6. Механизм стека регистров (rse)

Механизм стека регистров (RSE–RegisterstackEngine) перемещает регистры между стеком регистров и вспомогательной памятью, без явного программного вмешательства. МеханизмRSEработает параллельно с процессором и может использовать для динамического запуска операций сливания и заливания регистров, недозагрузку пропускной способности памяти. В этом смысле, время ожидания операций сливания/заливания регистров, может перекрываться с полезной работой программы. Основные принципы стека регистров обсуждались в разделе 4.1. В этой главе представлены внутреннее состояние, модель программирования и поведение прерывания механизма стека регистров.

6.1. Обзор rsEи вспомогательной памяти

Окна стека регистров отображаются в набор физических регистров, который работает как циклический буфер, содержащий самые последние созданные окна. Механизм RSEсливает и заливает эти физические регистры во вспомогательную память и из нее. МеханизмRSEперемещает регистры между стеком физических регистров и вспомогательной памятью, без явного программного вмешательства. Как показано на рис. 6.1,RSEобрабатывает физические стековые регистры, вне текущего активного окна (как определено с помощьюCFM). Эти регистры содержат окна родительских процедур текущей процедуры.

Как показано на рис. 6.1, вспомогательная память организована как стек памяти, который растет от более низких к более высоким адресам. Прикладной регистр BSP(BackingStorePointer– указатель вспомогательной памяти) содержит адрес самого первого (низкого) места памяти, резервированного для текущего окна (т.е. места, в которое будет слитGR32 текущего окна). ДействиеRSEсливания/заливания, происходит от адреса содержащегося вBSP, т.к.RSEсливает/заливает окна родителей текущей процедуры. Прикладной регистрBSPSTOREсодержит адрес, с которого произойдет следующееRSEсливание. Регистр адреса, который соответствует следующей операцииRSEзаливания, указатель загрузкиBSP, не является архитектурно видимым. Адреса, содержащиеся вBSPиBSPSTORE, всегда выровнены на 8-байтовую границу. Вспомогательная память содержит локальную область каждого окна. Выходная область не сливается во вспомогательную память (если только позже она не становится частью локальной области вызванной процедуры). В каждом окне стека, регистры с меньшими адресами сохраняются в меньших адресах памяти. Сливания типаRSE, стековых регистров со значениямиNaT, подчиняются тем же самым ограничениям модификации памяти, что и программные сливания (st8.still) статических регистров со значениямиNaT(см. раздел 4.4.4.6 первого тома «Сливания и заливания регистров»).

Механизм RSE, также сливает/заливаетNaTбиты соответствующие стековым регистрам. БитыNaT, соответствующие статическому подмножеству, при необходимости, должны сливаться/заливаться программным обеспечением. БитыNaTявляются 65-ми битами каждого основного регистра. БитыNaTдля стекового подмножества, сливаются/заливаются группами по 63 бита, соответствующими 63-ём последовательным физическим стековым регистрам. КогдаRSEсливает регистр во вспомогательную память, соответствующийNaTбит копируется в прикладной регистрRNAT(RSENaTcollectionApplicationRegister– прикладной регистр совокупностиRSENaT). Каждый раз, когда биты 8:3 регистраBSPSTOREустанавливаются все в 1, механизмRSEсохраняет регистрRNATво вспомогательной памяти. Как показано на рис. 6.2, в результате, во внешней памяти отображаются значения 63-х регистров, а следом за ними совокупностьNaTбитов. Бит 0 совокупностиNaTбитов, соответствует первому (с наименьшим адресом) из 63-х значений регистров, а бит 62 соответствует 63-му значению регистра. В 63-ем бите совокупностиNaTбитов всегда записан ноль. Когда механизмRSEзаливает стековые регистры из вспомогательной памяти, он также заливает иNaTбиты регистров. Каждый раз, когда биты 8:3 указателя загрузки вспомогательной памятиRSEустанавливаются все в 1, механизмRSEперезагружает совокупностьNaTбитов из вспомогательной памяти. 63-ий бит совокупностиNaTбитов игнорируется при чтении из вспомогательной памяти.

		Физические стековые регистры				Вспомогательная память
procA calls procB calls procC
	call		unallocated	текущее активное окно
sofc			procC						AR[BSP]
solb			procB	RSE loads/stores			procB		AR[BSPSTOR]
sola			procA				procA
			unallocated				Предшествен­ники procA
	return			Более старшие адреса регистров
									Более старшие адреса памяти

Рис. 6.1. Взаимоотношения между физическими регистрами и вспомогательной памятью

	8 байтов
BSPSTORE{10:3}
11 000000
10 111111	NaTcollection
10 111110
	63 стековых основных регистров
10 000000
01 111111	NaTcollection
01 111110
	63 стековых основных регистров
01 000000
00 111111	NaT collection

Рис. 6.2. Формат вспомогательной памяти.

Механизм RSEработает параллельно и асинхронно относительно выполнения инструкций, используя для динамического запуска операций сливания и заливания регистров, недозагрузку пропускной способности памяти. Алгоритм, используемый механизмомRSEдля определения того, следует ли делать сливание/заливание и когда именно, зависит от реализации. Программное обеспечение не имеет связи с алгоритмом сливания/заливания. Чтобы гарантировать, что процессор и работаRSEне влияют друг на друга, программное обеспечение не должно обращаться к стековым регистрам вне текущего стекового окна. Архитектура гарантирует целостность стека регистров, вызывая ошибку при попытке записи вне окна регистров. Чтение вне окна регистров, может взаимодействовать сRSEоперациями и вернуть неопределенное значения данных. Однако чтения вне окна регистров требуются для распространенияNaTбитов.

Работа RSEмеханизма, управляется прикладным регистромRSC(RegisterStackConfiguration– конфигурации стека регистров). Действия между процессором и механизмомRSEсинхронизируются только тогда, когда инструкцииflushrs, loadrs, br.ret или rfiреально требуют, чтобы регистры были слиты или залиты, либо когда программное обеспечение явно запрашивает синхронизациюRSE, путем выполнения инструкцииmovв/из прикладных регистровRSC,BSPSTOREиRNAT.