每周一龙：第 22 期
每周一都为大家报道 LoongArch 社区最前线的第一手新鲜资讯！ 本期的主要内容有：LoongArch v1.10，工具链的进展，以及杂七杂八的上游活动。 详情点进来看！
如无特别说明，文中提及的日期、时间都为北京时间（UTC+8）。
要闻速递：千呼万唤始出来，龙架构上新了！
10 月 23 日，龙芯中科将《龙芯架构参考手册》更新到了 LoongArch v1.101 版本。 这一修订版主要是将 LA664 微架构（对应 3A6000 型号）的新增、变更特性落成文档了。
变更内容
为方便阅读，现摘录《龙芯架构参考手册》卷一 1.5.1 节（LoongArch V1.11 版本新增内容）如下：
- 新增近似求解浮点数开根和浮点数开根求倒数指令，
包括标量运算的
FRECIPE.S、FRECIPE.D、FRSQRTE.S、FRSQRTE.D指令，128 位 SIMD 运算的VFRECIPE.S、VFRECIPE.D、VFRSQRTE.S、VFRSQRTE.D指令 和 256 位 SIMD 运算的XVFRECIPE.S、XVFRECIPE.D、XVFRSQRTE.S、XVFRSQRTE.D指令。 - 新增
SC.Q指令。 - 新增
LLACQ.W、SCREL.W、LLACQ.D、SCREL.D指令。 - 新增
AMCAS.B、AMCAS.H、AMCAS.W、AMCAS.D、AMCAS_DB.B、AMCAS_DB.H、AMCAS_DB.W、AMCAS_DB.D、AMSWAP.B、AMSWAP.H指令。 - 新增
AMADD.B、AMADD.H、AMSWAP_DB.B、AMSWAP_DB.H、AMADD_DB.B、AMADD_DB.H指令。 - 增加
dbar指令部分非零 hint 值的功能定义。 - 新增 64 位机器上执行 32 位整数除法指令是否受源操作数寄存器高 32 位值影响的判定方式。
- 规范相同地址 load 访存操作顺序执行行为判定方式。
- 增加消息中断的定义。
- 允许实现硬件页表遍历。
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主编点评
按照原文列表编号看，说是 10 条变更，其实分类有点太过扁平了： 比方说其中 6 条都与原子操作有关，且 2、3 两条都属于 LL/SC 操作范畴，5 中的原子交换操作也不知为何没放入 4。 那么先抛开这些行文细节，宏观来看，大的变更主要有以下几个方面：
- 同步/原子操作能力，得到了一轮相当的迭代、优化（第 2、3、4、5、6、8 条）；
- 以正式文字形式，变相承认了初代 LoongArch 硬件事实上的奇葩坑点，及如何方便判断该坑是否存在（第 7 条）；
- 在特权架构方面，做了更多性能优化的尝试（第 9、10 条）；
- 可能出于特定应用场景需要，新增了一套更快的开根号、开根号同时求倒数的操作（第 1 条）。
说到原子操作：当代软件已经深度依赖多核、并行操作，
而每个处理器核往往也深度乱序执行以保证单线程性能；
为在这样恶劣的环境下保持程序语义正确，
内存模型——可以简单理解为具体系统上所有处理器核访存副作用的精确描述——其重要性勿庸赘言。
这些优化当然是 LA664 相比前代微架构能够取得整体两位数百分比性能提升的重要基础：
印象中单纯上文第 6 条的细粒度 dbar 改进，在内核适配后，就达成了 10% 还是 20% 的提升。
实际上，目前这方面应该也只有第 6 条被实现了：因为只有它能够向下兼容较早的处理器型号。
如果在具体场景能够不考虑旧处理器型号而生成机器语言的话，优化程度只会更高。
说到第 7 条的坑：考虑到龙芯公司的团队规模、投入资金之可怜，以及初代
LoongArch 推出之仓促，
多少捏出几个 bugs 其实也无可厚非，没什么喷点：没 bug 才不对劲呢！
这 div.w 系列指令（卷一第 2.2.1.13 节），作为一套 32 位操作，却与整个 LoongArch
其余 32 位操作行为都不同：
居然仍然会看入参的高 32 位，不是符号扩展就输出垃圾结果——虽然不做 64 位运算，但还得照 64 位准备！
这估计是源自最早期 MIPS 乘除法器与流水线分离的历史包袱：MIPS 的 32 位乘除法指令都有相同限制。
龙架构的 32 位乘法未受影响，但除法、取余的具体实现不幸与 MIPS 行为一致了。
显然设计师们并不认为这很合理——要不然也不会在 LA664 就改掉了；
但旧的型号才发售没多久，还得继续支持，于是新版手册并没有修改第 2.2.1.13 节的内容，
而是在第 2.2.10.5 节 CPUCFG 数据的介绍中提了一嘴：
可以看 CPUCFG.0x2.DIV32[bit26] 来确定当前处理器是否受此坑影响。
笔者预计相当长的一段时间里，估计都只有 JIT 运行时能从中受益： 和上文的原子操作新指令一样，想要整个系统都用上这几个操作的正常、宽松语义， 就意味着失去前代产品的兼容性。 因为 32 位除法、取余操作是如此的基础，如果每用一次之前都要动态检查 CPU 特性， 那性能不堪设想。 但 JIT 编译器不一样：它动态生成的代码并不受它自身限制，因此完全可以做到动态探查一次 CPU 特性，后续据此生成、运行对当前系统最优化的机器语言，而自身则保持与最兼容的基线对齐。
既然提到了硬件的坑，那么其实也不得不吐槽下第 10 条这个硬件页表遍历机构： 至少在笔者拿到的第一批 3A6000 板子上，这个功能估计被固件禁用了； 相应的 CPUCFG 标志位读出来是 0，内核实际也没用上。 不清楚前几天发售的量产批次还有没有这问题： 如果这些板子上这标志位也是 0， 那估计 3A6000 这个机构就是有什么坑，导致用不起来了。 不过也无伤大雅：其他方面的改进实在太大了，瑕不掩瑜——等下个批次或者下一代产品吧！
说回第 9 条，这个应该没坑了——也不一定；因为目前 Linux 内核并没有加入相关支持。 不过手册既然放出了，内核层面这个特性也能做到向后兼容，那么就期待接下来一两个周期它能得到支持吧。
最后是第 1 条这一套浮点运算优化：
笔者实测了 frsqrte.s 指令比著名的 Quake III Arena 快速平方倒数算法精确，
且不是单纯将这个经典算法最后一步的 Newton 迭代多跑一两轮那么简单。
具体用的啥算法目前不知道，毕竟笔者没精力对处理器设计领域的前沿论文保持关注；
快就完事了！
这些操作虽然不如 IEEE 754 规范上要求的那么精确，但胜在执行快：这对 3D 渲染、
物理引擎、粗浅的数值模拟，之类精度要求不那么高的场景都是好事。
不过龙架构这个发明比较有开创性，以至于从目前的编程语言都不太容易调用它们，
非得手写点汇编不可；
有兴趣的同学可以看看能不能给你爱用的数学、图形学软件提 PR 加支持了！
总之，这次更新对性能提升行之有效，对群众折腾十分友好，相信它能成为众发烧友多年后的美好回忆（也可能不 😈）。
先「马」再看
本栏目的内容具有一定延续性，将持续追踪报道 LoongArch 领域的重要或长期项目（坑）。
Linux
Linux 6.6 正式版已经发布。 本周和下周是 Linux 6.7 的合并窗口； 目前龙架构分支仍然保持在只有 KVM 补丁的状态，等待 KVM 维护者的拉取。 不用急：有两周时间，并且本身龙芯也习惯在第二周的周五发出 PR，争取多点完善代码的时间。
工具链
binutils
Jiajie Chen 研究完 3A6000 彼时尚未公开的指令之后， 一看到 LoongArch v1.10 正式公布， 两天后的 10 月 25 号就掏出了给 binutils 新增这些指令汇编、反汇编支持的补丁（当然只做了正式见诸文档的那部分）。 杰哥威武！ 感谢 xry111 提供新闻线索。
gcc
正在笔者龟速赶稿之际，Xi Ruoyao 修复了交叉汇编器就绪前， 构建交叉编译器会失败的问题。
LLVM
上期报道过的 FCC 搬运支持补丁， 10 月 27 日被移植回了 LLVM 17 分支。
看评论区，这个 bug 是下游有人编译 UE4（大名鼎鼎的虚幻四游戏引擎）发现的； 而 LLVM 17 系列的发版管理员在 Ubisoft（育碧）的工具链部门工作。 游戏推动先进生产力！
杂闻播报
应微信「龙芯读者俱乐部」群的「啊哈哈」群友反馈，从本期《每周一龙》开始， 略微扩充了前言部分。感谢这位读者的建议！
来自安同开源社区（AOSC）的朋友王江津为 Google 的 OpenSSL fork BoringSSL 提交了适配任意非官方支持的小端 （little-endian）32 位或 64 位平台的补丁。
xen0n 在给 Debian loong64 port 监工的过程中，发现 buildd.debian.org 的统计图表页面一直缺龙架构， 于是顺手帮忙加上了。 虽然历史数据没法补，但也无伤大雅——这 port 出生都没几天哪！
xen0n 选取了 R 语言的番茄色 tomato 为龙架构配色，原因写在了提交说明：
- 跟龙芯的 logo 配色差不多，都红不溜秋的，以及
- 番茄 🍅 基本上也好吃！
（其实当然首要考虑是区分度；这点倒是忘记在提交说明写上了。😂）
张贴栏
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- 友情扩散：安同开源社区（AOSC）的龙架构移植主线化工作「合龙」仍在如火如荼进行中， 此工作完成后龙架构将升格为 AOSC OS 的 Tier 1 架构。 欢迎同学们试用、反馈，也欢迎有志之士一同加入（沟通渠道详见 AOSC 网站相关栏目）。
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