函数总是返回1

Question

我正在尝试编写一个简单的分支预测变量，它应根据存储在int中的历史记录输出TAKEN（1）或NOT_TAKEN（0）。 但是，它始终输出TAKEN而不是动态更改预测。

#define PHT_CTR_MAX  3
#define PHT_CTR_INIT 2

class PREDICTOR{

  private:
    UINT32  counter;

  public:

    PREDICTOR(void);

    bool    GetPrediction(UINT64 PC);  
    void    UpdatePredictor(UINT64 PC, OpType opType, bool resolveDir, bool predDir, UINT64 branchTarget);
};



PREDICTOR::PREDICTOR(void){
  counter = PHT_CTR_INIT;
}


bool   PREDICTOR::GetPrediction(UINT64 PC){
  if(counter > (PHT_CTR_MAX/2)){ 
    return TAKEN;
  }else{
    return NOT_TAKEN;
  }
}



void  PREDICTOR::UpdatePredictor(UINT64 PC, OpType opType, bool resolveDir, bool predDir, UINT64 branchTarget){

  if(resolveDir == TAKEN){
      SatIncrement(counter, PHT_CTR_MAX);
  }else{
      SatDecrement(counter);
  }
}

PREDICTOR :: PREDICTOR用于“构建”预测变量（创建数组，设置初始值...），它从一开始就被调用。

PREDICTOR :: GetPrediction应该返回TAKEN（当计数器= 3或2时）或NOT_TAKEN（当计数器= 0或1时）。

在GetPrediction之后调用PREDICTOR :: UpdatePredictor。 它通过resolveDir更新预测变量-resolveDir是分支的实际方向。 如果resolveDir = 1，它将使计数器饱和增加（饱和意味着它永远不会超过PHT_CTR_MAX）。 如果resolveDir = 0，则计数器递减。

尽管此预测变量确实很简单，但它不起作用。 它抛出的结果与我刚刚执行GetPrediction {return TAKEN}完全相同，这显然是错误的。 我的编码技能不是很出色，所以我可能做错了一些事情-可能是在GetPrediction或UpdatePredictor函数中。

这是一个可以正常工作的预测变量示例，尽管这有点复杂：

#define PHT_CTR_MAX  3
#define PHT_CTR_INIT 2
#define HIST_LEN   17

class PREDICTOR{

  private:
UINT32  ghr;           // global history register
UINT32  *pht;          // pattern history table
UINT32  historyLength; // history length
UINT32  numPhtEntries; // entries in pht 

public:

  PREDICTOR(void);
   bool    GetPrediction(UINT64 PC);  
   void    UpdatePredictor(UINT64 PC, OpType opType, bool resolveDir, bool predDir, UINT64 branchTarget);



PREDICTOR::PREDICTOR(void){

  historyLength    = HIST_LEN;
  ghr              = 0;
  numPhtEntries    = (1<< HIST_LEN);


    pht = new UINT32[numPhtEntries];

    for(UINT32 ii=0; ii< numPhtEntries; ii++){
    pht[ii]=PHT_CTR_INIT; 
}
}

bool   PREDICTOR::GetPrediction(UINT64 PC){

  UINT32 phtIndex   = (PC^ghr) % (numPhtEntries);
  UINT32 phtCounter = pht[phtIndex];


  if(phtCounter > (PHT_CTR_MAX/2)){ 
    return TAKEN; 
  }
  else{
    return NOT_TAKEN; 
  }
  }


void  PREDICTOR::UpdatePredictor(UINT64 PC, OpType opType, bool resolveDir, bool predDir, UINT64 branchTarget){

  UINT32 phtIndex   = (PC^ghr) % (numPhtEntries);
  UINT32 phtCounter = pht[phtIndex];

  if(resolveDir == TAKEN){
    pht[phtIndex] = SatIncrement(phtCounter, PHT_CTR_MAX);
  }else{
    pht[phtIndex] = SatDecrement(phtCounter);
  }

  // update the GHR
   ghr = (ghr << 1);

   if(resolveDir == TAKEN){
   ghr++; 
   }
 }

该预测器的工作方式与我的简单预测器相同，不同之处在于它使用的是一组计数器而不是单个计数器。 调用GetPrediction时，将通过与PC（当前分支的地址）进行XOR运算的resolveDir（分支历史记录，全局历史记录寄存器或ghr）的后17位对数组进行索引。 这将从数组中选择适当的计数器，然后将其用于进行预测。 UpdatePredictor以相同的方式工作，对数组建立索引，然后选择计数器。 计数器使用来自resolveDir的信息更新。 最后，全局历史记录缓冲区（ghr，分支历史记录，称为所需的名称）也将更新。

SatIncrement和SatDecrement函数的代码：

static inline UINT32 SatIncrement(UINT32 x, UINT32 max)
{
  if(x<max) return x+1;
  return x;
}

static inline UINT32 SatDecrement(UINT32 x)
{
  if(x>0) return x-1;
  return x;
}

感谢帮助。

Answer 1

代码无法按预期工作的原因是SatIncrement和SatDecrement会按值获取参数并返回新值，然后必须将其重新分配给应该递增/递减的变量。

SatIncrement(counter, PHT_CTR_MAX);

将传递counter的值，但不会修改counter本身。 不使用带有新值的返回值，因此该行实际上不执行任何操作。 SatDecrement(counter);也是如此SatDecrement(counter); 。

因此，分支预测变量永远不会更改状态，并且始终返回相同的预测。

通过遵循其他代码示例对其进行修复：

counter = SatIncrement(counter, PHT_CTR_MAX);

和

counter = SatDecrement(counter);

---

鉴于这是一种练习，您可能无法更改SatIncrement和SatDecrement ，但是在实践中，可能会让这些函数按引用进行参数传递，以便它们可以直接修改传递的变量，从而避免在调用站点重复counter ：

static inline void SatIncrement(UINT32& x, UINT32 max)
{
  if(x<max) x++;
}

如果选择了原始签名，则由于C ++ 17，可以在函数中添加[[nodiscard]]属性，以使编译器在不使用返回值的情况下显示警告：

[[nodiscard]] static inline UINT32 SatIncrement(UINT32 x, UINT32 max)
{
  if(x<max) return x+1;
  return x;
}

它将在这里警告您，并使问题更加明确。