五個廣泛使用的特殊寄存器

在本文中，我們將介紹五個廣泛使用的特殊寄存器，即：別名、影子、間接、鎖定和觸發緩沖寄存器。

在當今的 SoC 中，我們看到了系統架構、節點大小、互連、安全、編程語言和開發工具等領域的許多創新。有時，我們低估了作為 SoC 架構師、驗證工程師、硬件設計師或軟件/固件開發人員在日常工作中使用的簡單創新的重要性和影響。

特別是，讓我們檢查與硬件/軟件接口層相關的創新——軟件應用程序與硬件外圍設備通信。具體來說，在寄存器空間中，視頻編解碼器、藍牙或 Wi-Fi 等硬件外圍設備從處理器上執行的軟件應用程序接收配置、控制和功能。十年前在設計寄存器時，我們只需要RO、WO、RW、RC、RS、WS等的組合。但今天的SoC已經變得如此復雜，以至于我們不得不創新并想出更多創造性的方式來設計寄存器。在本文中，我們將介紹五個廣泛使用的特殊寄存器，即；別名、影子、間接、鎖定和觸發緩沖寄存器。

別名寄存器

這是一種可從同一地址映射中的多個地址訪問的寄存器類型，但在物理上它是一個寄存器。別名寄存器中的字段根據用于訪問它們的地址具有不同的行為。如圖 1 所示，RegA 中的字段在使用 0x1000 地址訪問時是可讀寫的，但在從 0x2000 地址訪問時是 write-1-to-clear。創建別名寄存器時應應用的一些指導：別名寄存器的硬件訪問為 NA；字段不能是已別名字段的別名；并且別名字段的父寄存器不能是外部的。

影子寄存器

當您的軟件應用程序需要覆蓋所有寄存器但數據需要稍后恢復時，解決方案是使用影子寄存器。通過寄存器總線寫入寄存器的數據應自動復制或映射到地址映射中的另一個寄存器。如圖 2 中的示例所示，將 OriginalReg 中的數據復制到 ShadowReg。ShadowReg 可以從總線訪問，但對原始寄存器沒有影響。幾個影子寄存器可以影子一個原始寄存器。

間接寄存器

一些寄存器或內存位置不能通過專用地址直接訪問，它們被稱為間接尋址寄存器或簡稱為間接寄存器。兩個寄存器用于訪問一個間接寄存器。

為了將值存儲到間接寄存器數組中，使用基址寄存器來保存實際地址。該指令檢查基址寄存器，將其值解釋為寄存器數組中的地址位置，并將保存在數據寄存器中的值放入該位置。為了從間接寄存器數組加載一個值，還使用了一個基址寄存器。該基址寄存器保存實際地址。該指令檢查基址寄存器，將其值解釋為地址，獲取存儲在該位置的值，然后將其加載到數據寄存器中。

如圖 3 中的示例所示，Reg1 指定了內存數組的索引。Reg2 指定要寫入的數據或存儲從內存中讀取的值。Reg2 需要一個用于間接寄存器大小的“深度”屬性。

鎖定寄存器

如果狀態機保護在寄存器后面，只能由存儲在另一個寄存器中的密鑰啟動，鎖定寄存器可能是解決方案。根據某個其他寄存器的字段值，任何可寫寄存器或字段都可以被保護/鎖定不被寫入。這樣的寄存器稱為鎖定寄存器。鎖定寄存器和保護/密鑰寄存器可以在不同的寄存器組中，但不能在不同的塊中。如圖 4 中的示例所示，由屬性“lock”指定的鎖定寄存器由一個簡單的表達式lock=RegA.f1 定義，這意味著寄存器 Lockreg 根據字段“f1”的值被鎖定而不能寫入寄存器“RegA”，關鍵寄存器。鎖定機制也可以通過更復雜的表達式來定義，例如鎖定 = regA.FldA || regB.Lock_fld == 8‘b00000001 && regA.FldA == 4’b0011。這個復雜的表達式由不同的寄存器字段組成。在這種情況下，如果鎖定表達式中的每個條件在運行時都為真，則寄存器的軟件寫訪問被鎖定。

觸發緩沖寄存器

有時需要從硬件側將大小大于總線寬度的寄存器作為一個原子單元寫入和讀取。這樣的寄存器是從軟件側順序寫入/讀取的。這可以通過在與觸發事件相關的內存空間中創建一個 N 寄存器緩沖區來實現。當觸發事件發生時，寫入/讀取發生在/從緩沖區到硬件端可用的實際寄存器。觸發事件可以是對最低有效位或最高有效位寄存器的讀/寫。例如，如圖 5 所示，RegA 是寬硬件寄存器，寬寄存器 Reg.A1 的 MSB 是觸發器。Reg.A2 和Reg.A3 是對應寬硬件寄存器字段的緩沖區。