在AMD CDNA架構中，s_waitcnt指令用于確保特定類型的指令（如內存操作或數據共享操作）完成后再繼續執行后續指令。以下是vmcnt和lgkmcnt后數字的具體含義及用戶匯編代碼中的用法分析：

1. 計數器的定義

AMD CDNA架構通過三個計數器管理指令依賴性：

• vmcnt（Vector Memory Count）：追蹤未完成的向量內存操作（如global_load、buffer_store等）。
• lgkmcnt（LDS/GDS/Constant/Message Count）：追蹤未完成的LDS/GDS指令、標量內存操作（如S_LOAD）和消息指令（如S_SENDMSG）。
• expcnt（Export Count）：追蹤未完成的VGPR導出指令（如GDS操作）。

2. 參數含義

• s_waitcnt vmcnt(N)：等待向量內存操作完成，直到未完成操作數 ≤ N。
• s_waitcnt lgkmcnt(M)：等待LDS/GDS/標量內存/消息操作完成，直到未完成操作數 ≤ M。

例如：

• s_waitcnt vmcnt(0)：等待所有向量內存操作完成。
• s_waitcnt lgkmcnt(4)：允許最多有4個LDS/GDS/標量內存/消息操作未完成。

3. 用戶代碼分析

匯編指令序列

global_load_dwordx4 v[12:15], v[12:13], off nt  ; 向量內存加載（vmcnt++）
ds_read_b128 v[16:19], v10                       ; LDS讀取（lgkmcnt++, 每條ds_read遞增1次）
ds_read_b128 v[20:23], v6
ds_read2_b32 v[28:29], v11 offset1:1
ds_read_b128 v[24:27], v24
ds_read2_b32 v[30:31], v11 offset0:2 offset1:3

s_waitcnt vmcnt(0) lgkmcnt(4)  ; 等待所有向量內存操作完成，且未完成的LDS操作 ≤4
s_waitcnt lgkmcnt(3)           ; 等待未完成的LDS操作 ≤3
s_waitcnt lgkmcnt(2)           ; 等待未完成的LDS操作 ≤2
s_waitcnt lgkmcnt(1)           ; 等待未完成的LDS操作 ≤1
s_waitcnt lgkmcnt(0)           ; 等待所有LDS操作完成

具體行為

1. 初始狀態：

   • 執行5條ds_read指令后，lgkmcnt初始值為5。
   • global_load_dwordx4指令會增加vmcnt至1。

2. s_waitcnt vmcnt(0)：

   • 等待向量內存操作完成（即vmcnt降為0）。
   • 此時global_load_dwordx4的數據已可用。

3. s_waitcnt lgkmcnt(4)：

   • 等待最多4個LDS操作未完成。假設此時已有一個LDS操作完成（lgkmcnt=4），繼續執行后續指令。

4. 后續lgkmcnt遞減：

   • 通過逐步降低允許的未完成操作數（4→3→2→1→0），確保LDS數據按需逐批就緒，避免數據競爭。

4. 關鍵規則

• LDS操作的單次計數：每條ds_read指令（無論讀取多少DWord）僅遞增lgkmcnt一次。
• 標量內存操作的特殊規則：例如S_LOAD_DWORDX4會遞增lgkmcnt 4次（因加載4 DWord），但用戶代碼中未涉及。
• 順序性：同類指令（如多個LDS讀取）按序完成，但不同類指令（如LDS和標量內存）可能亂序完成。

在AMD CDNA架構中，ds_read_b128指令的作用和計數器行為可以通過以下關鍵點解釋：

5. LDS操作與向量內存操作的區別

• LDS（Local Data Share）：是工作組內共享的低延遲本地內存，用于線程間通信。其操作（如ds_read/ds_write）屬于共享內存訪問，而非全局內存或設備內存訪問。
• 向量內存操作：指針對全局內存（Global Memory）或設備內存的訪問（如global_load、buffer_load等）。這些操作需要經過內存控制器和緩存層次結構，延遲較高。

6. 計數器分類

AMD CDNA架構通過三個計數器管理指令依賴性：

• vmcnt（Vector Memory Count）：僅追蹤全局內存操作（如global_load、buffer_store等）。
• lgkmcnt（LDS/GDS/Constant/Message Count）：追蹤LDS操作、GDS操作、標量內存操作（如S_LOAD）和消息指令（如S_SENDMSG）。

7. ds_read_b128的歸類

• ds_read_b128指令從LDS讀取128位數據到VGPR中，屬于LDS操作，因此僅遞增lgkmcnt，而不影響vmcnt。
• global_load等全局內存指令：需要與設備內存交互，會遞增vmcnt。

8. 為何vmcnt不增加？

• 內存層級差異：LDS是片上共享內存，訪問延遲極低，由專門的硬件單元管理，不經過全局內存控制器。
• 計數器設計分離：AMD將LDS操作與全局內存操作分開管理，以避免不同內存層次的依賴混淆，簡化同步邏輯。

9. 驗證依據

文檔中明確說明：

1. LDS操作歸類（Chapter 11）：
   • LDS訪問由lgkmcnt管理，用于同步工作組內數據共享。
   • 向量內存操作由vmcnt管理，用于全局內存訪問。
2. 計數器定義（Chapter 3.1）：
   • vmcnt僅針對全局內存的讀寫和原子操作。
   • lgkmcnt覆蓋LDS、GDS、標量內存和消息操作。

10. 匯編指令解釋

1. global_load_dwordx4 v[20:23], v[20:21], off nt

• 功能：從全局內存異步加載4個Dword（16字節）到VGPR v20-v23。
• 參數：
  • v[20:23]：目標VGPR范圍。
  • v[20:21]：地址VGPR對（低32位在v20，高32位在v21）。
  • off：無偏移。
  • nt：Non-Temporal提示（繞過緩存）。
• 計數器：vmcnt 增加1（全局內存操作）。

2. ds_read_b128 v[20:23], v6

• 功能：從LDS地址v6異步加載128位（16字節）到VGPR v20-v23。
• 參數：
  • v[20:23]：目標VGPR。
  • v6：LDS地址源VGPR。
• 計數器：lgkmcnt 增加1（LDS操作）。

3. ds_read2_b32 v[28:29], v11 offset1:1

• 功能：從LDS基地址v11的兩個偏移位置讀取兩個32位數據。
  • 第一個Dword：地址v11（偏移0）。
  • 第二個Dword：地址v11 + 4（偏移1，步長為4字節）。
• 參數：
  • offset1:1：第二個Dword的偏移量。
• 計數器：lgkmcnt 增加1（每個ds_read操作遞增一次）。

4. ds_read2_b32 v[30:31], v11 offset0:2 offset1:3

• 功能：從LDS基地址v11的兩個偏移位置讀取兩個32位數據。
  • 第一個Dword：地址v11 + 8（偏移2，步長為4字節）。
  • 第二個Dword：地址v11 + 12（偏移3）。
• 參數：
  • offset0:2：第一個Dword的偏移量。
  • offset1:3：第二個Dword的偏移量。
• 計數器：lgkmcnt 增加1。

5. ds_read_b128 v[24:27], v18 offset:1024

• 功能：從LDS地址v18 + 1024異步加載128位（16字節）到VGPR v24-v27。
• 參數：
  • offset:1024：LDS地址的固定偏移。
• 計數器：lgkmcnt 增加1。

6. scratch_store_dwordx4 off, v[24:27], s23

• 功能：將VGPR v24-v27中的4個Dword存儲到Scratch內存地址s23 + off。
• 參數：
  • s23：Scratch內存基地址的標量寄存器。
  • off：無附加偏移。
• 計數器：vmcnt 增加1（Scratch操作屬于FLAT格式，視為向量內存操作）。

7. scratch_store_dwordx2 off, v[28:29], s23 offset:32

• 功能：將VGPR v28-v29中的2個Dword存儲到Scratch內存地址s23 + 32。
• 參數：
  • offset:32：相對于基地址的附加偏移。
• 計數器：vmcnt 增加1。

8. scratch_load_dword v6, off, s23

• 功能：從Scratch內存地址s23加載1個Dword到VGPR v6。
• 參數：
  • off：無偏移。
• 計數器：vmcnt 增加1。

9. scratch_load_dword v19, off, s23 offset:4

• 功能：從Scratch內存地址s23 + 4加載1個Dword到VGPR v19。
• 參數：
  • offset:4：附加偏移量。
• 計數器：vmcnt 增加1。

11. 問題1：scratch_store_dwordx4和scratch_load_dword是否影響vmcnt？

結論：

• 是，Scratch操作屬于向量內存操作（FLAT格式），會遞增vmcnt計數器。
• 依據（文檔Chapter 4.4）：

  VM_CNT（Vector Memory Count）：追蹤所有向量內存操作（包括MUBUF、MTBUF和FLAT格式）。 FLAT格式包含Scratch操作（如scratch_load和scratch_store），因此會遞增vmcnt。

12. 問題2：scratch_store_dwordx2 off, v[28:29], s23 offset:32，這條指令中地址偏移32的單位是byte還是dwordx2？請從指令集文檔中找到依據？

根據AMD CDNA架構文檔中Scratch指令的地址偏移規則（見第12.15.2節"Scratch Instructions"），以下是對scratch_store_dwordx2 off, v[28:29], s23 offset:32指令偏移量單位的分析：

結論

指令中的偏移量 offset:32 的單位為字節（Byte），而非Dwordx2。

依據

1. 指令語義定義：

   • Scratch指令（如scratch_store）的地址計算規則與 FLAT內存操作 一致（見第10章）。文檔明確說明：

     FLAT格式的地址偏移（offset）以字節為單位（Chapter 10.3.1: "Addressing"）。

2. 對齊規則：

   • 若以Dword為單位，偏移量為32時實際地址偏移為 32×4=128字節，這與常見的內存對齊要求（如64字節對齊）沖突。文檔無此類特殊對齊規則的描述。

3. 同類指令驗證：

   • scratch_load_dword等同類指令的偏移量單位均為字節。

13. 問題3：global_load_dwordx4 v[20:23], v[20:21], off nt，這條指令的偏移是off，如果有偏移的話，單位也是byte么？請從指令集文檔中找到依據

根據AMD CDNA架構文檔中MUBUF指令的地址偏移規則（見Chapter 9.1.5 "Buffer Addressing"），以下是關鍵分析：

結論

global_load_dwordx4指令的偏移量參數 off 的單位為字節（Byte）。

依據

1. MUBUF指令的地址計算定義：

   • MUBUF（內存緩沖指令）的地址計算公式為： Base Address + SGPR_address + offset 其中 offset 是符號擴展的12位立即數（范圍為 -2048 至 +2047 字節）。文檔明確指出：

     For MUBUF instructions, the offset is a 12-bit signed byte offset.

2. 對齊規則：

   • 在第9.1.7節"Alignment"中，強調地址必須按數據尺寸對齊（例如：dwordx4需對齊到16字節），但偏移量本身仍以字節為單位。這與字節粒度尋址一致。

3. 同類指令驗證：

   • FLAT/Scratch指令（如scratch_store_dwordx2）的偏移量明確以字節為單位（見Chapter 10），MUBUF遵循相同設計原則。

總結

global_load_dwordx4的 off 參數是 12位有符號字節偏移，范圍 -2048 至 +2047 字節。這是AMD CDNA架構的統一內存尋址設計。

END