https://mp.weixin.qq.com/s/zCP7wPuxgQ-r94Tr6BV5iw
简单介绍Replacement的实现。
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1. 基本介绍
用于实现Cache替换相关的功能。
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From: Cache Replacement Policies, Prof. Mikko H. Lipasti, University of Wisconsin-Madison, ECE/CS 752 Spring 2016
2. ReplacementPolicy
代表替换策略的抽象类。
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包含如下方法：
a. way: 返回要替换的cache行号；
b. miss：未命中时执行的方法；
c. hit：命中时执行的方法；
3. RandomReplacement
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随机替换策略，实现ReplacementPolicy：
a. way: 来自于LFSR生成的随机值；
b. miss：未命中则需要替换：replace := Bool(true)；
c. hit：命中时不执行任何动作；
ways表示Cache的行数，Random(ways, lfsr)把lfsr随机到[0, ways-1]的范围内。
4. SeqReplacementPolicy
包含多组Cache的替换策略。
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a. access: 访问某一个组（set）的方法；
b. update: 根据valid和是否命中（hit），更新Cache组set中的第way个行；
c. way：要替换的行；
5. SeqRandom
基于组的随机替换策略。
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a. logic: 实例化一个RandomReplacement对象；
b. access：访问组set：没有动作；
c. update：如果输入合法，并且没有命中，则执行logic.miss方法；
d. way：返回要替换的行；
6. PseudoLRU
实现一个简单的LRU（Least Recently Used，最近最少使用）策略：
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1) n
n表示cache的行数；
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2) state_reg
表示cache的状态；
表示cache所有行的状态；
LRU要记录的状态信息是最近的使用情况。
也就是说，一个n-1位的state_reg要记录n行cache最近的使用情况。
类似于下图：
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state_reg每一个比特值表示是否在最近被访问。
3) access(way)
访问第way个cache行。
要执行的动作是更新state_reg中第way个cache行的使用信息；
4) replace = get_replace_way
获取要被替换的cache行，即最近最少使用的行。
5) get_next_state
参考链接：https://docs.qq.com/sheet/DUVdGZmViRlB1a1dI
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a. state：记录LRU最近访问信息的state变量；
b. way：此次被访问的cache行；
c. 2^width(way)表示way可以表示的cache行数；理想情况下，width(way)=log2Up(n)；
d. way(i)从way中取出第i个比特；
e. i从log2Up(n)-1到0，表示从way的高位到低位逐个取出每一位；
f. !bit需要与get_replace_way结合起来一起理解：把访问的way的第i比特取反写入next_state，那么这个比特可以作为要替换的行的行号中的相应比特使用；
g. idx：逐个把way中的比特合并到idx中；
通过一个实例来看一下这个过程：
a. 假设条件
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其中：n = 8；i逐个去2, 1, 0；相应的bit为w2, w1, w0；
b. var next_state = (state << 1).asInstanceOf[UInt]
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c. i = 2
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d. i = 1
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e. i = 0
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f. 把w2, w1的值带入
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g. 考虑w0的两个取值
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可以看到：
根据w2的取值，把next_state的取值分成两个1/2部分；
根据w1的取值，又把每个1/2部分分成两个1/4部分；
根据w0的取值，又把每个1/4部分分成两个1/8的部分；
他们的意义在查找替换cache行时再讲。
6) get_replace_way
参考链接：https://docs.qq.com/sheet/DUVdGZmViRlB1a1dI
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直接看5)中实例的情况。
a. 假设条件
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b. in_bounds
用于判断idx是否在[0, n)范围内；
c. shifted_state
移位的作用在于方便各个变量的位对应。
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d. i = 2
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e. i = 1
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f. i = 0
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g. 考虑ss4, ss5, ss6, ss7的两种取值
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可以看到这个值与get_replace_way中相反。
7) 实例的总结
当刚刚访问了way 0后，next_state(1) = 1，对应着get_replace_way中的shifted_state(1) = 1，如此返回的idx(2) = 1。
也就是说：
如果刚刚访问了way 0，那么当查找可以替换的cache行时，从第4/5/6/7中找。
进而：
如果在4/5/6/7中最近访问的是4，那么当查找可替换的cache行时，从第6/7行中找。
如果在6/7中最近访问的是6，那么当查找可替换的cache行时，idx = 7 = 0b111，即就会选择第7行。
7. SeqPLRU
实现一个包含多组cache的替换策略：
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a. 每组一个记录LRU最近访问信息的state寄存器
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b. 替换策略是PseudoLRU
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c. access: 访问某一个组时，读取该组的LRU状态信息
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d. update：更新cache状态
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update_way：如果命中，则使用命中的行号；如果未命中，则需要替换一个cache行（行号为plru_way）。
更新LRU信息，并写入；
e. way：返回要替换的cache行号
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8. 附录
略
原文地址：https://www.cnblogs.com/wjcdx/p/10992221.html