手把手教你蜂鸟e203协处理器的扩展 - 服务器托管|北京服务器租用|机房托管租用|IDC托管租用|机房机柜带宽租用-价格及费用咨询

NICE协处理器

赛题要求：
对蜂鸟E203 RISC-V内核进行运算算子（譬如加解密算法、浮点运算、矢量运算等）的扩展，可通过NICE协处理器接口进行添加，也可直接实现RISC-V指令子集（譬如P扩展、F/D扩展、V扩展、B扩展、K扩展等）
对于采用NICE协处理器接口进行的扩展实现，需要在蜂鸟软件开发平台HBird SDK中进行相关软件驱动的添加

实现思路：
- 1.硬件设计，编写相应的verilog文件，需要注意的是NICE协处理器定义了一些基本的接口；
- 2.编写驱动，通过内联汇编的伪指令.insn配置相关的驱动设置；
- 3.编写用于测试的.C文件。
参考示例：
- 背景： 假设有一个3行3列的矩阵按顺序存储在存储器中，每个元素都是32位的整数，目标进行逐行和逐列的累加和，若采用C语言调用主数据通路进行实现，基本思路是循环，按行/列读取各个元素然后相加得到各行/列的累加和，将其转换为汇编语言，则需要约上百个周期才能完成全部运算。
- 硬件实现：(不太好写)
  (e203_hbirdv2-mastere203_hbirdv2-masterrtle203subsyse203_subsys_nice_core.v)
  
  ->NICE协处理器工作机理：
  - 请求通道：主处理器在流水线的EXU级时，将指令的编码信息和源操作数传输到协处理器。
  - 反馈通道：协处理器告诉主处理器其已完成了该指令，并将结果反馈到主处理器。
  - 存储器请求通道：协处理器向主处理器发起存储器读写请求。
  - 存储器反馈通道：主处理器向协处理器写回存储器读写结果。
  ->NICE示例协处理器的设计：
  控制模块(和主处理器通过NICE协处理器的接口进行交互)+累加器(累加运算)
  
  ->NICE示例协处理器的自定义指令
  
  ->verilog文件中包含内容：
  自定义指令的编码+各模块功能实现(以状态机实现的转换)
- 软件驱动：
  (nuclei-board-labs-masternuclei-board-labs-mastere203_hbirdv2commondemo_niceinsn.h)
  基本格式：
```
  .insn r opcode, func3, func7, rd, rs1, rs2
  //.insn告知编译器当前的指令是.insn形式的指令
  //r用来表示指令类型为R-type
  //opcode、func3、func7、rd、rs1、rs2分别代表R类型指令格式的各位域
```
具体实现：（累加和）
```
  // custom lbuf 
  __STATIC_FORCEINLINE void custom_lbuf(int addr)
  {
    int zero = 0;
    
    asm volatile (
      ".insn r 0x7b, 2, 1, x0, %1, x0"
          :"=r"(zero)
          :"r"(addr)
    );
  }

  // custom sbuf 
  __STATIC_FORCEINLINE void custom_sbuf(int addr)
  {
    int zero = 0;
    
    asm volatile (
      ".insn r 0x7b, 2, 2, x0, %1, x0"
          :"=r"(zero)
          :"r"(addr)
    );
  }

  // custom rowsum 
  __STATIC_FORCEINLINE int custom_rowsum(int addr)
  {
    int rowsum;
    
    asm volatile (
      ".insn r 0x7b, 6, 6, %0, %1, x0"
            :"=r"(rowsum)
            :"r"(addr)
    );
    
    return rowsum; 
  }
```
- 测试程序：(nuclei-board-labs-masternuclei-board-labs-mastere203_hbirdv2commondemo_niceinsn.c –> 功能实现；nuclei-board-labs-masternuclei-board-labs-mastere203_hbirdv2commondemo_n服务器托管网icemain.c –> 顶层文件，测试输出)
```
  /***********************************insn.c*********************************/
  // normal_case：通过主流水线来实现的累加操作
  int normal_case(unsigned int array[ROW_LEN][COL_LEN])
  {
    volatile unsigned char i=0, j=0;
    volatile unsigned int col_sum[COL_LEN]={0};
    volatile unsigned int row_sum[ROW_LEN]={0};
    volatile unsigned int tmp=0;
    for (i = 0; i 
```
- 实际测试：
  - 法一：(不推荐)通过.c文件配置工程，参考这里(5.3. 无模板手动创建项目)
  - 法二：(推荐)
    - 创建HelloWorld例程，删除左侧相应工程目录下application/main.c文件
    - 将我们所编写的软件驱动文件和测试文件放入该目录下
    - 点击锤子进行编译，做好硬件连接后，点击️️绿色的三角运行。
采用NICE协处理器进行的累加所用的指令数和周期数都远小于普通情况，如下图所示。
一些疑惑：
- 对于NICE协处理器和普通的情况，均进行了诸如循环读寄存器数据之类的操作，那么实现NICE协处理器相较于普通情况的优化体现在什么服务器托管网方面，节约的是进行取数+计算的时间，还是其他诸如循环控制等的时间；
- 是否应该根据后续的系统及应用来判断进行什么样的扩展；
- 对于添加了NICE协处理器的内核，其跑分结果应该有所提高，那么该如何通过跑分的程序测试出来；

3.NucleiStudio+Vivado联合仿真教程

猜测后续的工作流程：

Benchmark：
Vivado中修改RTL设计–>NucleiStudio中跑分验证/Vivado中仿真验证（尝试跑通中）；
指令集扩展：
Vivado中添加RTL设计+IDE中添加软件驱动–>NucleiStudio中验证功能/Vivado中仿真验证功能(当前尝试的NICE协处理器可仿真验证)

编写了一个Nucleistudio+Vivado联合仿真的教程，或许会有用((。

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3.NucleiStudio+Vivado联合仿真教程

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