Học kiến trúc RISC-V thông qua debug - Phần 3

Trong ngành công nghiệp phần mềm hệ thống hiện đại
Kiến trúc RISC-V mới nổi

Gần đây, kiến trúc RISC-V, một kiến trúc CPU mã nguồn mở, đang ngày càng phổ biến. Nếu bạn xem các bài báo hoặc tin tức liên quan đến CNTT, bạn có thể thấy ngay những điều sau:

• Các công ty công nghệ lớn như nVidia, Intel và Qualcomm đang phát triển các sản phẩm (chipset) dựa trên RISC-V.

• Số lượng các công ty khởi nghiệp thiết kế nhiều loại chip sử dụng RISC-V tại Hàn Quốc đang tăng lên và tỷ lệ sản phẩm được phát triển dựa trên thiết bị RISC-V cũng ngày càng tăng.

• Khi thiết kế chất bán dẫn AI, kiến trúc CPU dựa trên RISC-V được sử dụng rộng rãi.

• Dự kiến sẽ có 15 tỷ thiết bị sử dụng RISC-V vào năm 2026.

• Ở trường sau đại học (thiết kế bộ xử lý), nhiều nghiên cứu khác nhau đang được tiến hành bằng cách sử dụng bộ công cụ có thể thiết kế CPU RISC-V.

Các công ty phần mềm hệ thống và nhúng đang ngày càng phát triển các sản phẩm sử dụng kiến trúc CPU RISC-V, vì vậy người tìm việc cần chuẩn bị cho RISC-V trong các cuộc phỏng vấn kỹ thuật.

Bối cảnh tạo nên bài giảng

Đối với người mới bắt đầu, kiến trúc RISC-V khá khó học. Dưới đây là một số lý do:

• Tôi không biết điều gì là quan trọng trong khối lượng nội dung khổng lồ tạo nên RISC-V.

• Tôi không biết những chức năng nào của RISC-V được sử dụng trong các dự án thực tế.

• Cho dù bạn có đọc tài liệu đặc tả RISC-V kỹ đến đâu thì cũng khó có thể hiểu ngay được.

  
  

• Thật khó để biết thuật ngữ mô tả RISC-V có nghĩa là gì.

  
  

Bài giảng này là bài giảng thứ ba trong loạt bài Học kiến trúc RISC-V thông qua gỡ lỗi và bao gồm các nội dung giúp bạn vượt qua trình độ mới bắt đầu và trở thành nhà phát triển phần mềm hệ thống được trả lương cao - giải thích về hệ thống bộ nhớ (bộ nhớ ảo, rào cản bộ nhớ, bộ đệm) và các chức năng mở rộng Hypervisor.

Cấu trúc bài giảng và lộ trình cho phần 2 và phần 3

Bài giảng này bao gồm nội dung của Phần 3, là chức năng cốt lõi của RISC-V, trong toàn bộ danh sách các bài giảng về RISC-V.

• Phần 1: Giới thiệu về RISC-V, Thanh ghi, Lệnh hợp ngữ, Chế độ đặc quyền ( Học kiến trúc RISC-V thông qua gỡ lỗi Phần 1 )

• Phần 2: Ngoại lệ (Ngoại lệ hủy bỏ bộ nhớ), Ngắt, PLIC (Bộ điều khiển ngắt cấp nền tảng), Quy ước gọi ( Học kiến trúc RISC-V thông qua gỡ lỗi Phần 2 )

• Phần 3: Hệ thống bộ nhớ ảo, bộ nhớ đệm, hàng rào/rào cản, phần mở rộng trình quản lý ảo

  
  

Bài giảng đầy đủ về kiến trúc RISC-V có thể được tìm thấy trong Lộ trình - bài giảng ' Kiến trúc RISC-V dành cho nhà phát triển phần mềm hệ thống '.

Những điểm khác biệt chính của bài giảng

Tìm hiểu về những điều này 📕

Giới thiệu các tính năng bộ nhớ chính của kiến trúc RISC-V và các chức năng cốt lõi tạo nên hệ thống bộ nhớ ảo. Bài viết được trình bày dễ hiểu với hình ảnh tổng quan.

Giới thiệu về bản đồ bộ nhớ ảo, cốt lõi của hệ thống bộ nhớ ảo. Tài liệu cũng cung cấp giải thích dễ hiểu về phạm vi địa chỉ ảo cho không gian hạt nhân và không gian người dùng.

Mô tả thanh ghi satp thiết lập bảng trang và giải thích khái niệm địa chỉ ảo theo cách dễ hiểu thông qua thực hành gỡ lỗi dump bộ nhớ. (Các dump bộ nhớ được cung cấp trong tài liệu bài giảng.)

Giải thích các khái niệm về địa chỉ ảo và bảng trang, đồng thời giải thích phạm vi của địa chỉ ảo thông qua một nghiên cứu tình huống thực tế.

Mô tả cấu trúc của bảng trang đa cấp và giải thích chi tiết về mục nhập bảng trang (PTE).

Chúng tôi sẽ giải thích chi tiết quá trình chuyển đổi trực tiếp địa chỉ ảo thành địa chỉ vật lý thông qua bảng trang đa cấp. Chúng tôi cũng sẽ thực hành gỡ lỗi bằng cách chuyển đổi địa chỉ ảo thành địa chỉ vật lý bằng chương trình Crash Utility.

Bằng cách phân tích thông số kỹ thuật MMU của lõi U74 và lõi P550 của SiFive, chúng tôi giải thích chi tiết cách thức hoạt động của MMU từ góc độ thiết kế phần cứng.

Giải thích về việc sắp xếp lại bộ nhớ và giải thích theo cách dễ hiểu về cách lệnh hàng rào hoạt động để ngăn chặn việc sắp xếp lại bộ nhớ.

Mô tả cấu trúc cơ bản (hình thức) của lệnh hàng rào và giải thích chi tiết cách lệnh hàng rào hoạt động với các tùy chọn khác nhau được áp dụng.

Giải thích cách lệnh Fence hoạt động trong môi trường hệ thống đa lõi - Phân tích cách lệnh Fence đồng bộ hóa với các lõi khác khi được thực thi. Đồng thời giải thích lệnh Fence khi phân tích các lệnh lắp ráp ví dụ.

Chúng tôi giới thiệu lệnh fence.i và giải thích bức tranh toàn cảnh về luồng quy trình khi lệnh fence.i được thực thi.

Chúng tôi phân tích lệnh fence.i bằng cách phân tích các ví dụ lắp ráp khác nhau. Chúng tôi phân tích lệnh fence.i bằng cách so sánh nó với kiến trúc Arm.

Giải thích các khái niệm cơ bản về bộ nhớ đệm và lý do sử dụng bộ nhớ đệm.

Chúng tôi giải thích cách bộ nhớ đệm hoạt động trong các hệ thống đa lõi và phân tích các tính năng chính của bộ nhớ đệm được xác định trong RISC-V, đồng thời so sánh chúng với kiến trúc Arm.

Mô tả các thành phần cơ bản tạo nên bộ nhớ đệm và trình bày chi tiết cách xử lý địa chỉ trong quá trình tra cứu bộ nhớ đệm.

Chúng tôi giới thiệu về trình quản lý siêu giám sát và mô tả chế độ đặc quyền mà trình quản lý siêu giám sát này chạy trên kiến trúc RISC-V.

Giới thiệu các tính năng cốt lõi của Tiện ích mở rộng Hypervisor được định nghĩa trong kiến trúc RISC-V và giải thích cách bật Tiện ích mở rộng Hypervisor.

Mô tả luồng thực thi trong đó Hypervisor đầu tiên kiểm soát ngoại lệ khi nó xảy ra trong Hệ điều hành khách.

Dựa trên kinh nghiệm viết sách và giảng bài của tôi
Sâu sắc và chi tiết hơn bất kỳ ai khác!

Vô song trong lĩnh vực phần mềm hệ thống nội địa! Tác giả của 'Arm Architecture (Armv8-A, Armv7-A)' và 'Linux Kernel' ( cả hai đều được Viện Hàn lâm Khoa học Hàn Quốc bình chọn là sách xuất sắc ) và là tác giả toàn cầu, người đã viết cuốn sách "Reverse Engineering Armv8-A Systems" (tiếng Anh) thông qua một nhà xuất bản nước ngoài (Packt) lần đầu tiên tại Hàn Quốc . Trên hết, ông là một nhà phát triển đang làm việc, am hiểu nhất về các xu hướng phần mềm hệ thống mới nhất (xe điện, chất bán dẫn hệ thống - phần mềm hệ thống). Ông cũng là một nhà giáo dục tích cực nhất trong việc phổ biến kiến thức trong lĩnh vực phần mềm hệ thống.

• Tác giả của cuốn sách 'Kỹ thuật đảo ngược hệ thống Armv8-A: Hướng dẫn thực tế về phân tích Kernel, Firmware và TrustZone' (Nhà xuất bản Packt)

• Tác giả của 'Cấu trúc và nguyên tắc của kiến trúc Arm cho phát triển phần mềm hệ thống' ( Giải thưởng sách xuất sắc của Viện Hàn lâm Khoa học Hàn Quốc năm 2024 )

• Tác giả của 'Tìm hiểu cấu trúc và nguyên tắc của hạt nhân Linux thông qua gỡ lỗi' ( Giải thưởng Sách xuất sắc của Viện Hàn lâm Khoa học Hàn Quốc năm 2021 )

• 'Khóa học dành cho lập trình viên: Chuyên gia về hệ thống và hạt nhân Linux' Giảng viên chính

• Tháng 6 năm 2022, Hội nghị Máy tính Hàn Quốc (KCC2022) - Bài thuyết trình hướng dẫn [Chinh phục Nhân Linux bằng ftrace]

• Giảng viên nội bộ về 'Linux Kernel' và 'Armv8 Architecture' của LG Electronics ( bao gồm các nhà phát triển trong và ngoài nước ) - (2020~2024)