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分析 Rocket Chip 中 Diplomacy 系统

概念

Diplomacy 主要实现了两个功能：

  1. 把整个总线结构在代码中表现出来
  2. 自动配置总线中各个端口的参数

具体来说，第一点实现了类似 Vivado Board Design 中连线的功能，第二点则是保证总线两端的参数一致，可以连接起来。

Diplomacy 为了表示总线的结构，每个模块可以对应一个 Node，Node 和 Node 之间连接形成一个图。Node 的类型主要有以下几个：

  1. Client：对应 AXI 里面的 Master，发起请求
  2. Manager：对应 AXI 里面的 Slave，处理请求
  3. Adapter：对应 AXI Width Converter/Clock Converter/AXI4 to AXI3/AXI4 to AHB bridge 等，会修改 AXI 的参数，然后每个输入对应一个输出
  4. Nexus：对应 AXI Crossbar，多个输入和多个输出

每个 Node 可能作为 Manager 连接上游的 Client，这个叫做入边（Inward Edge）；同样地，也可以作为 Client 连接下游的 Manager，这个是出边（Outward Edge）。想象成一个 DAG，从若干个 Client 流向 Manager。

连接方式采用的是 := :=* :*= :*=* 操作符，左侧是 Client，右侧是 Manager。

Rocket Chip 总线结构

Rocket Chip 主要有以下几个总线：

  1. sbus: System Bus
  2. mbus: Memory Bus
  3. cbus: Control Bus
  4. pbus: Periphery Bus
  5. fbus: Frontend Bus

图示可以见参考文档中的链接，不过链接中的结构和实际的有一些区别。目前的 Rocket Chip 内存结构大致是这样：

fbus -> sbus -> mbus
tile --/    \-> cbus -> pbus

主要是 pbus 的位置从连接 sbus 移动到了连接 cbus。

相关代码：

/** Parameterization of a topology containing three additional, optional buses for attaching MMIO devices. */
case class HierarchicalBusTopologyParams(
  pbus: PeripheryBusParams,
  fbus: FrontBusParams,
  cbus: PeripheryBusParams,
  xTypes: SubsystemCrossingParams,
  driveClocksFromSBus: Boolean = true
) extends TLBusWrapperTopology(
  instantiations = List(
    (PBUS, pbus),
    (FBUS, fbus),
    (CBUS, cbus)),
  connections = List(
    (SBUS, CBUS, TLBusWrapperConnection  .crossTo(xTypes.sbusToCbusXType, if (driveClocksFromSBus) Some(true) else None)),
    (CBUS, PBUS, TLBusWrapperConnection  .crossTo(xTypes.cbusToPbusXType, if (driveClocksFromSBus) Some(true) else None)),
    (FBUS, SBUS, TLBusWrapperConnection.crossFrom(xTypes.fbusToSbusXType, if (driveClocksFromSBus) Some(false) else None)))
)

当然了，也有简化版的 JustOneBusTopology，那就只有 SystemBus 了。如果再配置了 CoherentBusTopology，那么 SBUS 和 MBUS 之间还有一层 L2:

/** Parameterization of a topology containing a banked coherence manager and a bus for attaching memory devices. */
case class CoherentBusTopologyParams(
  sbus: SystemBusParams, // TODO remove this after better width propagation
  mbus: MemoryBusParams,
  l2: BankedL2Params,
  sbusToMbusXType: ClockCrossingType = NoCrossing,
  driveMBusClockFromSBus: Boolean = true
) extends TLBusWrapperTopology(
  instantiations = (if (l2.nBanks == 0) Nil else List(
    (MBUS, mbus),
    (L2, CoherenceManagerWrapperParams(mbus.blockBytes, mbus.beatBytes, l2.nBanks, L2.name, sbus.dtsFrequency)(l2.coherenceManager)))),
  connections = if (l2.nBanks == 0) Nil else List(
    (SBUS, L2,   TLBusWrapperConnection(driveClockFromMaster = Some(true), nodeBinding = BIND_STAR)()),
    (L2,  MBUS,  TLBusWrapperConnection.crossTo(
      xType = sbusToMbusXType,
      driveClockFromMaster = if (driveMBusClockFromSBus) Some(true) else None,
      nodeBinding = BIND_QUERY))
  )
)

参考文档

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