类似，在访问页表的时候需要向内存发送请求，通过仲裁器发送请求。

向 Page Cache 发送 refill 信号

HPTW 得到 PTW 返回的结果后，会向 Page Cache 发送 refill 请求，将返回的页表项填入 Page Cache，HPTW 会提供填入 Page Cache 的信息。

异常处理机制

当出现 pagefault 或者 accessfault 的异常时候，HPTW 会直接返回给 PTW 或者 LLPTW。

Bypass 特殊处理

对于 bypass 请求，我们一般将其放入 MissQueue 中重新查询，但对于 hptw 请求（即 isHptwReq 有效）不放入 MissQueue（避免出现阻塞），所以出现 bypass 的请求的时候，为了避免 Page Cache 填入重复的页表项，hptw 请求传入 HPTW 的时候如果 bypass 信号有效，则向内存发送请求的时候，内存返回的结果不会重填 Page Cache。

整体框图

HPTW 的状态转移关系图如 此图 所示。

Hypervisor Page Table Walker 状态机的状态转移图

状态机的各个状态的描述如下：

  • idle：Hypervisor Page Table Walker 状态机的初始状态，接收一个 PTW 请求后，进入 pmp_check 状态。
  • pmp_check：在该状态下将需要访问的物理地址发送给 PMP 模块做 PMP 和 PMA 检查，下一拍进入 mem_req 状态。PMP 模块需要当拍返回物理地址检查结果是否出现 access fault。
  • mem_req：根据 PMP 和 PMA 的检查结果，如果检查结果出现 access fault，则进入 check_pte 状态；否则向内存发送请求。在 mem_req 状态继续等待，直至和内存握手成功，表示成功发送请求，之后后进入 mem_resp 状态。
  • mem_resp：在 mem_req 状态时，Hypervisor Page Table Walker 已经向内存发送了 PTW 请求，在 mem_resp 状态下，Hypervisor Page Table Walker 等待内存回复。在收到内存回复，内存和 Hypervisor Page Table Walker 握手成功后进入 check_pte 状态。
  • check_pte：该状态对目前的查询情况进行判断，从而决定下一步操作。该状态处理的情况如下：
    1. 出现 accessfault 或者 pagefault，返回给 PTW 或者 LLPTW。
    2. 在内存返回的页表是叶子节点，则直接返回给 PTW 或者 LLPTW。
    3. 如果不是叶子节点，则将物理地址发送给 PMP 模块做 PMP&PMA 检查，同时状态转移到 mem_req，重复上文中介绍的流程。

接口时序

与 PTW 类似，不再赘述。