Linux Mem -- Where the mte store and check in the real hardware platform

目录

1 前言

2 MTE tag分类

3 Address tag

4 Memory tag

5 Tag Check

6 Cortex-A710 和 CI-700 系统示例：

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1 前言

        ARM的MTE允许分配、设置、比较一个 4bit的allocation tag 为16字节粒度的物理地址。当对MTE有一定了解后，应该会产生如下疑问：MTE tag是被存在在哪里、是怎样进行检查的在实际的硬件平台？是的，带着这个疑问查阅了好多资料，最终在ARM官方找到了答案。如下内容来自Documentation – Arm Developer

2 MTE tag分类

        MTE包含两中类型的tags: address tag 和memory tag，也被叫做lock 和 key。

        Address tag ： 做为key角色，添加4 bit的数据到虚拟地址的高位处。这依赖于Aarch64 的TBI（top bit ignore）特性。

        Memory tag：做为lock角色，memory tag也是由4 bit数据组成，关联到16字节对齐的物理内存区域，Arm以16字节的内存区域做为tag粒度。Memory tag的存储实现由硬件实现。

3 Address tag

        当MTE和TBI使能时，虚拟地址的bit[59:56]用来存放address tag。

        MTE架构中也包含一些指令，如IRG、ADDG、SUBG 用于操作address tag。例如：

                IRG Xd， Xn ；给存放在Xn寄存器的地址添加随机逻辑address tag，然后将结果写入到Xd寄存器。

                ADDG Xd, Xn, #<uimm6>, #<uimm4>; 将存放子在Xn寄存器的地址添加立即数 #<uimm6>,然后使用#<uimm4>修改上一步计算后的地址的Address tag，将最终的结果存放到Xd寄存器。

4 Memory tag

        关联到16字节对齐的 4 bit 的memory tag是存放在系统内存，能够被缓存到CPU的处理器cache 或者系统缓存。逻辑上，每16字节的内存有一个4 bit  tag。

        从架构角度，memory tag是不能通过确定地址进行访问，可以通过其关联的数据地址进行访问。

        MTE架构包含一些指令，如STG、STGZ、STG2G、STZ2G 用于存放虚拟地址的address tag到tag storage。以STG X0，[X0]指令为例，该指令用于存放X0寄存器的Allocation tag到tag内存， 该tag内存和X0寄存器的虚拟地址关联，如下图显示：

5 Tag Check

        当MTE使能，使用load/store 方式访问以标记的内存时，tag check硬件将比较要访问的内存地址的address tag 和与内存地址关联、存放在tag storage的 memory tag。

        Tag check 失败时会触发同步数据异常或者异步异常，同步或者异步异常方式取决于SCTLR_Elx.TCF寄存器的配置。

6 Cortex-A710 和 CI-700 系统示例：

        MTE的memory tag 存放在Cortex-A710的L1 data cache、L2cache、DSU L3 cache和CI-700 HN-F系统级cache（SLC ：system level cache）。例如在L1 data cache时，4 bit的MTE tag存放在cache line tag ram。

        为了存放memory tag 到 不支持MTE 功能的DDR内存控制器（DMC：DDR memory controller），CI-700 的memory tag slave interface（MTSX）连接不支持memory tag功能的 AXI/ACE-Lite DMC 到 支持MTE的CI-700 。 在MTSX中， MTU（memory tag unit）的分割逻辑将DRAM内存空间分割为两部分：data storage 和 tag storage。

        MTSX可以向AXI/ACE-Lite DMC生成单独的数据和标记请求，这样DMC就可以平等地对待数据存储和标记存储访问，而不需要知道它是数据请求还是标记请求。数据存储和标记存储可以驻留在同一DDRAM中。

        软件需要编写tag 基地址的信息到MTSX地址寄存器，用来告知MTU系统tag storage所在的DDRAM空间。MTU能够使用该信息计算16字节数据地址对应的 4bit memory tag的所在的内存地址。

        MTU也包含一个tag check逻辑单元。默认情况，MTSX也包含一个 Tag Cache（TC）用来存放本地tag。这个配置用于更快的访问tag、减少AXI/ACE-Lite的拥堵。下图显示了MTU分割单元怎样将一个CHI-E MTE传输分割为 AXI/ACE-Lite数据和tag请求，默认Tag cache和Tag check单元怎样工作。