今天來看 RISC-V 系列的最後一篇文件，Supporting PMUs on RISC-V platforms！
在這裡可以看到一個年輕的指令集架構(ISA)，在成長的過程中，可能會經歷到的變化！

PMU (Performance Monitoring Unit) 是一個大多數處理器都具備的特殊 on-chip 硬體，
可以用來觀察微架構事件 (Microarchitectural event)，像是 cycle 數、cache hit/miss 數... 等等；
而這個硬體也是 perf 等效能剖析工具，所使用的基礎設施。

文件

• 文件原文：Supporting PMUs on RISC-V platforms
• 翻譯： (Introduction 部分)

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在 RISC-V 平台上支援 PMUs
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Alan Kao <alankao@andestech.com>, Mar 2018

簡介
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在這篇文件撰寫之時，RISC-V 特權指令集架構 1.10 版本所描述的 perf 事件相關的項目包含下列幾項：
(RISC-V 文件會有更多細節)

* [m|s]counteren
* mcycle[h], cycle[h]
* minstret[h], instret[h]
* mhpeventx, mhpcounterx[h]

僅僅只有上述的項目的話，要移植 perf 會需要很多的手續，
由於 RISC-V 目前缺乏以下大多數架構通用的效能監測特色：

* 啟動/關閉 計數器
  計數器無時無刻都在做動。
* 計數器數值溢位造成的中斷
  規格並為定義這樣的事件。
* 中斷指示器
  不可能讓每個計數器有自己的中斷 port，所以必須要有一個中斷指示器來告訴軟體，是哪一個計數器數值溢位了。
* 寫入數值到計數器中
  將來會有 SBI 來支援這項功能，因為核心本身並沒有能力修改計數器。[1]
  又或是，有些廠家會有擴充的硬體實作來支援 M-S-U 特權架構的平台來直接對計數器做寫入的操作。

這份文件目標是提供開發者一份快速上手的守則，讓開發者可以在核心中實作 PMU 相關的功能；
接下來的幾個章節會簡單的介紹 perf 機制以及待完成的事項。

[1][2] 有先前的討論供參考。
另外，附錄 A 有相關的核心資料結構，認識這些資料結構會對理解本文有幫助。

我的理解

• [m|s]counteren：
  • prefix 的 m|s 表示的是 m mode 或是 s mode 的 register，RISC-V 的特權架構分為，m(achine) mode、s(upervisor) mode、u(ser) mode。
  • counteren 是 counter enable 的意思，但相較於名字，實際功能卻是在定義，下一個 privilege 層級是否對 hpm (hardware performance monitoring) 相關暫存器有存取的權力。
• mcycle[h]、minstret[h]、mhpmeventn、mhpmcountern[h]
  • mcycle 是記錄該 hart 所執行的 cycle 數，suffix 的 h 表示 high，用於 xlen == 32 時，讀取 mcycleh 等於讀取 mcycle 的高位 32 bit ([63:32])。
  • minstret 是記錄該 hart 所執行的 instruction 數，suffix h 同上表示 high，且用途相同。
  • mhpmeventm 是事件暫存器，這 29 個事件暫存器，由各自平台來做實作，可以指定 mhpmcounter 計數器要針對哪些事件來進行計數。
  • mhpmcountern 是事件計數器，有 29 個，mhpmcounter3-mhpmcounter31，(0: no event, 1: cycle, 2: intstruction)。
• 相關硬體監測的名詞在 RISC-V 規範中叫做 HPM (Hardware Performance Monitor)，而在特權指令集架構 1.10 版本中，只有上述的描述以及暫存器可使用，文中提到 RISC-V 1.10 版本所缺乏的功能，大多數的架構其實是都支援的，如下：
  1. 開關計數器的功能，並沒有被定義，所以會沒有能夠啟動或是停止計數的能力，如此也無法直覺的計算各種功能所執行的 cycle 數。
  2. 計數器數值溢位，在當時的規格中，並沒有定義的中斷，所以必須不斷的 polling 來確認有沒有數值溢位發生，若有溢位發生，則需要一些運算來計算出正確的計數器數值。
  3. 計數器溢位中斷指示器，如同上述第二點，若有溢位中斷的話，會需要一個中斷指示器來確認是哪一個事件的計數器溢位了。
  4. 寫入數值到計數器中，1.10版本，這些計數器都是在 m mode 且是 read-only，作業系統作為一個 s mode 的軟體，目前沒有一個可以寫入計數器的方法 (e.g. 歸零計數器)

後記

• 規格的文字真的是很精煉，有些意思其實要揣摩一下，但還是不太確定實際意思
  • 像是最後 read-only 計數器的部分，在原文中是 The cycle, instret, and hpmcountern CSRs are read-only shadows of mcycle, minstret, and mhpmcountern, respectively. The time CSR is a read-only shadow of the memory-mapped mtime register。

其實這篇文件就是我們鐵人賽團長的著作，在當初 RISC-V Manual 並沒有完整支援 HPM 時，所提出的快速上手守則，而最近相關的 RISC-V 擴充指令集已經趨於完備，"Sscofpmf" extension，(由團長及團員提點所知道的XD)，會在接下來的幾篇鐵人文中，研究並記錄這個發展的過程，那麼今天就先到這裡吧！
感謝大家，明天見！