Отладчик и железо показывают разные результаты арифметических операций. LDM-MCp041100101-Q208

Added by Vereschagina_Elena over 4 years ago

Добрый день. Мы, группа разработчиков ОАО «Супертел», Санкт-Петербург. Наше предприятие приобрело отладочную плату LDM-MCp041100101-Q208, и мы столкнулись со следующей проблемой: один и тот же код при использовании отладчика (mc-dbg) и при непосредственной работе в «железе» показывает разный результат.
Фрагмент кода (мультиклет-ассемблер), складывающего 2 числа по 128 разрядов:
………………………….
.data
sl1:
.long 0x0000ffff, 0xffffffff, 0xffffffff, 0xffffffff
sl2:
.long 0xffffffff, 0xffffffff, 0xffffffff, 0xffffffff
sum:
.long 0, 0, 0, 0, 0
…………………..

add_128:
rdl sl1
rdl sl2
addl @1,@2
wrl @1,sum
rdl sl1+4
rdl sl2+4
addl @1,@2
adcl @5,@1
wrl @1, sum+4
rdl sl1+8
rdl sl2+8
addl @1,@2;
adcl @5,@1
wrl @1, sum+8
rdl sl1+12
rdl sl2+12
addl @1,@2
adcl @5,@1
wrl @1, sum+12
adcl @2,0
wrl @1, sum+16
complete
Результат на отладчике
(Старшее слово (long) по старшему адресу). Для удобства приводим в этой же таблице операнды:

смещение +0 +4 +8 +12 +16
sl1 0000ffff ffffffff ffffffff ffffffff
sl2 ffffffff ffffffff ffffffff ffffffff
sum 0000fffe ffffffff ffffffff ffffffff 00000001

Результат в железе:

смещение +0 +4 +8 +12 +16
sl1 0000ffff ffffffff ffffffff ffffffff
sl2 ffffffff ffffffff ffffffff ffffffff
sum 0000fffe ffffffff fffffffe fffffffe 00000000

Просим Вас прокомментировать и разъяснить ситуацию.

С уважением, Верещагина Е.В., Супертел, Санкт-Петербург


Replies (10)

RE: Отладчик и железо показывают разные результаты арифметических операций. LDM-MCp041100101-Q208 - Added by y.chemodanov over 4 years ago

Добрый вечер.

Расхождение в работе функциональной модели с железом связана с тем, что модель при выполнении операции adc лепит флаг CF там, где не следует. В связи с этим к данным добавляется лишний бит в строчках: 13,18,20.

1 rdl sl1
2 rdl sl2
3 addl @1,@2
4 wrl @1,sum
5 rdl sl1+4
6 rdl sl2+4
7 addl @1,@2
8 adcl @5,@1
9 wrl @1, sum+4
10 rdl sl1+8
11 rdl sl2+8
12 addl @1,@2;
13 adcl @5,@1
14 wrl @1, sum+8
15 rdl sl1+12
16 rdl sl2+12
17 addl @1,@2
18 adcl @5,@1
19 wrl @1, sum+12
20 adcl @2,0
21 wrl @1, sum+16

Мы выложим исправленную версию на сайт в ближайшее время.

RE: Отладчик и железо показывают разные результаты арифметических операций. LDM-MCp041100101-Q208 - Added by y.chemodanov over 4 years ago

Версия с исправленными командами adc и add доступна в разделе 'Программное обеспечение для MULTICLET P1' на сайте:
http://multiclet.com/index.php/ru/support/technical-documents

Некоторые рекомендации по группировке команд в ассемблере, повышающие производительность:

Старайтесь избегать коротких ссылок в коммутаторе (короткие ссылки приводят к тому, что клетки вынуждены простаивать ожидая друг друга). В начало параграфа можно вынести операции чтения потому, что они независимы друг от друга и могут выполняться параллельно, если располагаются в разных блоках. Также следует стремиться указать адрес следующего параграфа пораньше, чтобы раньше началась выборка команд следующего параграфа.

Вот пример параграфа, выполняющего сложение 128 битных беззнаковых чисел:

add_128:

rdl sl1
rdl sl2
rdl sl1+8
rdl sl2+8

rdl sl1+4
rdl sl2+4
rdl sl1+12
rdl sl2+12

addl @7,@8
addl @4,@5
addl @7,@8
addl @4,@5

wrl @4,sum
adcl @5,@4
adcl @5,@4
adcl @5,@4

jmp end
adcl @4,@3
adcl @4,@3
wrl @6, sum+4

adcl @2,@3
wrl @4, sum+8
wrl @2, sum+12

complete

RE: Отладчик и железо показывают разные результаты арифметических операций. LDM-MCp041100101-Q208 - Added by Vereschagina_Elena over 4 years ago

Большое спасибо за оперативную работу и заинтересованность).

Но мы бы хотели прояснить ещё один вопрос:
Подобная структура алгоритма(представленная Вами)представляется нам невыгодной, с той точки зрения, что при возрастании разрядности операндов, на сложение каждой следующей пары слов (например long=32 разряда) с номером n, для фиксации переполнения будет требоваться ещё n-1 сложений с переносом adcl. Таким образом число adcl будет равно 1+2+3...+(n-1), где n - количество слов в операндах.

RE: Отладчик и железо показывают разные результаты арифметических операций. LDM-MCp041100101-Q208 - Added by y.chemodanov over 4 years ago

Подобная структура алгоритма(представленная Вами)представляется нам невыгодной, с той точки зрения, что при возрастании разрядности операндов, на сложение каждой следующей пары слов (например long=32 разряда) с номером n, для фиксации переполнения будет требоваться ещё n-1 сложений с переносом adcl. Таким образом число adcl будет равно 1+2+3...+(n-1), где n - количество слов в операндах.

Это действительно так.
Корень проблемы заключается в том, что команде adc (как и любой другой) флаги передаются только через первый аргумент. В параграфе, приведенном вами в первом посте при выполнении команды adc Arg1,Arg2 вы скорее всего ожидаете получить на выходе Arg2+CF (от Arg1)+CF (от Arg2), однако фактически вы получите Arg2+CF (от Arg1). По этой причине в приведенном вами параграфе теряется часть переносимых бит, следовательно сложение реализуется не в полной мере.

Приведенный мной параграф, на мой взгляд, является наиболее оптимальным решением для реализации 128 битного сложения. Если необходимо сложение чисел большей разрядности, можно рассмотреть такой вариант для К-ого сложения (К>4):

rd arg1_K-1
rd arg2_K-1
add @1,@2
adc @1,0 ; Флаг переноса K-1 сложения
rd arg1_K
rd arg2_K
add @1,@2
add @1,@4
adc @2,0
adc @2,@1; Флаг переноса K сложения

Однако этот вариант распараллеливается хуже, чем приведенный мной первый пример, поэтому имеет смысл реализовать оба и проверить на практике, что будет быстрее для вашего N.

RE: Отладчик и железо показывают разные результаты арифметических операций. LDM-MCp041100101-Q208 - Added by Vereschagina_Elena over 4 years ago

Большое спасибо.
Не могли бы Вы дать более подробные рекомендации по распараллеливанию процессов. Есть ли документы на эту тему, которые можно почитать?

RE: Отладчик и железо показывают разные результаты арифметических операций. LDM-MCp041100101-Q208 - Added by y.chemodanov over 4 years ago

Для формирования общего представления о принципе распределения команд между клетками и условиях их параллельной работы можно почитать статью:
http://habrahabr.ru/post/226773/

В качестве примера хорошо оптимизированного кода можно посмотреть как реализован FFT, включенный в примеры программ для P1 и доступный по ссылке:
http://multiclet.com/docs/PO/Examples20130129.7z

Документ по общим правилам оптимизании для P1 подготовим орентировочно к 10 числу.

RE: Отладчик и железо показывают разные результаты арифметических операций. LDM-MCp041100101-Q208 - Added by Vereschagina_Elena over 4 years ago

Ждём документ!
Но столкнулись с аналогичным предыдущей теме отличием в отладчике и железе для команды mull

Фрагмент программы:

.data

A:
.long 0x77f71a24

B:
.long 0xb07118f4

C:
.long 0x00000000

.text

...
mul_ab:
rdl A
rdl B
mull @1, @2
wrl @1, C
jmp finish
complete

...

На mc-dbg: C=0xCBDC4A50
На процессоре: С=0x3423B5B0

RE: Отладчик и железо показывают разные результаты арифметических операций. LDM-MCp041100101-Q208 - Added by y.chemodanov over 4 years ago

В случае возникновения переполнения при операции умножение, правильность результата не гарантируется, выставляется флаг OF. В отладчике OF не выставляется, поправим в ближайшее время.

RE: Отладчик и железо показывают разные результаты арифметических операций. LDM-MCp041100101-Q208 - Added by y.chemodanov over 4 years ago

Краткое описание организации исполнения параграфов для процессора MultiClet P1.
Выполнение параграфа процессором P1 включает в себя следующие параллельные процессы:
  • Выборка команд.
  • Исполнение команд клетками.

Процесс выборки команд начинается сразу после того, как стал известен адрес начала очередного параграфа и выполнены все команды записи в текущем параграфе. Он протекает независимо от процесса исполнения команд клетками до тех пор, пока весь параграф не будет выбран. Память программ организована таким образом, что команды каждого параграфа последовательно распределяются между клетками на этапе компиляции. Таким образом первая команда каждого параграфа всегда выполняется первой клеткой, вторая команда — второй клеткой, пятая команда — снова 1 клеткой и тд. На каждом такте все клетки одновременно выбирают по одной команде. Выбранные команды размещаются в буферах команд клеток.
Исполнение команд клетками происходит по мере готовности их аргументов и исполнительных устройств. Т.е. команда будет извлечена из буфера и отправлена в исполнительное устройство, если готовы аргументы команды и выбраны все команды, которые используют результат исполняемой команды. После того, как клеткой достигнут конец параграфа, она не может приступить к исполнению следующего до тех пор, пока не будет закончена запись в регистры, а также в память, если опция контроля очередности чтения — записи не отключена.
Рекомендации по структурной организации параграфов.

  1. В начале параграфа следует собирать команды, аргументы которых не содержат ссылок в коммутатор.
  2. Соседние команды не должны зависеть друг от друга, в противном случае велика вероятность того, что соответствующие клетки перейдут к исполнению этих команд одновременно, однако одна из клеток будет вынуждена ожидать результата от другой клетки. Рекомендуется по возможности избегать ссылок, длиной менее четырёх.
  3. Команды перехода размещать в параграфе как можно раньше, что позволит производить выборку команд с максимальным опережением. Таким образом исключается задержка в исполнении команд клетками по причине ожидания выборки команд, потребляющих результат текущей операции.
  4. Размещать команды записи в регистр как можно раньше наряду с командами перехода, поскольку невыполненные команды записи в регистр препятствуют выборке очередного параграфа. Избегать неоправданно частой записи в регистры.
  5. Писать как можно большими параграфами, что позволит минимизировать простои, связанные с ожиданием записей в регистры по окончанию параграфа, и контролем очередности чтения записи в память.
  6. Организовывать доступ к памяти с учётом особенностей её организации. Одновременная работа клеток с памятью допускается, только если выполняются обращения к различным блокам памяти данных (см. «Руководство пользователя. Программное обеспечение мультиклеточного процессора MultiClet P1», раздел 4.1.2). В противном случае доступ к памяти будет осуществляться поочередно, что приведет к дополнительным задержкам.
  7. Избегать чрезмерно длинных ссылок. Использование таких ссылок приведет к простоям в работе клеток при выполнении команды, на которую указывает ссылка, если команды будут выбираться с недостаточным опережением.

RE: Отладчик и железо показывают разные результаты арифметических операций. LDM-MCp041100101-Q208 - Added by y.chemodanov over 4 years ago

y.chemodanov wrote:

В случае возникновения переполнения при операции умножение, правильность результата не гарантируется, выставляется флаг OF. В отладчике OF не выставляется, поправим в ближайшее время.

Поправили.

(1-10/10)