GPU 进阶（二）接入 Vortex¶

#[unsafe(no_mangle)]
pub unsafe extern "C" fn axcl_vx_mem_alloc(size: size_t) -> *mut c_void {
    with_context(|ctx| {
        let buf = ctx.vx_mem_alloc(size);
        Box::into_raw(Box::new(buf)) as *mut c_void
    })
}

extern "C" {
    void* axcl_vx_mem_alloc(size_t size);
    // ...
}

// 重要功能函数
vx_mem_alloc(size):
  → 分配 dev_addr（从 VORTEX_ALLOC_BASE = 0x00010000 递增）
  → 分配 BAR2 staging 区空间（从 VORTEX_STAGING_OFFSET = 0x02000000）
  → 登记 image table mapping: {dev_addr → vram_offset}

vx_upload_kernel_bytes(vxbin):
  → 解析 .vxbin 头部 min_vma / max_vma
  → 把 payload 拷贝到 BAR2 staging 区
  → 登记 image VMA mapping

vx_start(kernel, args):
  → 写 QXBV image table（magic/version/num_entries/entries）
  → REG_KERNEL_ADDR = kernel.entry | VORTEX_MODE_FLAG (1<<63)
  → REG_KERNEL_ARGS = args.dev_addr
  → REG_DISPATCH = 1              // ← 触发 QEMU 后端执行

BAR2 / VRAM
0x00000000 ─────────────────────────────────────────
             旧 raw GPGPU 兼容区
             0x000000f0: raw args
             0x00001000: raw data buffers
             0x00100000: raw kernel region

0x02000000 ─────────────────────────────────────────
             Vortex staging region
             - .vxbin image payload
             - vx_mem_alloc() 分配的数据 buffer
             - vx_upload_bytes() 上传的参数结构体

0x03ff0000 ─────────────────────────────────────────
             Vortex image table
             header: magic/version/num_entries/reserved
             entry[]: { vma, vram_offset, size }

0x04000000 ─────────────────────────────────────────
             BAR2 end (64MB)

PCI 0x1234:0x1337
  BAR0 = 1MB control MMIO
  BAR2 = 64MB VRAM
  BAR4 = 64KB doorbells

gpgpu_ctrl_write(addr, val):
  case REG_DISPATCH:
    → gpgpu_core_exec_kernel(s)
    → s->status = READY

gpgpu_vram_read/write:
  → VRAM 直读直写（OS 通过它搬运 staging 数据）

gpgpu_core_exec_kernel():
  → dlopen("libvortex-simx.so")
  → simx_raw_launch(vram_ptr, vram_size, kernel_addr, args_addr,
                    grid_dim, block_dim, max_cycles)

DISPATCH:
  └─ 检测 VORTEX_MODE_FLAG
  └─ 读 QXBV image table（从 BAR2 staging 区）
  └─ 按 VMA mapping 把 .vxbin + buffers 装载到 SimX 内部 RAM
  └─ 解析 startup argument（PoclKernelArgs）
  └─ 执行 Vortex processor（RISC-V SIMT）
  └─ 结果写回 BAR2 staging 区对应的 vram_offset
  └─ 清除 BUSY 状态

Guest DRAM              BAR2/VRAM              SimX RAM
    │                       │                     │
A/B 矩阵 ──clEnqueueWrite──→ staging buffers ──→ 按 dev_addr 映射
    │     axcl_vx_copy_to_dev         │  (launch 时)    │
    │                       │                           │
.vxbin ──clBuildProgram──→ staging region ────→ 按 VMA 装载
    │     axcl_vx_upload_kernel_bytes │  (launch 时)    │
    │                       │                           │
PoclKernelArgs ──vx_start──→ staging + image ──→ startup arg ptr
    │     vx_upload_bytes   │  table              │
    │                       │                     │
    │    REG_DISPATCH=1 ───→ SimX launch ────────→ 执行 sgemm
    │                       │                     │
    │                       │     结果 ←──────────┘
    │                       │         │
    │  ←──clEnqueueRead─────┘         │
    │      axcl_vx_copy_from_dev      │
    ↓                       ↓         ↓
             CPU 验证 PASSED!

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  ① 应用层：tests/opencl/sgemm/main.cc                        │
│     (标准 OpenCL host 程序)                                   │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  ② OpenCL 兼容层：opencl_stub.cc + CL/opencl.h              │
│     (把 OpenCL API 路由到 axcl_vx_* C ABI)                   │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  ③ Rust FFI 层：axlibc::gpgpu_ffi                            │
│     (全局 GpuState → GpgpuContext)                           │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  ④ Runtime 层：libgpgpu::GpgpuContext                        │
│     (vx_mem_alloc / vx_upload_kernel_bytes / vx_start 等)    │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  ⑤ Driver 层：axgpgpu::GpgpuDevice                          │
│     (Vortex ABI：BAR2 staging + image table + MMIO 寄存器)    │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  ⑥ QEMU 设备模型：hw/gpgpu/gpgpu.c                          │
│     (PCI 前端：BAR0/BAR2/BAR4 MMIO 读写 + DISPATCH 触发)     │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  ⑦ SimX 后端：hw/gpgpu/gpgpu_core.c → libvortex-simx.so      │
│     (实际执行 Vortex kernel 指令)                             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

/goal 目前有一套支持 arceos 的gpgpu 软件栈运行在 qemu 中，现在我希望把 Vortex 的 simx 作为 GPGPU 的后端直接嵌入到 QEMU 中，替换当前的简化 cmodel，保留 gpgpu.c（PCIe 前端、BAR、寄存器、DMA），只把 gpgpu_core.c 的执行后端替换为 simx， 将 libgpgpu/驱动与 Vortex 的 POCL / OpenCL 运行时对齐，最终应该将 tests/opencl/sgemm/main.cc 运行在 arceos + qemu + simx 中