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Translation Lookaside Buffer (TLB)

一、TLB.sv 接口说明

基本控制信号

1. clock: 时钟信号，驱动 TLB 的时序逻辑。
2. reset: 复位信号，用于重置 TLB 的状态。

刷新（SFENCE）接口信号

这些信号与 TLB 的刷新操作相关，当页表被修改时，这些信号用于通知 TLB 刷新其内容。

3. io_sfence_valid: 表示 SFENCE 操作的有效性。
4. io_sfence_bits_rs1: 表示 SFENCE 操作是否使用寄存器 rs1 的值。
5. io_sfence_bits_rs2: 表示 SFENCE 操作是否使用寄存器 rs2 的值。
6. io_sfence_bits_addr: SFENCE 操作指定的地址，用于选择性刷新特定地址的 TLB 条目。
7. io_sfence_bits_id: 标识符，用于区分不同的刷新操作。
8. io_sfence_bits_flushPipe: 请求刷新整个管道（Pipeline）。
9. io_sfence_bits_hv: 代表是否是 Hypervisor 模式下的 SFENCE 操作。
10. io_sfence_bits_hg: 代表是否是 Guest 模式下的 SFENCE 操作。

控制与状态寄存器（CSR）接口信号

这些信号与 TLB 的控制与状态寄存器（CSR）配置相关。

11. io_csr_satp_mode: SATP 寄存器的模式字段（如裸模式、Sv32、Sv39 等）。
12. io_csr_satp_asid: 当前 SATP 寄存器的 ASID（地址空间标识符）。
13. io_csr_satp_changed: 指示 SATP 寄存器的值是否已更改。
14. io_csr_vsatp_mode: VSATP 寄存器的模式字段。
15. io_csr_vsatp_asid: VSATP 寄存器的 ASID。
16. io_csr_vsatp_changed: 指示 VSATP 寄存器的值是否已更改。
17. io_csr_hgatp_mode: HGATP 寄存器的模式字段。
18. io_csr_hgatp_vmid: HGATP 寄存器的 VMID（虚拟机标识符）。
19. io_csr_hgatp_changed: 指示 HGATP 寄存器的值是否已更改。
20. io_csr_priv_virt: 是否在虚拟模式下运行。
21. io_csr_priv_imode: 指令模式的特权级（如用户态、内核态等）。

请求者（Requestor）接口信号

这些信号用于与处理器或其他模块之间的请求与响应操作。

Requestor 0 信号

22. io_requestor_0_req_valid: 请求者 0 的请求有效信号。
23. io_requestor_0_req_bits_vaddr: 请求者 0 的请求虚拟地址（vaddr）。
24. io_requestor_0_resp_bits_paddr_0: 请求者 0 的物理地址（paddr）响应信号。
25. io_requestor_0_resp_bits_gpaddr_0: 请求者 0 的物理地址转换为 GPA（Guest Physical Address）的响应信号。
26. io_requestor_0_resp_bits_miss: 请求者 0 请求的地址未命中的信号。
27. io_requestor_0_resp_bits_excp_0_gpf_instr: 请求者 0 出现 General Protection Fault (GPF) 异常的信号。
28. io_requestor_0_resp_bits_excp_0_pf_instr: 请求者 0 出现 Page Fault (PF) 异常的信号。
29. io_requestor_0_resp_bits_excp_0_af_instr: 请求者 0 出现 Access Fault (AF) 异常的信号。

Requestor 1 信号

30. io_requestor_1_req_valid: 请求者 1 的请求有效信号。
31. io_requestor_1_req_bits_vaddr: 请求者 1 的请求虚拟地址。
32. io_requestor_1_resp_bits_paddr_0: 请求者 1 的物理地址响应信号。
33. io_requestor_1_resp_bits_gpaddr_0: 请求者 1 的 GPA 响应信号。
34. io_requestor_1_resp_bits_miss: 请求者 1 的未命中信号。
35. io_requestor_1_resp_bits_excp_0_gpf_instr: 请求者 1 出现 GPF 异常的信号。
36. io_requestor_1_resp_bits_excp_0_pf_instr: 请求者 1 出现 PF 异常的信号。
37. io_requestor_1_resp_bits_excp_0_af_instr: 请求者 1 出现 AF 异常的信号。

Requestor 2 信号

38. io_requestor_2_req_ready: 请求者 2 的请求就绪信号。
39. io_requestor_2_req_valid: 请求者 2 的请求有效信号。
40. io_requestor_2_req_bits_vaddr: 请求者 2 的请求虚拟地址。
41. io_requestor_2_resp_ready: 请求者 2 的响应就绪信号。
42. io_requestor_2_resp_valid: 请求者 2 的响应有效信号。
43. io_requestor_2_resp_bits_paddr_0: 请求者 2 的物理地址响应信号。
44. io_requestor_2_resp_bits_gpaddr_0: 请求者 2 的 GPA 响应信号。
45. io_requestor_2_resp_bits_excp_0_gpf_instr: 请求者 2 出现 GPF 异常的信号。
46. io_requestor_2_resp_bits_excp_0_pf_instr: 请求者 2 出现 PF 异常的信号。
47. io_requestor_2_resp_bits_excp_0_af_instr: 请求者 2 出现 AF 异常的信号。

刷新管道（Flush Pipe）信号

这些信号用于通知 TLB 刷新请求。

48. io_flushPipe_0: 刷新管道 0 的信号。
49. io_flushPipe_1: 刷新管道 1 的信号。
50. io_flushPipe_2: 刷新管道 2 的信号。

页表遍历（Page Table Walker, PTW）接口信号

这些信号用于与页表遍历单元（PTW）的交互，处理 TLB 未命中的情况。

PTW 请求信号

51. io_ptw_req_0_valid: PTW 请求 0 有效信号。
52. io_ptw_req_0_bits_vpn: PTW 请求 0 的虚拟页号（VPN）。
53. io_ptw_req_0_bits_s2xlate: PTW 请求 0 的 S2 转换位。
54. io_ptw_req_0_bits_getGpa: PTW 请求 0 的获取 GPA 信号。
55. io_ptw_req_1_valid: PTW 请求 1 有效信号。
56. io_ptw_req_1_bits_vpn: PTW 请求 1 的虚拟页号。
57. io_ptw_req_1_bits_s2xlate: PTW 请求 1 的 S2 转换位。
58. io_ptw_req_1_bits_getGpa: PTW 请求 1 的获取 GPA 信号。
59. io_ptw_req_2_ready: PTW 请求 2 就绪信号。
60. io_ptw_req_2_valid: PTW 请求 2 有效信号。
61. io_ptw_req_2_bits_vpn: PTW 请求 2 的虚拟页号。
62. io_ptw_req_2_bits_s2xlate: PTW 请求 2 的 S2 转换位。
63. io_ptw_req_2_bits_getGpa: PTW 请求 2 的获取 GPA 信号。

PTW 响应信号

64. io_ptw_resp_valid: PTW 响应有效信号。
65. io_ptw_resp_bits_s2xlate: PTW 响应的 S2 转换位。
66. io_ptw_resp_bits_s1_entry_tag: PTW 响应的第一级页表条目标签。
67. io_ptw_resp_bits_s1_entry_asid: PTW 响应的第一级页表条目 ASID。
68. io_ptw_resp_bits_s1_entry_vmid: PTW 响应的第一级页表条目 VMID。
69. io_ptw_resp_bits_s1_entry_perm_d: PTW 响应的第一级页表条目可写位。
70. io_ptw_resp_bits_s1_entry_perm_a: PTW 响应的第一级页表条目已访问位。
71. io_ptw_resp_bits_s1_entry_perm_g: PTW 响应的第一级页表条目全局位。
72. io_ptw_resp_bits_s1_entry_perm_u: PTW 响应的第一级页表条目用户模式位。
73. io_ptw_resp_bits_s1_entry_perm_x: PTW 响应的第一级页表条目可执行位。
74. io_ptw_resp_bits_s1_entry_perm_w: PTW 响应的第一级页表条目可写位。
75. io_ptw_resp_bits_s1_entry_perm_r: PTW 响应的第一级页表条目可读位。
76. io_ptw_resp_bits_s1_entry_level: PTW 响应的第一级页表条目级别。
77. io_ptw_resp_bits_s1_entry_ppn: PTW 响应的第一级页表条目物理页号（PPN）。
78. io_ptw_resp_bits_s1_addr_low: PTW 响应的第一级页表条目地址低位。
79. io_ptw_resp_bits_s1_ppn_low_*: PTW 响应的第一级页表条目 PPN 低位。
80. io_ptw_resp_bits_s1_valididx_*: PTW 响应的第一级页表条目有效索引。
81. io_ptw_resp_bits_s1_pteidx_*: PTW 响应的第一级页表条目 PTE 索引。
82. io_ptw_resp_bits_s1_pf: PTW 响应的第一级页表条目页错误信号。
83. io_ptw_resp_bits_s1_af: PTW 响应的第一级页表条目访问错误信号。
84. io_ptw_resp_bits_s2_entry_tag: PTW 响应的第二级页表条目标签。
85. io_ptw_resp_bits_s2_entry_vmid: PTW 响应的第二级页表条目 VMID。
86. io_ptw_resp_bits_s2_entry_ppn: PTW 响应的第二级页表条目 PPN。
87. io_ptw_resp_bits_s2_entry_perm_*: PTW 响应的第二级页表条目的权限位。
88. io_ptw_resp_bits_s2_entry_level: PTW 响应的第二级页表条目级别。
89. io_ptw_resp_bits_s2_gpf: PTW 响应的第二级页表条目 GPF 信号。
90. io_ptw_resp_bits_s2_gaf: PTW 响应的第二级页表条目 GAF 信号。
91. io_ptw_resp_bits_getGpa: PTW 响应的获取 GPA 信号。

二、测试用 Bundle 说明

• TLBWrapper
  • clock
  • ctrl
    • reset
    • io_sfence_valid
    • io_requestor_2_resp_ready
    • io_requestor_2_resp_valid
    • io_ptw_req_0_valid
    • io_ptw_req_1_valid
    • io_ptw_req_2_ready
    • io_ptw_req_2_valid
    • io_ptw_resp_valid
    • io_ptw_resp_bits_s2xlate
    • io_ptw_resp_bits_getGpa
  • sfence
    • rs1
    • rs2
    • addr
    • id
    • flushPipe
    • hv
    • hg
  • csr
    • satp
      • mode
      • asid
      • changed
    • vsatp
      • mode
      • asid
      • changed
    • hgatp
      • mode
      • vmid
      • changed
    • priv
      • virt
      • imode
  • requestor_0
    • req
      • valid
      • bits_vaddr
    • resp
      • paddr_0
      • gpaddr_0
      • miss
      • excp_0_gpf_instr
      • excp_0_pf_instr
      • excp_0_af_instr
  • requestor_1
    • req
      • valid
      • bits_vaddr
    • resp
      • paddr_0
      • gpaddr_0
      • miss
      • excp_0_gpf_instr
      • excp_0_pf_instr
      • excp_0_af_instr
  • requestor_2
    • req
      • valid
      • ready
      • bits_vaddr
    • resp
      • paddr_0
      • gpaddr_0
      • excp_0_gpf_instr
      • excp_0_pf_instr
      • excp_0_af_instr
  • flushPipe[3]
  • ptw_req_0
    • vpn
    • s2xlate
    • getGpa
  • ptw_req_1
    • vpn
    • s2xlate
    • getGpa
  • ptw_req_2
    • vpn
    • s2xlate
    • getGpa
  • ptw_resp_s1
    • entry_tag
    • entry_asid
    • entry_vmid
    • entry_perm_*
    • entry_level
    • entry_ppn
    • addr_low
    • ppn_low_*
    • valididx_*
    • pteidx_*
    • pf
    • af
  • ptw_resp_s2
    • entry_tag
    • entry_vmid
    • entry_perm_*
    • entry_level
    • gpf
    • gaf

三、测试用例格式（方便复制粘贴）

def test_TODO(tlb_fixture): """ Func: TODO subfunc1: TODO """ # connect to fixture tlb = tlb_fixture # add watch point case_name = inspect.currentframe().f_back.f_code.co_name g.add_watch_point(tlb.TODO, { "TODO": fc.Eq(TODO), "TODO": lambda TODO: TODO.value == TODO, }, name = f"{case_name}: TODO") # set default value tlb.set_default_value() # reset tlb.reset()

# add clock
tlb.dut.xclock.StepRis(lambda _: g.sample())
# start
for _ in range(TODO):
    # add signal and assign to dut

    # step to next cycle
    tlb.dut.Step(2)

    # assert result