GEM5 LSQ 学习
（2025.04.28：LSQ预计需要重构pipe代码，下面的代码不一定仍然对得上最新版本）
lsq接收来自cache的回复流程
在GEM5中，LSQ类为整个LSQ的外层接口，内部包括多个LSQUnit，每个LSQUnit处理具体的Packet。GEM5将LSQRequest划分为了3种，分别是SingleDataRequest、SplitDataRequest、SbufferRequest。
函数调用层次顺序为：LSQ::DcachePort::recvTimingResp ----- LSQ::recvTimingResp ----- LSQUnit::recvTimingResp ----- LSQRequest::recvTimingResp
1. 单一数据请求的处理
- 函数:
SingleDataRequest::recvTimingResp- 检查
cache是否命中（pkt->cacheSatisfied或pkt->cacheSatisfiedByMSHR）。 - 如果启用了
enableLdMissReplay并且是cache miss：- 将
load指令标记为等待数据回填（waitingCacheRefill）。 - 调用
discard()丢弃当前请求。
- 将
- 如果
cache hit：- 调用
assemblePackets()将数据写回到指令目标寄存器。
- 调用
- 清除
LSQRequest的pendingCacheReq状态。
- 检查
2. 分割数据请求的处理
- 函数:
SplitDataRequest::recvTimingResp- 检查当前响应的
Packet是否属于分割请求的某一部分。 - 更新已接收的分割包计数（
numReceivedPackets）。 - 如果所有分割包都接收完成：
- 调用
assemblePackets()将数据组装并写回。 - 清除
pendingCacheReq状态。
- 调用
- 检查当前响应的
3. Store Buffer 请求的处理
- 函数:
SbufferRequest::recvTimingResp- 确认响应的
Packet与请求匹配。 - 调用
completeSbufferEvict()完成数据写回。
- 确认响应的
4. 数据访问完成
- 函数:
LSQ::completeDataAccess- 调用
LSQUnit::completeDataAccess完成数据访问。 - 如果是
load指令，检查数据是否与golden mem一致（如果启用了数据一致性检查）。 - 如果需要写回寄存器（如
load或atomic指令），调用writeback()完成写回。
- 调用
5.writeback处理
- 唤醒 CPU 并确保流水线活动。
- 检查指令是否被丢弃，若是则直接返回。
- 如果指令正常完成，将数据写回目标寄存器。
- 如果指令发生异常，处理异常并记录调试信息。
- 将指令插入提交队列，等待提交。
- 检查是否发生分支预测错误
lsq向cache发送读请求流程
1. 指令被插入 Load Queue
- 函数:
LSQ::insertLoadload指令被插入到LSQ的Load Queue中。- 每个线程有独立的
Load Queue，用于管理该线程的load指令。 - 调用
LSQUnit::insertLoad将load指令插入到LSQUnit的Load Queue。
2. 产生LSQRequest内存请求
- 函数:
LSQ::pushRequest- 创建
LSQRequest对象（如SingleDataRequest或SplitDataRequest）。 - 如果地址跨越了
cache line边界，则创建SplitDataRequest，否则创建SingleDataRequest。 - 调用
LSQRequest::initiateTranslation发起地址翻译。
- 创建
3. 地址翻译
- 函数:
LSQRequest::initiateTranslation- 调用
LSQRequest::sendFragmentToTranslation将请求发送到MMU进行地址翻译。 - 翻译完成后，
LSQRequest::finish被回调，更新请求状态。 - 如果翻译成功，设置
load指令的物理地址。
- 调用
4. 进入 Load Pipe
load指令进入LSQUnit的load pipe，按照流水线阶段依次执行：
4.1 Load Pipe S0: 地址计算与对齐检查
- 函数:
LSQUnit::loadPipeS0- 检查
load指令的地址是否对齐。 - 如果地址未对齐，设置
fault并终止执行。 - 如果地址对齐，进入下一阶段。
- 检查
4.2 Load Pipe S1: 地址翻译完成检查
- 函数:
LSQUnit::loadPipeS1- 检查地址翻译是否完成：
- 如果翻译未完成，指令被阻塞，等待翻译完成。
- 如果翻译完成，检查是否需要访问内存。
- 如果需要访问内存，调用
LSQUnit::read发起内存访问。 - read()期间先检查SQ、sbuffer、总线是否包含需要的数据，有就会触发数据前递，没有就会向cache发送请求，使用函数:
LSQRequest::sendPacketToCache- 调用
LSQUnit::trySendPacket尝试将Packet发送到cache。 - 如果发生
bank conflict或tag read fail，调用bankConflictReplaySchedule或tagReadFailReplaySchedule重新调度。
- 调用
- 检查地址翻译是否完成：
4.3 Load Pipe S2: 数据访问与转发
- 函数:
LSQUnit::loadPipeS2- 检查是否可以从
store queue或store buffer中转发数据：- 调用
LSQUnit::forwardFrmBus尝试从总线转发数据。 - 如果无法转发，调用
LSQRequest::sendPacketToCache发送请求到cache。
- 调用
- 如果发生
cache miss，可能触发load miss replay。
- 检查是否可以从
4.4 Load Pipe S3: 数据写回
- 函数:
LSQUnit::loadPipeS3- 检查
cache响应是否到达：- 如果响应到达，调用
LSQUnit::completeDataAccess完成数据写回。 - 如果响应未到达，指令被阻塞，等待响应。
- 如果响应到达，调用
- 数据写回后，指令标记为完成。
- 检查
5. 数据访问完成
- 函数:
LSQUnit::completeDataAccess- 调用
LSQRequest::assemblePackets将数据写回到指令的目标寄存器或内存。 - 更新
Load Queue状态，标记指令为完成。
- 调用