第四 - 如何实现字访问硬件寄存器中的位域？

Question

我使用 Forth 对基于 FPGA 的硬件进行交互式调试和自动初始化(参见 https://github.com/wzab/AFCK_J1B_FORTH)。上次我开始在可通过 IPbus 或 Wishbone 总线访问的寄存器中添加对位域的支持。下面是我实现的用于读写位域的单词:

\ This file implements bitfield operations
\ It assumes, that we have the bus access
\ words:
\ wb@ ( address -- val )
\ wb! ( val address -- )
\ The bitfield is defined by its mask
\ (the ones correspond to the bits used by the field)
\ and by its shift (position of the LSB in the cell)

: bf@ ( address mask shift -- val )
  rot ( mask shift address )
  wb@ ( mask shift val )
  rot ( shift val mask )
  and ( shift val )
  swap ( val shift )
  rshift ( val )
;

: bf! ( val address mask shift -- )
  rot ( val mask shift address )
  >r ( val mask shift ) ( R: address )
  rot (  mask shift val ) ( R: address )
  swap (  mask val shift ) ( R: address )
  lshift ( mask val ) ( R: address )
  over ( mask val mask ) ( R: address )
  and ( mask val ) ( R: address )
  swap invert ( val ^mask ) ( R: address )
  r@ ( val ^mask address )  ( R: address )
  wb@ ( val ^mask oldval ) ( R: address )
  and ( val oldval-masked) ( R: address )
  or ( val ) ( R: address )
  r> ( val address )
  wb!
;

上面的实现似乎可行，但恐怕不是最优的。它们可以用更聪明的方式编写吗？但是，要求实现必须与 Swapforth running on J1B CPU 兼容。 .

Answer 1

我不确定，您期望得到什么样的改进。虽然可能更快，但您对 bf! 的定义过于单一，无法像 forth 一样，我不想维护任何内容。

从这些假设开始:

• Swapforth-compatibility 意味着在没有本地人的情况下在堆栈上做所有事情(如果你的意思是别的，请澄清)
• 提供的值和掩码以相同的右对齐格式提供(假设掩码已经移动会产生许多不合理的组合)
• 对于我的环境，我保留了 @ 和 !，您需要将它们替换为 wb@ 和 wb!

我得到了以下代码:

\ duplicate existing bitfield information on stack
: bf_dup ( n1 n2 n3 -- n1 n2 n3 n1 n2 n3) 
    2dup 2>r ( n1 n2 n3 R: n2 n3)
    rot dup >r -rot ( n1 n2 n3 R: n2 n3 n1)
    r> 2r> ;

: bf@ ( address mask shift -- val) 2>r @ r> rshift r> and ;

: (mask-old-value) ( addr mask shift -- val) lshift invert swap @ and ;

: (trim-shift-new) ( val addr mask shift -- addr new-value )
    2>r swap 2r> ( addr val mask shift)
    -rot and  ( addr shift val_masked)
   swap lshift ;

: bf! ( val address mask shift -- ) bf_dup (mask-old-value) >r
   (trim-shift-new)
   r> or swap ! ;

使用以下定义测试和实际应用这些词要容易得多:

  \ store address mask shift (zero-based) in this sequence
   : bitfield create rot , swap , , does> dup @ swap cell+ dup @ swap  cell+ @ ;
   hex 2018 7 3 ( address mask shift) bitfield mybitfield