(no commit message)
[libreriscv.git] / openpower / sv / setvl.mdwn
index 2c7d582143b6626c22f1e348805bf59b846a69d4..e8bcc44492109c925f22a61b90602da68dae28f7 100644 (file)
-# OpenPOWER SV setvl/setvli
+# setvl: Set Vector Length
 
+<!-- hide -->
 See links:
 
 * <http://lists.libre-soc.org/pipermail/libre-soc-dev/2020-November/001366.html>
 * <https://bugs.libre-soc.org/show_bug.cgi?id=535>
+* <https://bugs.libre-soc.org/show_bug.cgi?id=587>
+* <https://bugs.libre-soc.org/show_bug.cgi?id=568> TODO
+* <https://bugs.libre-soc.org/show_bug.cgi?id=927> bug - RT>=32
+* <https://bugs.libre-soc.org/show_bug.cgi?id=862> VF Predication
 * <https://github.com/riscv/riscv-v-spec/blob/master/v-spec.adoc#vsetvlivsetvl-instructions>
+* [[sv/svstep]]
+* pseudocode [[openpower/isa/simplev]]
+<!-- show -->
+
+Add the following section to the Simple-V Chapter
+
+## setvl
+
+SVL-Form
+
+| 0-5|6-10|11-15|16-22 | 23 24 25 | 26-30 |31|   FORM   |
+| -- | -- | --- | ---- |----------| ----- |--|----------|
+|PO  | RT | RA  | SVi  | ms vs vf | XO    |Rc| SVL-Form |
+
+* setvl RT,RA,SVi,vf,vs,ms (Rc=0)
+* setvl. RT,RA,SVi,vf,vs,ms (Rc=1)
+
+Pseudo-code:
+
+```
+    overflow <- 0b0    # sets CR.SO if set and if Rc=1
+    VLimm <- SVi + 1
+    # set or get MVL
+    if ms = 1 then MVL <- VLimm[0:6]
+    else           MVL <- SVSTATE[0:6]
+    # set or get VL
+    if vs = 0                then VL <- SVSTATE[7:13]
+    else if _RA != 0         then
+        if (RA) >u 0b1111111 then
+            VL <- 0b1111111
+            overflow <- 0b1
+        else                      VL <- (RA)[57:63]
+    else if _RT = 0          then VL <- VLimm[0:6]
+    else if CTR >u 0b1111111 then
+        VL <- 0b1111111
+        overflow <- 0b1
+    else                          VL <- CTR[57:63]
+    # limit VL to within MVL
+    if VL >u MVL then
+        overflow <- 0b1
+        VL <- MVL
+    SVSTATE[0:6] <- MVL
+    SVSTATE[7:13] <- VL
+    if _RT != 0 then
+       GPR(_RT) <- [0]*57 || VL
+    # MAXVL is a static "state-reset" opportunity so VF is only set then.
+    if ms = 1 then
+         SVSTATE[63] <- vf   # set Vertical-First mode
+         SVSTATE[62] <- 0b0  # clear persist bit
+```
+
+Special Registers Altered:
+
+```
+    CR0                     (if Rc=1)
+    SVSTATE
+```
+
+* `SVi` - bits 16-22 - an immediate operand for setting MVL and/or VL
+* `ms` - bit 23 - allows for setting of MVL
+* `vs` - bit 24 - allows for setting of VL
+* `vf` - bit 25 - sets "Vertical First Mode".
+
+Note that in immediate setting mode VL and MVL start from **one** but that
+this is compensated for in the assembly notation.  i.e. that an immediate
+value of 1 in assembler notation actually places the value 0b0000000 in
+the `SVi` field bits: on execution the `setvl` instruction adds one to
+the decoded `SVi` field bits, resulting in VL/MVL being set to 1. In future
+this will allow VL to be set to values ranging from 1 to 128 with only 7 bits
+instead of 8.  Setting VL/MVL to 0 would result in all Vector operations
+becoming `nop`.  If this is truly desired (nop behaviour) then setting
+VL and MVL to zero is to be done via the [[SVSTATE SPR|sv/sprs]].
 
-Use of setvl results in changes to the MVL, VL and STATE SPRs. see [[sv/sprs]]♧
+Note that setmvli is a pseudo-op, based on RA/RT=0, and setvli likewise
 
-# Format
+```
+    setvli   VL=8   : setvl  r0, r0, VL=8, vf=0, vs=1, ms=0
+    setvli.  VL=8   : setvl. r0, r0, VL=8, vf=0, vs=1, ms=0
+    setmvli  MVL=8  : setvl  r0, r0, MVL=8, vf=0, vs=0, ms=1
+    setmvli. MVL=8  : setvl. r0, r0, MVL=8, vf=0, vs=0, ms=1
+```
 
-| 0..5 |6..10|11..15|16.20|21.22.23.24..25|26.....30|31|  name   |
-|------|-----|------|-----|---------------|---------|--|---------|
-| 19   | RT  | RA   |     | XO[0:4]       | XO[5:9] |Rc| XL-Form |
-| 19   | RT  | RA   |imm  | imm //  vs ms | NNNNN   |Rc| setvl   |
+Additional pseudo-op for obtaining VL without modifying it (or any state):
 
-Note that imm spans 7 bits (16 to 22), and that bit 22 is reserved abd must be zero.  Setting bit 22 causes an illegal exception.
+```
+    getvl  r5      : setvl  r5, r0, vf=0, vs=0, ms=0
+    getvl. r5      : setvl. r5, r0, vf=0, vs=0, ms=0
+```
 
-Note that VL and MVL start from **one** i.e. that an immediate value of zero will result in VL/MVL being set to 1.  0b111111 results in VL/MVL being set to 64. This is because setting VL/MVL to 1 results in "scalar identity" behaviour, where setting VL/MVL to 0 would result in all Vector operations becoming nop.  If this is truly desired (nop behaviour) then setting VL and MVL must be done via the [[SV SPRs|sv/sprs]]
+Note that whilst it is possible to set both MVL and VL from the same
+immediate, it is not possible to set them to different immediates in
+the same instruction.  Doing so would require two instructions.
 
-Note that setmvli is a pseudo-op, based on RA/RT=0, and setvli likewise
+Use of setvl results in changes to the SVSTATE SPR. see [[sv/sprs]]
 
-* setvli VL=8 : setvl r5, r0, VL=8
-* setmvli MVL=8 : setvl r0, r0, MVL=8
-
-# Pseudocode
-
-    // instruction fields:
-    rd = get_rt_field();         // bits 6..10
-    ra = get_ra_field();         // bits 11..15
-    // add one. MVL/VL=1..64 not 0..63
-    vlimmed = get_immed_field()+1; //  16..22
-    vs = get_vs_field();         // bit 24
-    ms = get_ms_field();         // bit 25
-    Rc = get_Rc_field();         // bit 31
-
-    // set VL (or not).
-    // 3 options: from SPR, from immed, from ra
-    if vs {
-       // VL to be sourced from fields/regs
-       if ra != 0 {
-           VL = GPR[ra]  
-       } else {
-           VL = vlimmed
-       }
-    } else {
-       // VL not to change, source from SPR
-       VL = SPR[SV_VL]
-    }
-
-    // set MVL (or not).
-    // 2 options: from SPR, from immed
-    if ms {
-       MVL = vlimmed
-    } else {
-       MVL = SPR[SV_MVL]
-    }
-
-    // calculate (limit) VL
-    VL = min(VL, MVL)
-
-    // store VL, MVL
-    SPR[SV_VL] = VL
-    SPR[SV_MVL] = MVL
-
-    // write rd
-    if rt != 0 {
-        // rt is not zero
-        regs[rt] = VL;
-    }
-    // write CR?
-    if Rc {
-        // update CR from VL (not rt)
-        CR0 = ....
-    }
-
-# Examples
-
-## Core concept loop
+**Selecting sources for VL**
 
-    loop:
+There is considerable opcode pressure, consequently to set MVL and VL
+from different sources is as follows:
+
+| condition           | effect         |
+| - | - |
+| `vs=1, RA=0, RT!=0` | VL,RT set to MIN(MVL, CTR)  |
+| `vs=1, RA=0, RT=0`  | VL set to MIN(MVL, SVi+1)  |
+| `vs=1, RA!=0, RT=0` | VL set to MIN(MVL, RA)  |
+| `vs=1, RA!=0, RT!=0` | VL,RT set to MIN(MVL, RA)  |
+
+The reasoning here is that the opportunity to set RT equal to the
+immediate `SVi+1` is sacrificed in favour of setting from CTR.
+
+**Unusual Rc=1 behaviour**
+
+Normally, the return result from an instruction is in `RT`. With it
+being possible for `RT=0` to mean that `CTR` mode is to be read, some
+different semantics are needed.
+
+CR Field 0, when `Rc=1`, may be set even if `RT=0`. The reason is that
+overflow may occur: `VL`, if set either from an immediate or from `CTR`,
+may not exceed `MAXVL`, and if it is, `CR0.SO` must be set.
+
+In reality it is **`VL`** being set. Therefore, rather than `CR0`
+testing `RT` when `Rc=1`, CR0.EQ is set if `VL=0`, CR0.GE is set if `VL`
+is non-zero.
+
+**SUBVL**
+
+Sub-vector elements are not be considered "Vertical". The vec2/3/4
+is to be considered as if the "single element".  Caveats exist for
+[[sv/mv.swizzle]] and [[sv/mv.vec]] when Pack/Unpack is enabled, due
+to the order in which VL and SUBVL loops are applied being swapped
+(outer-inner becomes inner-outer)
+
+## Examples
+
+### Core concept loop
+
+This example illustrates the Cray-style Loop concept. However where most Cray
+Vectors have a Max Vector Length hard-coded into the architecture, Simple-V
+allows MVL to be set, but only as a static immediate, so that compilers may
+embed the register resource allocation statically at compile-time.
+
+```
+loop:
     setvl a3, a0, MVL=8    #  update a3 with vl
                            # (# of elements this iteration)
-                           # set MVL to 8
+                           # set MVL to 8 and
+                           # set a3=VL=MIN(a0,MVL)
     # do vector operations at up to 8 length (MVL=8)
     # ...
-    sub a0, a0, a3   # Decrement count by vl
+    sub. a0, a0, a3   # Decrement count by vl, set CR0.eq
     bnez a0, loop    # Any more?
+```
+
+### Loop using Rc=1
 
-## Loop using Rc=1
+In this example, the `setvl.` instruction enabled Rc=1, which
+sets CR0.eq when VL becomes zero. Testing of `r4` (cmpi) is thus redundant
+saving one instruction.
 
+```
     my_fn:
       li r3, 1000
       b test
@@ -97,7 +177,36 @@ Note that setmvli is a pseudo-op, based on RA/RT=0, and setvli likewise
       sub r3, r3, r4
       ...
     test:
-      setvl. r4, r3, 64
+      setvli. r4, r3, MVL=64
       bne cr0, loop
     end:
       blr
+```
+
+### Load/Store-Multi (selective)
+
+Up to 64 FPRs will be loaded, here.  `r3` is set one per bit for each
+FP register required to be loaded.  The block of memory from which the
+registers are loaded is contiguous (no gaps): any FP register which has
+a corresponding zero bit in `r3` is *unaltered*.  In essence this is a
+selective LD-multi with "Scatter" (`VCOMPRESS`) capability.
+
+```
+    setvli r0, MVL=64, VL=64
+    sv.fld/dm=r3 *r0, 0(r30) # selective load 64 FP registers
+```
+
+Up to 64 FPRs will be saved, here.  Again, `r3` specifies which
+registers are set in a `VEXPAND` fashion.
+
+```
+    setvli r0, MVL=64, VL=64
+    sv.stfd/sm=r3 *fp0, 0(r30) # selective store 64 FP registers
+```
+
+[[!tag standards]]
+
+------
+
+\newpage{}
+