系列文章 : [gem5] 從零開始的 gem5 學習筆記

在 fetchLine 的時候，會把 FetchRequest 的 state 改為 FetchRequest::InTranslation
https://github.com/gem5/gem5/blob/v25.1.0.0/src/cpu/minor/fetch1.cc#L188

並且將Fetch1Request push 進 requests queue
https://github.com/gem5/gem5/blob/v25.1.0.0/src/cpu/minor/fetch1.cc#L192C5-L192C28

再來會發一個 MMU 的 request，以便取得正確的位址
https://github.com/gem5/gem5/blob/v25.1.0.0/src/cpu/minor/fetch1.cc#L197

然後會進入 arch specific code，這邊以 RISC-V 為例子
會進入 gem5::RiscvISA::TLB::translateTiming
https://github.com/gem5/gem5/blob/v25.1.0.0/src/arch/riscv/tlb.cc#L622

假如 translate 完成後，會呼叫 translation->finish 這個 callback function
https://github.com/gem5/gem5/blob/v25.1.0.0/src/arch/riscv/tlb.cc#L629

finish 這個 callback function 來自 BaseMMU::Translation
FetchRequest 會繼承 BaseMMU::Translation
https://github.com/gem5/gem5/blob/v25.1.0.0/src/cpu/minor/fetch1.hh#L106-L108
https://github.com/gem5/gem5/blob/v25.1.0.0/src/arch/generic/mmu.hh#L58-L85

並且 FetchRequest 會 override 這個 callback function
https://github.com/gem5/gem5/blob/v25.1.0.0/src/cpu/minor/fetch1.cc#L240

MMU 結束後會呼叫 Fetch1::handleTLBResponse
https://github.com/gem5/gem5/blob/v25.1.0.0/src/cpu/minor/fetch1.cc#L253

在 Fetch1::handleTLBResponse 裡面，會將 FetchRequest 的 state 改為 FetchRequest::Translated，表示這個 Request 已經經過 MMU 的 translate 了。
https://github.com/gem5/gem5/blob/v25.1.0.0/src/cpu/minor/fetch1.cc#L271

接下來會 icachePort.sendTimingReq，會把 Packet 送出去給外部的裝置。
https://github.com/gem5/gem5/blob/v25.1.0.0/src/cpu/minor/fetch1.cc#L335

假如外部裝置可以接收這個 Packet，則會 return true。
會將 FetchReqeust 的 state 改為 FetchRequest::RequestIssuing，代表這個 Request 已經 Issue 到 bus 上了，等待 bus 回傳的結果!
https://github.com/gem5/gem5/blob/v25.1.0.0/src/cpu/minor/fetch1.cc#L340

假如外部裝置沒辦法接收這個 Packet，則會 return false。 minor CPU 需要等待外部裝置可以接受 Packet 的時候，外部裝置會呼叫 sendRetryReq，觸發 minor CPU 的 recvReqRetry，並重新 icachePort.sendTimingReq。
https://github.com/gem5/gem5/blob/v25.1.0.0/src/cpu/minor/fetch1.cc#L464

只要成功的將這個 Request 送到 Bus 上，就會呼叫 moveFromRequestsToTransfers，把 requests queue 的 Request 交給 transfers queue。
https://github.com/gem5/gem5/blob/v25.1.0.0/src/cpu/minor/fetch1.cc#L327

最後我們就等待外部的裝置呼叫 sendTimingResp，將 memory request 回送給 minor CPU，並觸發 minor CPU 的 recvTimingResp。
https://github.com/gem5/gem5/blob/v25.1.0.0/src/cpu/minor/fetch1.cc#L417
因為 minor CPU 的 recvTimingResp 設計為永遠 return true，表示永遠都可以接收 Resp，不會有失敗的情況。

當我們收到來自外部裝置的回應之後，我們可以把 FetchRequest 的 state 標示為 FetchRequest::Complete。表示漫長的 memory request 之旅終於結束了。
https://github.com/gem5/gem5/blob/v25.1.0.0/src/cpu/minor/fetch1.cc#L432

整理一下 FetchRequest 的五種狀態
https://github.com/gem5/gem5/blob/v25.1.0.0/src/cpu/minor/fetch1.hh#L117

• NotIssued
  最初始的狀態。
• InTranslation
  把 request 送給 MMU 並等待 MMU 的回應，表示這筆 Request 正在進行 Translation。
• Translated
  該 request 已經經過了 MMU，拿到了正確的 address。表示已經完成 Translation。
• RequestIssuing
  正式將該 request 送到( issue ) bus 上，並等待回應。
• Complete
  該 request 已經拿到來自 bus 上的回應，已經完成了。
  每一個 FetchRequest 會依序走過這五種狀態。

整理一下 Source Device ( 也就是 minor CPU ) 的 Port 會呼叫哪些 function

• icachePort.sendTimingReq
  送出一個 Timing Request，假如外部裝置不忙碌，可以接收這個 Packet，會 return True。假如外部裝置忙碌中，沒辦法接受這個 Packet，會 return false。當外部裝置可以接收 Packet 的時候，外部裝置會呼叫 sendRetryReq，通知 minor CPU 可以再次呼叫 icachePort.sendTimingReq。
• icachePort.recvReqRetry
  假如 minor CPU 的 icachePort.sendTimingReq return false，表示外部裝置在忙碌中。外部裝置會主動呼叫 sendRetryReq，最後會呼叫 icachePort.recvReqRetry，這時候我們可以再送一次 icachePort.sendTimingReq。
• icachePort.recvTimingResp
  接受來自外部裝置的 response。因為 minor CPU 的設計永遠都不會忙碌，icachePort.recvTimingResp 永遠都會 return true，所以就沒有實作 icachePort.sendRetryResp。
• icachePort.sendRetryResp
  不會用到，所以在 minor CPU model 中沒有實作

Fetch1 的 FetchRequestPtr 有兩個 Queue

• FetchQueue requests
  這個 queue 會放 InTranslation, Translated 的 requests
• FetchQueue transfers
  這個 queue 會放 RequestIssuing, Complete 的 requests

最後 Fetch1 想要拿資料的話，就會從 transfers 裡面拿已經確定 Complete 的 Request 裡的資料
https://github.com/gem5/gem5/blob/v25.1.0.0/src/cpu/minor/fetch1.cc#L671
https://github.com/gem5/gem5/blob/v25.1.0.0/src/cpu/minor/fetch1.cc#L688

參考連結

• Creating SimObjects in the memory system
  https://www.gem5.org/documentation/learning_gem5/part2/memoryobject/