(no commit message)
[libreriscv.git] / isa_conflict_resolution / isamux_isans.mdwn
index 78eb9be4ae74185a20a0a70ac3285dbc0ce69174..4cf87261caabecaec40b2413fe06d6bafa325daf 100644 (file)
@@ -1,6 +1,13 @@
 # Note-form on ISAMUX (aka "ISANS")
 
-A fixed number of additional (hidden) bits, conceptually a "namespace", that go directly and non-optionally
+Links:
+
+* <http://lists.libre-riscv.org/pipermail/libre-riscv-dev/2020-February/004190.html>
+* bugreport <http://bugs.libre-riscv.org/show_bug.cgi?id=214>
+
+A fixed number of additional (hidden) bits, conceptually a "namespace",
+set by way of a CSR or other out-of-band mechanism,
+that go directly and non-optionally
 into the instruction decode phase, extending (in each implementation) the
 opcode length to 16+N, 32+N, 48+N, where N is a hard fixed quantity on
 a per-implementor basis.
@@ -17,6 +24,16 @@ be relevant for a fixed number of instructions at a time.  Caveat:
 allowing such a countdown to cross branch-points is unwise (illegal
 instruction?)
 
+An example of a pre-existing "namespace" switch that has been in
+prevalent use for several decades (SPARC and other architectures):
+dynamic runtime selectability of littel-endian / big-endian "meaning"
+of instructions by way of a "mode switch" instruction (of some kind).
+
+That "switch" is in effect a 33rd (hidden) bit that is part of the opcode,
+going directly into the mux / decode phase of instruction decode, and
+thus qualifies categorically as a "namespace".  This proposal both formalises
+and generalises that concept.
+
 # Hypothetical Format
 
 Note that this is a hypothetical format, yet TBD, where particular attention
@@ -38,7 +55,7 @@ RV Mode
 * in RV mode, bits 1 thru 5 provide up to 16 possible alternative meanings (namespaces) for 16 Bit opcodes. "pages" if you will. The top bit indicates custom meanings. When set to 0, the top bit is for official usage.
 * Bits 15 thru 23 are reserved.
 * Bits 24 thru 31 are for custom usage.
-* bit 6 ("B") is LE/BE
+* bit 6 ("B") is endian-selection: LE/BE
 
 16 bit page examples:
 
@@ -137,7 +154,29 @@ trap_exit():
 }
 </pre>
 
-# Why not have TRAP-ISANS as a vector table, matching mtvec? <a name="trap-isans-vec"></a>
+# Alternative RVC 16 Bit Opcode meanings
+
+Here is appropriate to raise an idea how to cover RVC and future
+variants, including RV16.
+
+Just as with foreign archs, and you quite rightly highlight above, it
+makes absolutely no sense to try to select both RVCv1, v2, v3 and so on,
+all simultaneously. An unary bit vector for RVC modes, changing the 16
+BIT opcode space meaning, is wasteful and again has us believe that WARL
+is the "solution".
+
+The correct thing to do is, again, just like with foreign archs, to
+treat RVCs as a *binary* namespace selector. Bits 1 thru 3 would give
+8 possible completely new alternative meanings, just like how the Z80
+and the 286 and 386 used to do bank switching.
+
+All zeros is clearly reserved for the present RVC. 0b001 for RVCv2. 0b010
+for RV16 (look it up) and there should definitely be room reserved here
+for custom reencodings of the 16 bit opcode space.
+
+# FAQ
+
+## Why not have TRAP-ISANS as a vector table, matching mtvec? <a name="trap-isans-vec"></a>
 
 Use case to be determined.  Rather than be a global per-priv-level value,
 TRAP-ISANS is a table of length exactly equal to the mtvec/utvec/stvec table,
@@ -162,7 +201,7 @@ trap_exit(x_cause):
 }
 </pre>
 
-# Is this like MISA? <a name="misa"></a>
+## Is this like MISA? <a name="misa"></a>
 
 No.
 
@@ -173,7 +212,7 @@ No.
 
 MISA is therefore wholly unsuited to U-Mode usage; ISANS is specifically permitted to be called by userspace to switch (with no stalling) between namespaces, repeatedly and in quick succession.
 
-# What happens if this scheme is not adopted? Why is it better than leaving things well alone? <a name="laissezfaire"></a>
+## What happens if this scheme is not adopted? Why is it better than leaving things well alone? <a name="laissezfaire"></a>
 
 At the first sign of an emergency non-backwards compatible and unavoidable
 change to the *frozen* RISCV *official* Standards, the entire RISCV
@@ -200,7 +239,7 @@ first sight not to make any sense.
 
 It's complicated in other words!
 
-# Surely it's okay to just tell people to use 48-bit encodings? <a name="use48bit"></a>
+## Surely it's okay to just tell people to use 48-bit encodings? <a name="use48bit"></a>
 
 Short answer: it doesn't help resolve conflicts, and costs hardware and
 redesigns to do so.  Softcores in cost-sensitive embedded applications may
@@ -212,7 +251,7 @@ Second answer: conflicts can still occur in the (unregulated, custom) 48-bit
 space, which *could* be resolved by ISAMUX/ISANS as applied to the *48* bit
 space in exactly the same way.  And the 64-bit space.
 
-# Why not leave this to individual custom vendors to solve on a case by case basis? <a name="case-by-case"></a>
+## Why not leave this to individual custom vendors to solve on a case by case basis? <a name="case-by-case"></a>
 
 The suggestion was raised that a custom extension vendor could create
 their own CSR that selects between conflicting namespaces that resolve
@@ -249,7 +288,7 @@ or binary) the above issues are solved. CSR space is no longer wasted,
 compiler and JIT software writers have an easier time, clashes are
 avoided, and RISCV is stabilised and has a trustable long term future.
 
-# Why ISAMUX / ISANS has to be WLRL and mandatory trap on illegal writes <a name="wlrlmandatorytrap"></a>
+## Why ISAMUX / ISANS has to be WLRL and mandatory trap on illegal writes <a name="wlrlmandatorytrap"></a>
 
 The namespaces, set by bits in the CSR, are functionally directly
 equivalent to c++ namespaces, even down to the use of braces.
@@ -383,27 +422,7 @@ Subdivision of the RV NS (support for RVCv3/4/5/RV16 without wasting
 precious CSR bits) best left for discussion another time, the above is
 a heck of a lot to absorb, already.
 
-# Alternative RVC 16 Bit Opcode meanings
-
-Ok, here is appropriate to raise an idea how to cover RVC and future
-variants, including RV16.
-
-Just as with foreign archs, and you quite rightly highlight above, it
-makes absolutely no sense to try to select both RVCv1, v2, v3 and so on,
-all simultaneously. An unary bit vector for RVC modes, changing the 16
-BIT opcode space meaning, is wasteful and again has us believe that WARL
-is the "solution".
-
-The correct thing to do is, again, just like with foreign archs, to
-treat RVCs as a *binary* namespace selector. Bits 1 thru 3 would give
-8 possible completely new alternative meanings, just like how the Z80
-and the 286 and 386 used to do bank switching.
-
-All zeros is clearly reserved for the present RVC. 0b001 for RVCv2. 0b010
-for RV16 (look it up) and there should definitely be room reserved here
-for custom reencodings of the 16 bit opcode space.
-
-# Why WARL will not work and why WLRL is required
+## Why WARL will not work and why WLRL is required
 
 WARL requires a follow-up read of the CSR to ascertain what heuristic
 the hardware *might* have applied, and if that procedure is followed in
@@ -420,7 +439,7 @@ is clearly impossible, this leaves no other option but to have the CSR
 be WLRL (on all platforms) and for traps to be mandatory (on the UNIX
 Platform).
 
-# Is it strictly necessary for foreign archs to switch back? <a name="foreignswitch"></a>
+## Is it strictly necessary for foreign archs to switch back? <a name="foreignswitch"></a>
 
 No, because LAST-ISANS handles the setting and unsetting of the ISANS CSR
 in a completely transparent fashion as far as the foreign arch is concerned.
@@ -437,7 +456,7 @@ are **out of scope** of this document and MUST be handled by the foreign
 architecture implementation in a completely transparent fashion that in
 no way interacts or interferes with this proposal.
 
-# Can we have dynamic declaration and runtime declaration of capabilities? <a name="dynamic"></a>
+## Can we have dynamic declaration and runtime declaration of capabilities? <a name="dynamic"></a>
 
 Answer: don't know (yet).  Quoted from Rogier: