龍芯平臺指令集簡介及現有處理器的支持特性

原創

2020-02-21 13:28

LoongISA裏包括MIPS部分指令集，其中有MIPS64 Release 2全套指令集和MIPS64 Release 5中的MSA向量指令模塊、DSP指令模塊和VZ虛擬化指令模塊。
LoongISA 1.0的浮點遵守IEEE754-1989標準，使用Legacy NaN的QNaN/SNaN定義。但是其MADD指令則按IEEE754-2008的Fused MADD標準實現，與MIPS64 Release2不同。
LoongISA 2.0則全部遵循IEEE754-2008標準，使用IEEE754-2008規定的NaN2008的QNaN/SNaN定義，依照MIPS64 Release5實現浮點運算單元。
LoongMMI（簡稱MMl）指令集是龍芯多媒體擴展指令集（MMI即爲MultiMedialnstruction的縮寫）。用於多媒體加速，現已用於龍芯的ffmpeg媒體編解碼庫中，gcc社區也支持了此指令集的優化選項。MMI指令集對於多媒體編解碼的性能是成倍地提升。
LoongEXT（簡稱LEXT）是龍芯通用擴展指令集。LoongEXT現在最新版爲3.0，按照指令長度分LoongEXT32和LoongEXT64兩種類別。LoongEXT指令集已提交了對gcc社區的支持，可在編譯中選用此指令集的優化選項。
LoongVZ（簡稱LVZP）是龍芯針對MIPS64 Release 5中的VZ虛擬化模塊指令集的擴展，現已在龍芯中科的KVM、QEMU和libvirt庫中有所運用。

一、編譯參數

指定cpu 類型 -march=loongson3a, gs464, gs464e, gs264e
使用優化參數 -O2 或 -O3
如果需要編譯mips64r2 n64的目標文件: 添加參數"-mips64r2 -mabi=64".
指令集 msa ：-mmsa
指令集 msa2 ：-mmsa2
指令集 mipsfpu ：-mmipsfpu
指令集 Loongson MMI ：-mloongson-mmi
指令集 Loongson CAM ：-mloongson-cam
指令集 Loongson EXT ：-mloongson-ext
指令集 Loongson EXT2 ：-mloongson-ext2
指令集 Loongson EXT3 ：-mloongson-ext3
指令集 Loongson AMO ：-mloongson-amo
指令集 Loongson CSR ：-mmloongson-csr

指令集說明：

virt Recognize the virtualization ASE instructions.

loongson-mmi Recognize the Loongson MultiMedia extensions Instructions (MMI) ASE instructions.

loongson-cam Recognize the Loongson Content Address Memory (CAM) instructions.

loongson-ext Recognize the Loongson EXTensions (EXT) instructions.

loongson-ext2 Recognize the Loongson EXTensions R2 (EXT2) instructions.

loongson-ext3 Recognize the Loongson EXTend R3 (EXT3) ASE instructions.

loongson-amo Recognize the Loongson Atomic Memory Operation (AMO) ASE instructions.

loongson-csr Recognize the Loongson Ctrl Status Register (CSR) ASE instructions.

gpr-names=ABI Print GPR names according to specified ABI.Default: based on binary being disassembled.

fpr-names=ABI Print FPR names according to specified ABI. Default: numeric.

cp0-names=ARCH Print CP0 register names according to specified architecture. Default: based on binary being disassembled.

hwr-names=ARCH Print HWR names according to specified architecture. Default: based on binary being disassembled.

reg-names=ABI Print GPR and FPR names according to specified ABI.

reg-names=ARCH Print CP0 register and HWR names according to specified architecture.

說明：

binutils 2.32 開始支持 mmi, ext, ext2, cam 等指令集。

使用龍芯維護的binutils 2.24 ，所有指令集均支持， msa2 的gcc 內置函數，目前只有龍芯自已維護的編譯器支持。

二、查找熱點函數進行代碼優化

在x86平臺使用intel vtune 進行熱點函數分析，在龍芯平臺使用Oprofile 進行熱點函數分析，採用彙編對熱點函數進行重寫。使用時彙編時根據應用特點使用相應的加速指令。

或者採用 perf top -p pid 來查看熱點函數。

目前龍芯全面支持MIPS64R2，其他擴展指令見下表:

處理器	IP CORE	MMI	CAM	EXT	EXT2	EXT3	mipsfpu	MSA	MSA2	AMO	CSR
LS2K1000	gs264e	√	√	√			√	√	√
LS3A1000 LS3B1500	gs464	√	√	√
LS3A2000	gs464e	√	√	√	√		√
LS3A3000	gs464e	√	√	√	√		√
LS3A4000	gs464v	√	√	√	√	√	√	√	√	√	√