mem-cache: Virtualize block print
[gem5.git] / src / mem / cache / blk.hh
index ff09b42c4b2723912299123b2a4ed302b39632b9..6d91e5584fdd9c18972376b3ca103c7b58c3a973 100644 (file)
@@ -1,5 +1,5 @@
 /*
- * Copyright (c) 2012-2014 ARM Limited
+ * Copyright (c) 2012-2018 ARM Limited
  * All rights reserved.
  *
  * The license below extends only to copyright in the software and shall
  * Definitions of a simple cache block class.
  */
 
-#ifndef __CACHE_BLK_HH__
-#define __CACHE_BLK_HH__
+#ifndef __MEM_CACHE_BLK_HH__
+#define __MEM_CACHE_BLK_HH__
 
+#include <cassert>
+#include <cstdint>
+#include <iosfwd>
 #include <list>
+#include <string>
 
 #include "base/printable.hh"
+#include "base/types.hh"
+#include "mem/cache/replacement_policies/base.hh"
 #include "mem/packet.hh"
 #include "mem/request.hh"
-#include "sim/core.hh"          // for Tick
 
 /**
  * Cache block status bit assignments
  */
-enum CacheBlkStatusBits {
+enum CacheBlkStatusBits : unsigned {
     /** valid, readable */
     BlkValid =          0x01,
     /** write permission */
@@ -67,29 +72,22 @@ enum CacheBlkStatusBits {
     BlkReadable =       0x04,
     /** dirty (modified) */
     BlkDirty =          0x08,
-    /** block was referenced */
-    BlkReferenced =     0x10,
     /** block was a hardware prefetch yet unaccessed*/
     BlkHWPrefetched =   0x20,
     /** block holds data from the secure memory space */
     BlkSecure =         0x40,
-    /** can the block transition to E? (hasn't been shared with another cache)
-      * used to close a timing gap when handling WriteInvalidate packets */
-    BlkCanGoExclusive = 0x80
 };
 
 /**
  * A Basic Cache block.
  * Contains the tag, status, and a pointer to data.
  */
-class CacheBlk
+class CacheBlk : public ReplaceableEntry
 {
   public:
     /** Task Id associated with this block */
     uint32_t task_id;
 
-    /** The address space ID of this block. */
-    int asid;
     /** Data block tag value. */
     Addr tag;
     /**
@@ -100,8 +98,6 @@ class CacheBlk
      * referenced by this block.
      */
     uint8_t *data;
-    /** the number of bytes stored in this block. */
-    int size;
 
     /** block state: OR of CacheBlkStatusBit */
     typedef unsigned State;
@@ -109,24 +105,16 @@ class CacheBlk
     /** The current status of this block. @sa CacheBlockStatusBits */
     State status;
 
-    /** Which curTick() will this block be accessable */
+    /** Which curTick() will this block be accessible */
     Tick whenReady;
 
-    /**
-     * The set this block belongs to.
-     * @todo Move this into subclasses when we fix CacheTags to use them.
-     */
-    int set;
-
-    /** whether this block has been touched */
-    bool isTouched;
-
     /** Number of references to this block since it was brought in. */
-    int refCount;
+    unsigned refCount;
 
     /** holds the source requestor ID for this block. */
     int srcMasterId;
 
+    /** Tick on which the block was inserted in the cache. */
     Tick tickInserted;
 
   protected:
@@ -136,12 +124,13 @@ class CacheBlk
      */
     class Lock {
       public:
-        int contextId;     // locking context
+        ContextID contextId;     // locking context
         Addr lowAddr;      // low address of lock range
         Addr highAddr;     // high address of lock range
 
-        // check for matching execution context
-        bool matchesContext(Request *req)
+        // check for matching execution context, and an address that
+        // is within the lock
+        bool matches(const RequestPtr &req) const
         {
             Addr req_low = req->getPaddr();
             Addr req_high = req_low + req->getSize() -1;
@@ -149,7 +138,8 @@ class CacheBlk
                    (req_low >= lowAddr) && (req_high <= highAddr);
         }
 
-        bool overlapping(Request *req)
+        // check if a request is intersecting and thus invalidating the lock
+        bool intersects(const RequestPtr &req) const
         {
             Addr req_low = req->getPaddr();
             Addr req_high = req_low + req->getSize() - 1;
@@ -157,7 +147,7 @@ class CacheBlk
             return (req_low <= highAddr) && (req_high >= lowAddr);
         }
 
-        Lock(Request *req)
+        Lock(const RequestPtr &req)
             : contextId(req->contextId()),
               lowAddr(req->getPaddr()),
               highAddr(lowAddr + req->getSize() - 1)
@@ -170,34 +160,15 @@ class CacheBlk
     std::list<Lock> lockList;
 
   public:
-
-    CacheBlk()
-        : task_id(ContextSwitchTaskId::Unknown),
-          asid(-1), tag(0), data(0) ,size(0), status(0), whenReady(0),
-          set(-1), isTouched(false), refCount(0),
-          srcMasterId(Request::invldMasterId),
-          tickInserted(0)
-    {}
-
-    /**
-     * Copy the state of the given block into this one.
-     * @param rhs The block to copy.
-     * @return a const reference to this block.
-     */
-    const CacheBlk& operator=(const CacheBlk& rhs)
+    CacheBlk() : data(nullptr)
     {
-        asid = rhs.asid;
-        tag = rhs.tag;
-        data = rhs.data;
-        size = rhs.size;
-        status = rhs.status;
-        whenReady = rhs.whenReady;
-        set = rhs.set;
-        refCount = rhs.refCount;
-        task_id = rhs.task_id;
-        return *this;
+        invalidate();
     }
 
+    CacheBlk(const CacheBlk&) = delete;
+    CacheBlk& operator=(const CacheBlk&) = delete;
+    virtual ~CacheBlk() {};
+
     /**
      * Checks the write permissions of this block.
      * @return True if the block is writable.
@@ -232,11 +203,16 @@ class CacheBlk
     /**
      * Invalidate the block and clear all state.
      */
-    void invalidate()
+    virtual void invalidate()
     {
+        tag = MaxAddr;
+        task_id = ContextSwitchTaskId::Unknown;
         status = 0;
-        isTouched = false;
-        clearLoadLocks();
+        whenReady = MaxTick;
+        refCount = 0;
+        srcMasterId = Request::invldMasterId;
+        tickInserted = MaxTick;
+        lockList.clear();
     }
 
     /**
@@ -248,15 +224,6 @@ class CacheBlk
         return (status & BlkDirty) != 0;
     }
 
-    /**
-     * Check if this block has been referenced.
-     * @return True if the block has been referenced.
-     */
-    bool isReferenced() const
-    {
-        return (status & BlkReferenced) != 0;
-    }
-
     /**
      * Check if this block was the result of a hardware prefetch, yet to
      * be touched.
@@ -277,46 +244,60 @@ class CacheBlk
     }
 
     /**
-     * Track the fact that a local locked was issued to the block.  If
-     * multiple LLs get issued from the same context we could have
-     * redundant records on the list, but that's OK, as they'll all
-     * get blown away at the next store.
+     * Set member variables when a block insertion occurs. Resets reference
+     * count to 1 (the insertion counts as a reference), and touch block if
+     * it hadn't been touched previously. Sets the insertion tick to the
+     * current tick. Does not make block valid.
+     *
+     * @param tag Block address tag.
+     * @param is_secure Whether the block is in secure space or not.
+     * @param src_master_ID The source requestor ID.
+     * @param task_ID The new task ID.
+     */
+    virtual void insert(const Addr tag, const bool is_secure,
+                        const int src_master_ID, const uint32_t task_ID);
+
+    /**
+     * Track the fact that a local locked was issued to the
+     * block. Invalidate any previous LL to the same address.
      */
     void trackLoadLocked(PacketPtr pkt)
     {
         assert(pkt->isLLSC());
-        lockList.push_front(Lock(pkt->req));
+        auto l = lockList.begin();
+        while (l != lockList.end()) {
+            if (l->intersects(pkt->req))
+                l = lockList.erase(l);
+            else
+                ++l;
+        }
+
+        lockList.emplace_front(pkt->req);
     }
 
     /**
-     * Clear the list of valid load locks.  Should be called whenever
-     * block is written to or invalidated.
+     * Clear the any load lock that intersect the request, and is from
+     * a different context.
      */
-    void clearLoadLocks(Request *req = NULL)
+    void clearLoadLocks(const RequestPtr &req)
     {
-        if (!req) {
-            // No request, invaldate all locks to this line
-            lockList.clear();
-        } else {
-            // Only invalidate locks that overlap with this request
-            std::list<Lock>::iterator lock_itr = lockList.begin();
-            while (lock_itr != lockList.end()) {
-                if (lock_itr->overlapping(req)) {
-                    lock_itr = lockList.erase(lock_itr);
-                } else {
-                    ++lock_itr;
-                }
+        auto l = lockList.begin();
+        while (l != lockList.end()) {
+            if (l->intersects(req) && l->contextId != req->contextId()) {
+                l = lockList.erase(l);
+            } else {
+                ++l;
             }
         }
     }
 
     /**
-     * Pretty-print a tag, and interpret state bits to readable form
-     * including mapping to a MOESI stat.
+     * Pretty-print tag, set and way, and interpret state bits to readable form
+     * including mapping to a MOESI state.
      *
      * @return string with basic state information
      */
-    std::string print() const
+    virtual std::string print() const
     {
         /**
          *  state       M   O   E   S   I
@@ -330,6 +311,17 @@ class CacheBlk
          *  E       1           0       1
          *  S       0           0       1
          *  I       0           0       0
+         *
+         * Note that only one cache ever has a block in Modified or
+         * Owned state, i.e., only one cache owns the block, or
+         * equivalently has the BlkDirty bit set. However, multiple
+         * caches on the same path to memory can have a block in the
+         * Exclusive state (despite the name). Exclusive means this
+         * cache has the only copy at this level of the hierarchy,
+         * i.e., there may be copies in caches above this cache (in
+         * various states), but there are no peers that have copies on
+         * this branch of the hierarchy, and no caches at or above
+         * this level on any other branch have copies either.
          **/
         unsigned state = isWritable() << 2 | isDirty() << 1 | isValid();
         char s = '?';
@@ -342,8 +334,9 @@ class CacheBlk
           default:    s = 'T'; break; // @TODO add other types
         }
         return csprintf("state: %x (%c) valid: %d writable: %d readable: %d "
-                        "dirty: %d tag: %x", status, s, isValid(),
-                        isWritable(), isReadable(), isDirty(), tag);
+                        "dirty: %d | tag: %#x set: %#x way: %#x", status, s,
+                        isValid(), isWritable(), isReadable(), isDirty(), tag,
+                        getSet(), getWay());
     }
 
     /**
@@ -353,30 +346,41 @@ class CacheBlk
      */
     bool checkWrite(PacketPtr pkt)
     {
-        Request *req = pkt->req;
+        assert(pkt->isWrite());
+
+        // common case
+        if (!pkt->isLLSC() && lockList.empty())
+            return true;
+
+        const RequestPtr &req = pkt->req;
+
         if (pkt->isLLSC()) {
             // it's a store conditional... have to check for matching
             // load locked.
             bool success = false;
 
-            for (std::list<Lock>::iterator i = lockList.begin();
-                 i != lockList.end(); ++i)
-            {
-                if (i->matchesContext(req)) {
-                    // it's a store conditional, and as far as the memory
-                    // system can tell, the requesting context's lock is
-                    // still valid.
+            auto l = lockList.begin();
+            while (!success && l != lockList.end()) {
+                if (l->matches(pkt->req)) {
+                    // it's a store conditional, and as far as the
+                    // memory system can tell, the requesting
+                    // context's lock is still valid.
                     success = true;
-                    break;
+                    lockList.erase(l);
+                } else {
+                    ++l;
                 }
             }
 
             req->setExtraData(success ? 1 : 0);
+            // clear any intersected locks from other contexts (our LL
+            // should already have cleared them)
             clearLoadLocks(req);
             return success;
         } else {
-            // for *all* stores (conditional or otherwise) we have to
-            // clear the list of load-locks as they're all invalid now.
+            // a normal write, if there is any lock not from this
+            // context we clear the list, thus for a private cache we
+            // never clear locks on normal writes
             clearLoadLocks(req);
             return true;
         }
@@ -384,79 +388,79 @@ class CacheBlk
 };
 
 /**
- * Simple class to provide virtual print() method on cache blocks
- * without allocating a vtable pointer for every single cache block.
- * Just wrap the CacheBlk object in an instance of this before passing
- * to a function that requires a Printable object.
+ * Special instance of CacheBlk for use with tempBlk that deals with its
+ * block address regeneration.
+ * @sa Cache
  */
-class CacheBlkPrintWrapper : public Printable
+class TempCacheBlk final : public CacheBlk
 {
-    CacheBlk *blk;
-  public:
-    CacheBlkPrintWrapper(CacheBlk *_blk) : blk(_blk) {}
-    virtual ~CacheBlkPrintWrapper() {}
-    void print(std::ostream &o, int verbosity = 0,
-               const std::string &prefix = "") const;
-};
+  private:
+    /**
+     * Copy of the block's address, used to regenerate tempBlock's address.
+     */
+    Addr _addr;
 
-/**
- * Wrap a method and present it as a cache block visitor.
- *
- * For example the forEachBlk method in the tag arrays expects a
- * callable object/function as their parameter. This class wraps a
- * method in an object and presents  callable object that adheres to
- * the cache block visitor protocol.
- */
-template <typename T, typename BlkType>
-class CacheBlkVisitorWrapper
-{
   public:
-    typedef bool (T::*visitorPtr)(BlkType &blk);
+    /**
+     * Creates a temporary cache block, with its own storage.
+     * @param size The size (in bytes) of this cache block.
+     */
+    TempCacheBlk(unsigned size) : CacheBlk()
+    {
+        data = new uint8_t[size];
+    }
+    TempCacheBlk(const TempCacheBlk&) = delete;
+    TempCacheBlk& operator=(const TempCacheBlk&) = delete;
+    ~TempCacheBlk() { delete [] data; };
 
-    CacheBlkVisitorWrapper(T &_obj, visitorPtr _visitor)
-        : obj(_obj), visitor(_visitor) {}
+    /**
+     * Invalidate the block and clear all state.
+     */
+    void invalidate() override {
+        CacheBlk::invalidate();
 
-    bool operator()(BlkType &blk) {
-        return (obj.*visitor)(blk);
+        _addr = MaxAddr;
     }
 
-  private:
-    T &obj;
-    visitorPtr visitor;
-};
-
-/**
- * Cache block visitor that determines if there are dirty blocks in a
- * cache.
- *
- * Use with the forEachBlk method in the tag array to determine if the
- * array contains dirty blocks.
- */
-template <typename BlkType>
-class CacheBlkIsDirtyVisitor
-{
-  public:
-    CacheBlkIsDirtyVisitor()
-        : _isDirty(false) {}
+    void insert(const Addr addr, const bool is_secure,
+                const int src_master_ID=0, const uint32_t task_ID=0) override
+    {
+        // Set block address
+        _addr = addr;
 
-    bool operator()(BlkType &blk) {
-        if (blk.isDirty()) {
-            _isDirty = true;
-            return false;
+        // Set secure state
+        if (is_secure) {
+            status = BlkSecure;
         } else {
-            return true;
+            status = 0;
         }
     }
 
     /**
-     * Does the array contain a dirty line?
+     * Get block's address.
      *
-     * \return true if yes, false otherwise.
+     * @return addr Address value.
      */
-    bool isDirty() const { return _isDirty; };
+    Addr getAddr() const
+    {
+        return _addr;
+    }
+};
 
-  private:
-    bool _isDirty;
+/**
+ * Simple class to provide virtual print() method on cache blocks
+ * without allocating a vtable pointer for every single cache block.
+ * Just wrap the CacheBlk object in an instance of this before passing
+ * to a function that requires a Printable object.
+ */
+class CacheBlkPrintWrapper : public Printable
+{
+    CacheBlk *blk;
+  public:
+    CacheBlkPrintWrapper(CacheBlk *_blk) : blk(_blk) {}
+    virtual ~CacheBlkPrintWrapper() {}
+    void print(std::ostream &o, int verbosity = 0,
+               const std::string &prefix = "") const;
 };
 
-#endif //__CACHE_BLK_HH__
+#endif //__MEM_CACHE_BLK_HH__