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authorLuke Kenneth Casson Leighton <lkcl@lkcl.net>
Mon, 3 Apr 2023 10:12:57 +0000 (11:12 +0100)
committerLuke Kenneth Casson Leighton <lkcl@lkcl.net>
Mon, 3 Apr 2023 10:12:57 +0000 (11:12 +0100)
openpower/sv/cr_ops.mdwn

index c25b73e88c94103a861f8545ea2f773d7cbd118a..1da2cc3a10caf09262e56d7f7144cc3112cc002c 100644 (file)
@@ -1,4 +1,3 @@
-[[!tag standards]]
 # Condition Register SVP64 Operations
 
 **DRAFT STATUS**
@@ -22,27 +21,28 @@ Simple-V to cover CR Operations, especially given that Vectorised Rc=1
 may be processed by Vectorised CR Operations tbat usefully in turn
 may become Predicate Masks to yet more Vector operations, like so:
 
+```
     sv.cmpi/ew=8 *B,*ra,0    # compare bytes against zero
     sv.cmpi/ew=8 *B2,*ra,13. # and against newline
     sv.cror PM.EQ,B.EQ,B2.EQ # OR compares to create mask
     sv.stb/sm=EQ    ...      # store only nonzero/newline
+```
 
-Element width however is clearly meaningless for a 4-bit
-collation of Conditions, EQ LT GE SO. Likewise, arithmetic saturation
-(an important part of Arithmetic SVP64)
-has no meaning. An alternative Mode Format is required, and given that elwidths are meaningless for CR Fields
-the bits in SVP64 `RM` may be used for other purposes.
+Element width however is clearly meaningless for a 4-bit collation of
+Conditions, EQ LT GE SO. Likewise, arithmetic saturation (an important
+part of Arithmetic SVP64) has no meaning. An alternative Mode Format is
+required, and given that elwidths are meaningless for CR Fields the bits
+in SVP64 `RM` may be used for other purposes.
 
 This alternative mapping **only** applies to instructions that **only**
 reference a CR Field or CR bit as the sole exclusive result. This section
 **does not** apply to instructions which primarily produce arithmetic
-results that also, as an aside, produce a corresponding
-CR Field (such as when Rc=1).
-Instructions that involve Rc=1 are definitively arithmetic in nature,
-where the corresponding Condition Register Field can be considered to
-be a "co-result". Such CR Field "co-result" arithmeric operations
-are firmly out of scope for
-this section, being covered fully by [[sv/normal]].
+results that also, as an aside, produce a corresponding CR Field (such as
+when Rc=1).  Instructions that involve Rc=1 are definitively arithmetic
+in nature, where the corresponding Condition Register Field can be
+considered to be a "co-result". Such CR Field "co-result" arithmeric
+operations are firmly out of scope for this section, being covered fully
+by [[sv/normal]].
 
 * Examples of v3.0B instructions to which this section does
   apply is
@@ -59,65 +59,63 @@ instruction is purely to a Condition Register Field.
 Other modes are still applicable and include:
 
 * **Data-dependent fail-first**.
-  useful to truncate VL based on
-  analysis of a Condition Register result bit.
+  useful to truncate VL based on analysis of a Condition Register result bit.
 * **Reduction**.
-  Reduction is useful
-for analysing a Vector of Condition Register Fields
-and reducing it to one
-single Condition Register Field.
+  Reduction is useful for analysing a Vector of Condition Register Fields
+  and reducing it to one single Condition Register Field.
 
-Predicate-result does not make any sense because
-when Rc=1 a co-result is created (a CR Field). Testing the co-result
-allows the decision to be made to store or not store the main
-result, and for CR Ops the CR Field result *is*
-the main result.
+Predicate-result does not make any sense because when Rc=1 a co-result
+is created (a CR Field). Testing the co-result allows the decision to
+be made to store or not store the main result, and for CR Ops the CR
+Field result *is* the main result.
 
-# Format
+## Format
 
 SVP64 RM `MODE` (includes `ELWIDTH_SRC` bits) for CR-based operations:
 
-| 6 | 7 | 19-20 |  21 | 22   23 |  description     |
-| - | - |-------| --- |---------|----------------- |
-| / | / | 0 RG  |   0 | dz  sz  | simple mode                      |
-| / | / | 0 RG  |   1 | dz  sz  | scalar reduce mode (mapreduce) |
-|zz |SNZ| 1 VLI | inv |  CR-bit | Ffirst 3-bit mode      |
-| / |SNZ| 1 VLI | inv |  dz sz  | Ffirst 5-bit mode (implies CR-bit from result) |
+|6 | 7 |19-20|  21 | 22   23 |  description     |
+|--|---|-----| --- |---------|----------------- |
+|/ | / |0 RG |   0 | dz  sz  | simple mode                      |
+|/ | / |0 RG |   1 | dz  sz  | scalar reduce mode (mapreduce) |
+|zz|SNZ|1 VLI| inv |  CR-bit | Ffirst 3-bit mode      |
+|/ |SNZ|1 VLI| inv |  dz sz  | Ffirst 5-bit mode (implies CR-bit from result) |
 
 Fields:
 
-* **sz / dz**  if predication is enabled will put zeros into the dest (or as src in the case of twin pred) when the predicate bit is zero.  otherwise the element is ignored or skipped, depending on context.
+* **sz / dz**  if predication is enabled will put zeros into the dest
+ (or as src in the case of twin pred) when the predicate bit is zero.
+  otherwise the element is ignored or skipped, depending on context.
 * **zz** set both sz and dz equal to this flag
-* **SNZ** In fail-first mode, on the bit being tested, when sz=1 and SNZ=1 a value "1" is put in place of "0".
-* **inv CR-bit** just as in branches (BO) these bits allow testing of a CR bit and whether it is set (inv=0) or unset (inv=1)
+* **SNZ** In fail-first mode, on the bit being tested, when sz=1 and
+  SNZ=1 a value "1" is put in place of "0".
+* **inv CR-bit** just as in branches (BO) these bits allow testing of
+  a CR bit and whether it is set (inv=0) or unset (inv=1)
 * **RG** inverts the Vector Loop order (VL-1 downto 0) rather
-than the normal 0..VL-1
+  than the normal 0..VL-1
 * **SVM** sets "subvector" reduce mode
 * **VLi** VL inclusive: in fail-first mode, the truncation of
   VL *includes* the current element at the failure point rather
   than excludes it from the count.
 
-# Data-dependent fail-first on CR operations
+## Data-dependent fail-first on CR operations
 
-The principle of data-dependent fail-first is that if, during
-the course of sequentially evaluating an element's Condition Test,
-one such test is encountered which fails,
-then VL (Vector Length) is truncated (set) at that point. In the case
-of Arithmetic SVP64 Operations the Condition Register Field generated from
-Rc=1 is used as the basis for the truncation decision.
-However with CR-based operations that CR Field result to be
-tested is provided
-*by the operation itself*.
+The principle of data-dependent fail-first is that if, during the course
+of sequentially evaluating an element's Condition Test, one such test
+is encountered which fails, then VL (Vector Length) is truncated (set)
+at that point. In the case of Arithmetic SVP64 Operations the Condition
+Register Field generated from Rc=1 is used as the basis for the truncation
+decision.  However with CR-based operations that CR Field result to be
+tested is provided *by the operation itself*.
 
-Data-dependent SVP64 Vectorised Operations involving the creation or
-modification of a CR can require an extra two bits, which are not available
-in the compact space of the SVP64 RM `MODE` Field. With the concept of element
-width overrides being meaningless for CR Fields it is possible to use the
-`ELWIDTH` field for alternative purposes.
+Data-dependent SVP64 Vectorised Operations involving the creation
+or modification of a CR can require an extra two bits, which are not
+available in the compact space of the SVP64 RM `MODE` Field. With the
+concept of element width overrides being meaningless for CR Fields it
+is possible to use the `ELWIDTH` field for alternative purposes.
 
-Condition Register based operations such as `sv.mfcr` and `sv.crand` can thus
-be made more flexible.  However the rules that apply in this section
-also apply to future CR-based instructions.
+Condition Register based operations such as `sv.mfcr` and `sv.crand`
+can thus be made more flexible.  However the rules that apply in this
+section also apply to future CR-based instructions.
 
 There are two primary different types of CR operations:
 
@@ -125,12 +123,11 @@ There are two primary different types of CR operations:
 * Those which have a 5-bit operand (referring to a bit within the
    whole 32-bit CR)
 
-Examining these two types it is observed that the
-difference may be considered to be that the 5-bit variant 
-*already* provides the
-prerequisite information about which CR Field bit (EQ, GE, LT, SO) is to
-be operated on by the instruction.
-Thus, logically, we may set the following rule:
+Examining these two types it is observed that the difference may
+be considered to be that the 5-bit variant *already* provides the
+prerequisite information about which CR Field bit (EQ, GE, LT, SO) is
+to be operated on by the instruction.  Thus, logically, we may set the
+following rule:
 
 * When a 5-bit CR Result field is used in an instruction, the
   5-bit variant of Data-Dependent Fail-First
@@ -141,12 +138,11 @@ Thus, logically, we may set the following rule:
   in order to select which CR Field bit of the result shall
   be tested (EQ, LE, GE, SO)
 
-The reason why the 3-bit CR variant needs the additional CR-bit
-field should be obvious from the fact that the 3-bit CR Field
-from the base Power ISA v3.0B operation clearly does not contain
-and is missing the two CR Field Selector bits. Thus, these two
-bits (to select EQ, LE, GE or SO) must be provided in another
-way.
+The reason why the 3-bit CR variant needs the additional CR-bit field
+should be obvious from the fact that the 3-bit CR Field from the base
+Power ISA v3.0B operation clearly does not contain and is missing the
+two CR Field Selector bits. Thus, these two bits (to select EQ, LE,
+GE or SO) must be provided in another way.
 
 Examples of the former type:
 
@@ -165,64 +161,77 @@ Also exactly as with [[sv/normal]] fail-first, VL cannot, unlike
 [[sv/ldst]], be set to an arbitrary value.  Deterministic behaviour
 is *required*.
 
-# Reduction and Iteration
+## Reduction and Iteration
 
 Bearing in mind as described in the [[svp64/appendix]] SVP64 Horizontal
-Reduction is a deterministic schedule on top of base Scalar v3.0 operations,
-the same rules apply to CR Operations, i.e. that programmers must
-follow certain conventions in order for an *end result* of a
-reduction to be achieved.  Unlike
-other Vector ISAs *there are no explicit reduction opcodes*
-in SVP64: Schedules however achieve the same effect.
+Reduction is a deterministic schedule on top of base Scalar v3.0
+operations, the same rules apply to CR Operations, i.e. that programmers
+must follow certain conventions in order for an *end result* of a
+reduction to be achieved.  Unlike other Vector ISAs *there are no explicit
+reduction opcodes* in SVP64: Schedules however achieve the same effect.
 
 Due to these conventions only reduction on operations such as `crand`
 and `cror` are meaningful because these have Condition Register Fields
-as both input and output.
-Meaningless operations are not prohibited because the cost in hardware
-of doing so is prohibitive, but neither are they `UNDEFINED`. Implementations
-are still required to execute them but are at liberty to optimise out
-any operations that would ultimately be overwritten, as long as Strict
-Program Order is still obvservable by the programmer.
+as both input and output.  Meaningless operations are not prohibited
+because the cost in hardware of doing so is prohibitive, but neither
+are they `UNDEFINED`. Implementations are still required to execute them
+but are at liberty to optimise out any operations that would ultimately
+be overwritten, as long as Strict Program Order is still obvservable by
+the programmer.
 
 Also bear in mind that 'Reverse Gear' may be enabled, which can be
-used in combination with overlapping CR operations to iteratively accumulate
-results.  Issuing a `sv.crand` operation for example with `BA`
-differing from `BB` by one Condition Register Field would
-result in a cascade effect, where the first-encountered CR Field
-would set the result to zero, and also all subsequent CR Field
-elements thereafter:
+used in combination with overlapping CR operations to iteratively
+accumulate results.  Issuing a `sv.crand` operation for example with
+`BA` differing from `BB` by one Condition Register Field would result
+in a cascade effect, where the first-encountered CR Field would set the
+result to zero, and also all subsequent CR Field elements thereafter:
 
+```
     # sv.crand/mr/rg CR4.ge.v, CR5.ge.v, CR4.ge.v
     for i in VL-1 downto 0 # reverse gear
-         CR[4+i].ge &= CR[5+i].ge
+         CR.field[4+i].ge &= CR.field[5+i].ge
+```
 
-`sv.crxor` with reduction would be particularly useful for parity calculation
-for example, although there are many ways in which the same calculation
-could be carried out after transferring a vector of CR Fields to a GPR
-using crweird operations.
+`sv.crxor` with reduction would be particularly useful for parity
+calculation for example, although there are many ways in which the same
+calculation could be carried out after transferring a vector of CR Fields
+to a GPR using crweird operations.
 
-Implementations are free and clear to optimise these reductions in any
-way they see fit, as long as the end-result is compatible with Strict Program
+Implementations are free and clear to optimise these reductions in any way
+they see fit, as long as the end-result is compatible with Strict Program
 Order being observed, and Interrupt latency is not adversely impacted.
 
-# Unusual and quirky CR operations
+## Unusual and quirky CR operations
 
-## cmp and other compare ops
+**cmp and other compare ops**
 
 `cmp` and `cmpi` etc take GPRs as sources and create a CR Field as a result.
 
+```
     cmpli BF,L,RA,UI
     cmpeqb BF,RA,RB
+```
 
 With `ELWIDTH` applying to the source GPR operands this is perfectly fine.
-## crweird operations
+
+**crweird operations**
 
 There are 4 weird CR-GPR operations and one reasonable one in
 the [[cr_int_predication]] set:
 
 * crrweird
-*      mtcrweird
-*      crweirder
-*      crweird
+* mtcrweird
+* crweirder
+* crweird
 * mcrfm - reasonably normal and referring to CR Fields for src and dest.
 
+The "weird" operations have a non-standard behaviour, being able to
+treat *individual bits* of a GPR effectively as elements.  They are
+expected to be Micro-coded by most Hardware implementations.
+
+--------
+
+[[!tag standards]]
+
+\newpage{}
+