update
[libreriscv.git] / simple_v_extension.mdwn
index c884bb9563702c077653fbb08e2fdf8182500fd6..4cf0937edde233618bbd012a4a8ad571c9acd473 100644 (file)
@@ -1,9 +1,5 @@
 # Variable-width Variable-packed SIMD / Simple-V / Parallelism Extension Proposal
 
-* TODO 23may2018: CSR-CAM-ify regfile tables
-* TODO 23may2018: zero-mark predication CSR
-* TODO 23may2018: impl. detail on scalar-only ops (see appendix)
-
 Key insight: Simple-V is intended as an abstraction layer to provide
 a consistent "API" to parallelisation of existing *and future* operations.
 *Actual* internal hardware-level parallelism is *not* required, such
@@ -13,8 +9,8 @@ instruction queue (FIFO), pending execution.
 
 *Actual* parallelism, if added independently of Simple-V in the form
 of Out-of-order restructuring (including parallel ALU lanes) or VLIW
-implementations, or SIMD, or anything else, would then benefit *if*
-Simple-V was added on top.
+implementations, or SIMD, or anything else, would then benefit from
+the uniformity of a consistent API.
 
 [[!toc ]]
 
@@ -130,7 +126,8 @@ reducing power consumption for the same.
 SIMD again has a severe disadvantage here, over Vector: huge proliferation
 of specialist instructions that target 8-bit, 16-bit, 32-bit, 64-bit, and
 have to then have operations *for each and between each*.  It gets very
-messy, very quickly.
+messy, very quickly: *six* separate dimensions giving an O(N^6) instruction
+proliferation profile.
 
 The V-Extension on the other hand proposes to set the bit-width of
 future instructions on a per-register basis, such that subsequent instructions
@@ -360,16 +357,14 @@ level all-hardware parallelism.  Options are covered in the Appendix.
 
 # CSRs <a name="csrs"></a>
 
-There are a number of CSRs needed, which are used at the instruction
-decode phase to re-interpret RV opcodes (a practice that has
-precedent in the setting of MISA to enable / disable extensions).
+There are two CSR tables needed to create lookup tables which are used at
+the register decode phase.
 
-* Integer Register N is Vector of length M: r(N) -> r(N..N+M-1)
+* Integer Register N is Vector
 * Integer Register N is of implicit bitwidth M (M=default,8,16,32,64)
 * Floating-point Register N is Vector of length M: r(N) -> r(N..N+M-1)
 * Floating-point Register N is of implicit bitwidth M (M=default,8,16,32,64)
 * Integer Register N is a Predication Register (note: a key-value store)
-* Vector Length CSR (VSETVL, VGETVL)
 
 Also (see Appendix, "Context Switch Example") it may turn out to be important
 to have a separate (smaller) set of CSRs for M-Mode (and S-Mode) so that
@@ -393,40 +388,68 @@ Notes:
   V2.3-Draft ISA Reference) it becomes possible to greatly reduce state
   needed for context-switches (empty slots need never be stored).
 
-## Predication CSR
+## Predication CSR <a name="predication_csr_table"></a>
 
 The Predication CSR is a key-value store indicating whether, if a given
 destination register (integer or floating-point) is referred to in an
-instruction, it is to be predicated.  The first entry is whether predication
-is enabled.  The second entry is whether the register index refers to a
-floating-point or an integer register.  The third entry is the index
-of that register which is to be predicated (if referred to).  The fourth entry
-is the integer register that is treated as a bitfield, indexable by the
-vector element index.
-
-| RegNo | 6      | 5   | (4..0)  | (4..0)  |
-| ----- | -      | -   | ------- | ------- |
-| r0    | pren0  | i/f | regidx  | predidx |
-| r1    | pren1  | i/f | regidx  | predidx |
-| ..    | pren.. | i/f | regidx  | predidx |
-| r15   | pren15 | i/f | regidx  | predidx |
+instruction, it is to be predicated.  However it is important to note
+that the *actual* register is *different* from the one that ends up
+being used, due to the level of indirection through the lookup table.
+This includes (in the future) redirecting to a *second* bank of
+integer registers (as a future option)
+
+* regidx is the actual register that in combination with the
+  i/f flag, if that integer or floating-point register is referred to,
+  results in the lookup table being referenced to find the predication
+  mask to use on the operation in which that (regidx) register has
+  been used
+* predidx (in combination with the bank bit in the future) is the
+  *actual* register to be used for the predication mask.  Note:
+  in effect predidx is actually a 6-bit register address, as the bank
+  bit is the MSB (and is nominally set to zero for now).
+* inv indicates that the predication mask bits are to be inverted
+  prior to use *without* actually modifying the contents of the
+  register itself.
+* zeroing is either 1 or 0, and if set to 1, the operation must
+  place zeros in any element position where the predication mask is
+  set to zero.  If zeroing is set to 1, unpredicated elements *must*
+  be left alone.  Some microarchitectures may choose to interpret
+  this as skipping the operation entirely.  Others which wish to
+  stick more closely to a SIMD architecture may choose instead to
+  interpret unpredicated elements as an internal "copy element"
+  operation (which would be necessary in SIMD microarchitectures
+  that perform register-renaming)
+
+| PrCSR | 13     | 12     | 11    | 10  | (9..5)  | (4..0)  |
+| ----- | -      | -      | -     | -   | ------- | ------- |
+| 0     | bank0  | zero0  | inv0  | i/f | regidx  | predidx |
+| 1     | bank1  | zero1  | inv1  | i/f | regidx  | predidx |
+| ..    | bank.. | zero.. | inv.. | i/f | regidx  | predidx |
+| 15    | bank15 | zero15 | inv15 | i/f | regidx  | predidx |
 
 The Predication CSR Table is a key-value store, so implementation-wise
 it will be faster to turn the table around (maintain topologically
 equivalent state):
 
-    fp_pred_enabled[32];
-    int_pred_enabled[32];
+    struct pred {
+        bool zero;
+        bool inv;
+        bool bank;   // 0 for now, 1=rsvd
+        bool enabled;
+        int predidx; // redirection: actual int register to use
+    }
+
+    struct pred fp_pred_reg[32];   // 64 in future (bank=1)
+    struct pred int_pred_reg[32];  // 64 in future (bank=1)
+
     for (i = 0; i < 16; i++)
-       if CSRpred[i].pren:
-          idx = CSRpred[i].regidx
-          predidx = CSRpred[i].predidx
-          if CSRpred[i].type == 0: # integer
-            int_pred_enabled[idx] = 1
-            int_pred_reg[idx] = predidx
-          else:
-            fp_pred_enabled[idx] = 1
-            fp_pred_reg[idx] = predidx
+      tb = int_pred_reg if CSRpred[i].type == 0 else fp_pred_reg;
+      idx = CSRpred[i].regidx
+      tb[idx].zero = CSRpred[i].zero
+      tb[idx].inv  = CSRpred[i].inv
+      tb[idx].bank = CSRpred[i].bank
+      tb[idx].predidx  = CSRpred[i].predidx
+      tb[idx].enabled  = true
 
 So when an operation is to be predicated, it is the internal state that
 is used.  In Section 6.4.2 of Hwacha's Manual (EECS-2015-262) the following
@@ -440,24 +463,54 @@ reference to the predication register to be used:
                 s2 ? vreg[rs2][i] : sreg[rs2]); // for insts with 2 inputs
 
 This instead becomes an *indirect* reference using the *internal* state
-table generated from the Predication CSR key-value store:
+table generated from the Predication CSR key-value store, which iwws used
+as follows.
 
     if type(iop) == INT:
-        pred_enabled = int_pred_enabled
         preg = int_pred_reg[rd]
     else:
-        pred_enabled = fp_pred_enabled
         preg = fp_pred_reg[rd]
 
     for (int i=0; i<vl; ++i)
-        if (preg_enabled[rd] && [!]preg[i])
-           (d ? vreg[rd][i] : sreg[rd]) =
-            iop(s1 ? vreg[rs1][i] : sreg[rs1],
-                s2 ? vreg[rs2][i] : sreg[rs2]); // for insts with 2 inputs
+        predidx = preg[rd].predidx; // the indirection takes place HERE
+        if (!preg[rd].enabled)
+            predicate = ~0x0; // all parallel ops enabled
+        else:
+            predicate = intregfile[predidx]; // get actual reg contents HERE
+            if (preg[rd].inv) // invert if requested
+                predicate = ~predicate;
+        if (predicate && (1<<i))
+           (d ? regfile[rd+i] : regfile[rd]) =
+            iop(s1 ? regfile[rs1+i] : regfile[rs1],
+                s2 ? regfile[rs2+i] : regfile[rs2]); // for insts with 2 inputs
+        else if (preg[rd].zero)
+            // TODO: place zero in dest reg
 
-## MAXVECTORDEPTH
+Note:
 
-MAXVECTORDEPTH is the same concept as MVL in RVV.  However in Simple-V,
+* d, s1 and s2 are booleans indicating whether destination,
+  source1 and source2 are vector or scalar
+* key-value CSR-redirection of rd, rs1 and rs2 have NOT been included
+  above, for clarity.  rd, rs1 and rs2 all also must ALSO go through
+  register-level redirection (from the Register CSR table) if they are
+  vectors.
+
+If written as a function, obtaining the predication mask (but not whether
+zeroing takes place) may be done as follows:
+
+    def get_pred_val(bool is_fp_op, int reg):
+       tb = int_pred if is_fp_op else fp_pred
+       if (!tb[reg].enabled):
+          return ~0x0              // all ops enabled
+       predidx = tb[reg].predidx   // redirection occurs HERE
+       predicate = intreg[predidx] // actual predicate HERE
+       if (tb[reg].inv):
+          predicate = ~predicate   // invert ALL bits
+       return predicate
+
+## MAXVECTORLENGTH
+
+MAXVECTORLENGTH is the same concept as MVL in RVV.  However in Simple-V,
 given that its primary (base, unextended) purpose is for 3D, Video and
 other purposes (not requiring supercomputing capability), it makes sense
 to limit MAXVECTORDEPTH to the regfile bitwidth (32 for RV32, 64 for RV64
@@ -472,87 +525,64 @@ and 31 for RV32 or RV64).
 
 Note that RVV on top of Simple-V may choose to over-ride this decision.
 
-## Vector-length CSRs
-
-Vector lengths are interpreted as meaning "any instruction referring to
-r(N) generates implicit identical instructions referring to registers
-r(N+M-1) where M is the Vector Length".  Vector Lengths may be set to
-use up to 16 registers in the register file.
-
-One separate CSR table is needed for each of the integer and floating-point
-register files:
-
-| RegNo | (3..0) |
-| ----- | ------ |
-| r0    | vlen0  |
-| r1    | vlen1  |
-| ..    | vlen.. |
-| r31   | vlen31 |
-
-An array of 32 4-bit CSRs is needed (4 bits per register) to indicate
-whether a register was, if referred to in any standard instructions,
-implicitly to be treated as a vector.
-
-Note:
+## Register CSR key-value (CAM) table
 
-* A vector length of 1 indicates that it is to be treated as a scalar.
-  Bitwidths (on the same register) are interpreted and meaningful.
-* A vector length of 0 indicates that the parallelism is to be switched
-  off for this register (treated as a scalar).  When length is 0,
-  the bitwidth CSR for the register is *ignored*.
+The purpose of the Register CSR table is four-fold:
 
-Internally, implementations may choose to use the non-zero vector length
-to set a bit-field per register, to be used in the instruction decode phase.
-In this way any standard (current or future) operation involving
-register operands may detect if the operation is to be vector-vector,
-vector-scalar or scalar-scalar (standard) simply through a single
-bit test.
+* To mark integer and floating-point registers as requiring "redirection"
+  if it is ever used as a source or destination in any given operation.
+  This involves a level of indirection through a 5-to-6-bit lookup table
+  (where the 6th bit - bank - is always set to 0 for now).
+* To indicate whether, after redirection through the lookup table, the
+  register is a vector (or remains a scalar).
+* To over-ride the implicit or explicit bitwidth that the operation would
+  normally give the register.
+* To indicate if the register is to be interpreted as "packed" (SIMD)
+  i.e. containing multiple contiguous elements of size equal to "bitwidth".
 
-Note that when using the "vsetl rs1, rs2" instruction (caveat: when the
-bitwidth is specifically not set) it becomes:
-
-    CSRvlength = MIN(MIN(CSRvectorlen[rs1], MAXVECTORDEPTH), rs2)
-
-This is in contrast to RVV:
-
-    CSRvlength = MIN(MIN(rs1, MAXVECTORDEPTH), rs2)
-
-## Element (SIMD) bitwidth CSRs
-
-Element bitwidths may be specified with a per-register CSR, and indicate
-how a register (integer or floating-point) is to be subdivided.
-
-| RegNo | (2..0) |
-| ----- | ------ |
-| r0    | vew0   |
-| r1    | vew1   |
-| ..    | vew..  |
-| r31   | vew31  |
+| RgCSR | 15     | 14     | 13       | (12..11) | 10  | (9..5)  | (4..0)  |
+| ----- | -      | -      | -        | -        | -   | ------- | ------- |
+| 0     | simd0  | bank0  | isvec0   | vew0     | i/f | regidx  | predidx |
+| 1     | simd1  | bank1  | isvec1   | vew1     | i/f | regidx  | predidx |
+| ..    | simd.. | bank.. | isvec..  | vew..    | i/f | regidx  | predidx |
+| 15    | simd15 | bank15 | isvec15  | vew15    | i/f | regidx  | predidx |
 
 vew may be one of the following (giving a table "bytestable", used below):
 
-| vew | bitwidth |
-| --- | -------- |
-| 000 | default  |
-| 001 | 8        |
-| 010 | 16       |
-| 011 | 32       |
-| 100 | 64       |
-| 101 | 128      |
-| 110 | rsvd     |
-| 111 | rsvd     |
+| vew | bitwidth  |
+| --- | --------- |
+| 00  | default   |
+| 01  | default/2 |
+| 10  | 8         |
+| 11  | 16        |
 
 Extending this table (with extra bits) is covered in the section
 "Implementing RVV on top of Simple-V".
 
-Note that when using the "vsetl rs1, rs2" instruction, taking bitwidth
-into account, it becomes:
+As the above table is a CAM (key-value store) it may be appropriate
+to expand it as follows:
+
+    struct vectorised fp_vec[32], int_vec[32]; // 64 in future
 
+    for (i = 0; i < 16; i++) // 16 CSRs?
+       tb = int_vec if CSRvec[i].type == 0 else fp_vec
+       idx = CSRvec[i].regkey // INT/FP src/dst reg in opcode
+       tb[idx].elwidth  = CSRvec[i].elwidth
+       tb[idx].regidx   = CSRvec[i].regidx  // indirection
+       tb[idx].isvector = CSRvec[i].isvector // 0=scalar
+       tb[idx].packed   = CSRvec[i].packed  // SIMD or not
+       tb[idx].bank     = CSRvec[i].bank    // 0 (1=rsvd)
+
+TODO: move elsewhere
+
+    # TODO: use elsewhere (retire for now)
     vew = CSRbitwidth[rs1]
     if (vew == 0)
         bytesperreg = (XLEN/8) # or FLEN as appropriate
+    elif (vew == 1)
+        bytesperreg = (XLEN/4) # or FLEN/2 as appropriate
     else:
-        bytesperreg = bytestable[vew] # 1 2 4 8 16
+        bytesperreg = bytestable[vew] # 8 or 16
     simdmult = (XLEN/8) / bytesperreg # or FLEN as appropriate
     vlen = CSRvectorlen[rs1] * simdmult
     CSRvlength = MIN(MIN(vlen, MAXVECTORDEPTH), rs2)
@@ -566,12 +596,21 @@ is given in the section "Bitwidth Virtual Register Reordering".
 
 # Instructions
 
-By being a topological remap of RVV concepts, the following RVV instructions
-remain exactly the same: VMPOP, VMFIRST, VEXTRACT, VINSERT, VMERGE, VSELECT,
-VSLIDE, VCLASS and VPOPC.  Two instructions, VCLIP and VCLIPI, do not
-have RV Standard equivalents, so are left out of Simple-V.
-All other instructions from RVV are topologically re-mapped and retain
-their complete functionality, intact.
+Despite being a 98% complete and accurate topological remap of RVV
+concepts and functionality, the only instructions needed are VSETVL
+and VGETVL.  *All* RVV instructions can be re-mapped, however xBitManip
+becomes a critical dependency for efficient manipulation of predication
+masks (as a bit-field).  Despite the removal of all but VSETVL and VGETVL,
+*all instructions from RVV are topologically re-mapped and retain their
+complete functionality, intact*.
+
+Three instructions, VSELECT, VCLIP and VCLIPI, do not have RV Standard
+equivalents, so are left out of Simple-V.  VSELECT could be included if
+there existed a MV.X instruction in RV (MV.X is a hypothetical
+non-immediate variant of MV that would allow another register to
+specify which register was to be copied).  Note that if any of these three
+instructions are added to any given RV extension, their functionality
+will be inherently parallelised.
 
 ## Instruction Format
 
@@ -579,9 +618,11 @@ The instruction format for Simple-V does not actually have *any* explicit
 compare operations, *any* arithmetic, floating point or *any*
 memory instructions.
 Instead it *overloads* pre-existing branch operations into predicated
-variants, and implicitly overloads arithmetic operations and LOAD/STORE
-depending on CSR configurations for vector length, bitwidth and
-predication.  *This includes Compressed instructions* as well as any
+variants, and implicitly overloads arithmetic operations, MV,
+FCVT, and LOAD/STORE
+depending on CSR configurations for bitwidth and
+predication.  **Everything** becomes parallelised.  *This includes
+Compressed instructions* as well as any
 future instructions and Custom Extensions.
 
 * For analysis of RVV see [[v_comparative_analysis]] which begins to
@@ -601,6 +642,9 @@ and having the benefit of being explicit.*
 
 ## VSETVL
 
+NOTE TODO: 28may2018: VSETVL may need to be *really* different from RVV,
+with the instruction format remaining the same.
+
 VSETVL is slightly different from RVV in that the minimum vector length
 is required to be at least the number of registers in the register file,
 and no more than XLEN.  This allows vector LOAD/STORE to be used to switch
@@ -609,22 +653,46 @@ the entire bank of registers using a single instruction (see Appendix,
 down to the fact that predication bits fit into a single register of length
 XLEN bits.
 
-The second minor change is that when VSETVL is requested to be stored
-into x0, it is *ignored* silently.
+The second change is that when VSETVL is requested to be stored
+into x0, it is *ignored* silently (VSETVL x0, x5, #4)
+
+The third change is that there is an additional immediate added to VSETVL,
+to which VL is set after first going through MIN-filtering.
+So When using the "vsetl rs1, rs2, #vlen" instruction, it becomes:
+
+    VL = MIN(MIN(vlen, MAXVECTORDEPTH), rs2)
 
-Unlike RVV, implementors *must* provide pseudo-parallelism (using sequential
-loops in hardware) if actual hardware-parallelism in the ALUs is not deployed.
-A hybrid is also permitted (as used in Broadcom's VideoCore-IV) however this
-must be *entirely* transparent to the ISA.
+where RegfileLen <= MAXVECTORDEPTH < XLEN
+
+This has implication for the microarchitecture, as VL is required to be
+set (limits from MAXVECTORDEPTH notwithstanding) to the actual value
+requested in the #immediate parameter.  RVV has the option to set VL
+to an arbitrary value that suits the conditions and the micro-architecture:
+SV does *not* permit that.
+
+The reason is so that if SV is to be used for a context-switch or as a
+substitute for LOAD/STORE-Multiple, the operation can be done with only
+2-3 instructions (setup of the CSRs, VSETVL x0, x0, #{regfilelen-1},
+single LD/ST operation).  If VL does *not* get set to the register file
+length when VSETVL is called, then a software-loop would be needed.
+To avoid this need, VL *must* be set to exactly what is requested
+(limits notwithstanding).
+
+Therefore, in turn, unlike RVV, implementors *must* provide
+pseudo-parallelism (using sequential loops in hardware) if actual
+hardware-parallelism in the ALUs is not deployed.  A hybrid is also
+permitted (as used in Broadcom's VideoCore-IV) however this must be
+*entirely* transparent to the ISA.
 
 ## Branch Instruction:
 
-Branch operations use standard RV opcodes that are reinterpreted to be
-"predicate variants" in the instance where either of the two src registers
-have their corresponding CSRvectorlen[src] entry as non-zero.  When this
-reinterpretation is enabled the predicate target register rs3 is to be
-treated as a bitfield (up to a maximum of XLEN bits corresponding to a
-maximum of XLEN elements).
+Branch operations use standard RV opcodes that are reinterpreted to
+be "predicate variants" in the instance where either of the two src
+registers are marked as vectors (isvector=1).  When this reinterpretation
+is enabled the "immediate" field of the branch operation is taken to be a
+predication target register, rs3.  The predicate target register rs3 is
+to be treated as a bitfield (up to a maximum of XLEN bits corresponding
+to a maximum of XLEN elements).
 
 If either of src1 or src2 are scalars (CSRvectorlen[src] == 0) the comparison
 goes ahead as vector-scalar or scalar-vector.  Implementors should note that
@@ -675,16 +743,15 @@ It is however noted that an entry "FNE" (the opposite of FEQ) is missing,
 and whilst in ordinary branch code this is fine because the standard
 RVF compare can always be followed up with an integer BEQ or a BNE (or
 a compressed comparison to zero or non-zero), in predication terms that
-becomes more of an impact as an explicit (scalar) instruction is needed
-to invert the predicate bitmask.  An additional encoding funct3=011 is
-therefore proposed to cater for this.
+becomes more of an impact.  To deal with this, SV's predication has
+had "invert" added to it.
 
 [[!table  data="""
 31 .. 27| 26 .. 25 |24 ... 20 | 19 15 | 14  12 | 11 .. 7  | 6 ... 0 |
 funct5  | fmt      | rs2      | rs1   | funct3 | rd       | opcode  |
 5       | 2        | 5        | 5     | 3      | 4        | 7       |
 10100   | 00/01/11 | src2     | src1  | 010    | pred rs3 | FEQ     |
-10100   | 00/01/11 | src2     | src1  | **011**| pred rs3 | FNE     |
+10100   | 00/01/11 | src2     | src1  | **011**| pred rs3 | rsvd    |
 10100   | 00/01/11 | src2     | src1  | 001    | pred rs3 | FLT     |
 10100   | 00/01/11 | src2     | src1  | 000    | pred rs3 | FLE     |
 """]]
@@ -708,19 +775,19 @@ and temporarily ignoring bitwidth (which makes the comparisons more
 complex), this becomes:
 
     if I/F == INT: # integer type cmp
-        pred_enabled = int_pred_enabled # TODO: exception if not set!
         preg = int_pred_reg[rd]
         reg = int_regfile
     else:
-        pred_enabled = fp_pred_enabled # TODO: exception if not set!
         preg = fp_pred_reg[rd]
         reg = fp_regfile
 
-    s1 = CSRvectorlen[src1] > 1;
-    s2 = CSRvectorlen[src2] > 1;
-    for (int i=0; i<vl; ++i)
-       preg[rs3][i] = cmp(s1 ? reg[src1+i] : reg[src1],
-                          s2 ? reg[src2+i] : reg[src2]);
+    s1 = reg_is_vectorised(src1);
+    s2 = reg_is_vectorised(src2);
+    if (!s2 && !s1) goto branch;
+    for (int i = 0; i < VL; ++i)
+      if (cmp(s1 ? reg[src1+i]:reg[src1],
+              s2 ? reg[src2+i]:reg[src2])
+             preg[rs3] |= 1<<i;  # bitfield not vector
 
 Notes:
 
@@ -732,13 +799,17 @@ Notes:
   Counter, so all of bits 25 through 30 in every case are not needed.
 * There are plenty of reserved opcodes for which bits 25 through 30 could
   be put to good use if there is a suitable use-case.
-* FEQ and FNE (and BEQ and BNE) are included in order to save one
-  instruction having to invert the resultant predicate bitfield.
   FLT and FLE may be inverted to FGT and FGE if needed by swapping
   src1 and src2 (likewise the integer counterparts).
 
 ## Compressed Branch Instruction:
 
+Compressed Branch instructions are likewise re-interpreted as predicated
+2-register operations, with the result going into rs3.  All the bits of
+the immediate are re-interpreted for different purposes, to extend the
+number of comparator operations to beyond the original specification,
+but also to cater for floating-point comparisons as well as integer ones.
+
 [[!table  data="""
 15..13 | 12...10  | 9..7 | 6..5  | 4..2 | 1..0 | name |
 funct3 | imm      | rs10 | imm   |      | op   |      |
@@ -798,15 +869,14 @@ Pseudo-code (excludes CSR SIMD bitwidth for simplicity):
     if (unit-strided) stride = elsize;
     else stride = areg[as2]; // constant-strided
 
-    pred_enabled = int_pred_enabled
     preg = int_pred_reg[rd]
 
     for (int i=0; i<vl; ++i)
-      if (preg_enabled[rd] && [!]preg[i])
+      if ([!]preg[rd] & 1<<i)
         for (int j=0; j<seglen+1; j++)
         {
           if CSRvectorised[rs2])
-             offs = vreg[rs2][i]
+             offs = vreg[rs2+i]
           else
              offs = i*(seglen+1)*stride;
           vreg[rd+j][i] = mem[sreg[base] + offs + j*stride];
@@ -866,6 +936,115 @@ of detecting early page / segmentation faults and adjusting the TLB
 in advance, accordingly: other strategies are explored in the Appendix
 Section "Virtual Memory Page Faults".
 
+## Vectorised Copy/Move (and conversion) instructions
+
+There is a series of 2-operand instructions involving copying (and
+alteration): C.MV, FMV, FNEG, FABS, FCVT, FSGNJ.  These operations all
+follow the same pattern, as it is *both* the source *and* destination
+predication masks that are taken into account.  This is different from
+the three-operand arithmetic instructions, where the predication mask
+is taken from the *destination* register, and applied uniformly to the
+elements of the source register(s), element-for-element.
+
+### C.MV Instruction <a name="c_mv"></a>
+
+There is no MV instruction in RV however there is a C.MV instruction.
+It is used for copying integer-to-integer registers (vectorised FMV
+is used for copying floating-point).
+
+If either the source or the destination register are marked as vectors
+C.MV is reinterpreted to be a vectorised (multi-register) predicated
+move operation.  The actual instruction's format does not change:
+
+[[!table  data="""
+15  12 | 11   7 | 6  2 | 1  0 |
+funct4 | rd     | rs   | op   |
+4      | 5      | 5    | 2    |
+C.MV   | dest   | src  | C0   |
+"""]]
+
+A simplified version of the pseudocode for this operation is as follows:
+
+    function op_mv(rd, rs) # MV not VMV!
+      rd = int_vec[rd].isvector ? int_vec[rd].regidx : rd;
+      rs = int_vec[rs].isvector ? int_vec[rs].regidx : rs;
+      ps = get_pred_val(FALSE, rs); # predication on src
+      pd = get_pred_val(FALSE, rd); # ... AND on dest
+      for (int i = 0, int j = 0; i < VL && j < VL;):
+        if (int_vec[rs].isvec) while (!(ps & 1<<i)) i++;
+        if (int_vec[rd].isvec) while (!(pd & 1<<j)) j++;
+        ireg[rd+j] <= ireg[rs+i];
+        if (int_vec[rs].isvec) i++;
+        if (int_vec[rd].isvec) j++;
+
+Note that:
+
+* elwidth (SIMD) is not covered above
+* ending the loop early in scalar cases (VINSERT, VEXTRACT) is also
+  not covered
+
+There are several different instructions from RVV that are covered by
+this one opcode:
+
+[[!table  data="""
+src    | dest    | predication   | op             |
+scalar | vector  | none          | VSPLAT         |
+scalar | vector  | destination   | sparse VSPLAT  |
+scalar | vector  | 1-bit dest    | VINSERT        |
+vector | scalar  | 1-bit? src    | VEXTRACT       |
+vector | vector  | none          | VCOPY          |
+vector | vector  | src           | Vector Gather  |
+vector | vector  | dest          | Vector Scatter |
+vector | vector  | src & dest    | Gather/Scatter |
+vector | vector  | src == dest   | sparse VCOPY   |
+"""]]
+
+Also, VMERGE may be implemented as back-to-back (macro-op fused) C.MV
+operations with inversion on the src and dest predication for one of the
+two C.MV operations.
+
+Note that in the instance where the Compressed Extension is not implemented,
+MV may be used, but that is a pseudo-operation mapping to addi rd, x0, rs.
+Note that the behaviour is **different** from C.MV because with addi the
+predication mask to use is taken **only** from rd and is applied against
+all elements: rs[i] = rd[i].
+
+### FMV, FNEG and FABS Instructions
+
+These are identical in form to C.MV, except covering floating-point
+register copying.  The same double-predication rules also apply.
+However when elwidth is not set to default the instruction is implicitly
+and automatic converted to a (vectorised) floating-point type conversion
+operation of the appropriate size covering the source and destination
+register bitwidths.
+
+(Note that FMV, FNEG and FABS are all actually pseudo-instructions)
+
+### FVCT Instructions
+
+These are again identical in form to C.MV, except that they cover
+floating-point to integer and integer to floating-point.  When element
+width in each vector is set to default, the instructions behave exactly
+as they are defined for standard RV (scalar) operations, except vectorised
+in exactly the same fashion as outlined in C.MV.
+
+However when the source or destination element width is not set to default,
+the opcode's explicit element widths are *over-ridden* to new definitions,
+and the opcode's element width is taken as indicative of the SIMD width
+(if applicable i.e. if packed SIMD is requested) instead.
+
+For example FCVT.S.L would normally be used to convert a 64-bit
+integer in register rs1 to a 64-bit floating-point number in rd.
+If however the source rs1 is set to be a vector, where elwidth is set to
+default/2 and "packed SIMD" is enabled, then the first 32 bits of
+rs1 are converted to a floating-point number to be stored in rd's
+first element and the higher 32-bits *also* converted to floating-point
+and stored in the second.  The 32 bit size comes from the fact that
+FCVT.S.L's integer width is 64 bit, and with elwidth on rs1 set to
+divide that by two it means that rs1 element width is to be taken as 32.
+
+Similar rules apply to the destination register.
+
 # Exceptions
 
 > What does an ADD of two different-sized vectors do in simple-V?
@@ -880,6 +1059,168 @@ Section "Virtual Memory Page Faults".
 * Throw an exception.  Whether that actually results in spawning threads
   as part of the trap-handling remains to be seen.
 
+# Under consideration <a name="issues"></a>
+
+From the Chennai 2018 slides the following issues were raised.
+Efforts to analyse and answer these questions are below.
+
+* Should future extra bank be included now?
+* How many Register and Predication CSRs should there be?
+         (and how many in RV32E)
+* How many in M-Mode (for doing context-switch)?
+* Should use of registers be allowed to "wrap" (x30 x31 x1 x2)?
+* Can CLIP be done as a CSR (mode, like elwidth)
+* SIMD saturation (etc.) also set as a mode?
+* Include src1/src2 predication on Comparison Ops?
+  (same arrangement as C.MV, with same flexibility/power)
+* 8/16-bit ops is it worthwhile adding a "start offset"?
+  (a bit like misaligned addressing... for registers)
+  or just use predication to skip start?
+
+## Future (extra) bank be included (made mandatory)
+
+The implications of expanding the *standard* register file from
+32 entries per bank to 64 per bank is quite an extensive architectural
+change.  Also it has implications for context-switching.
+
+Therefore, on balance, it is not recommended and certainly should
+not be made a *mandatory* requirement for the use of SV.  SV's design
+ethos is to be minimally-disruptive for implementors to shoe-horn
+into an existing design.
+
+## How large should the Register and Predication CSR key-value stores be?
+
+This is something that definitely needs actual evaluation and for
+code to be run and the results analysed.  At the time of writing
+(12jul2018) that is too early to tell.  An approximate best-guess
+however would be 16 entries.
+
+RV32E however is a special case, given that it is highly unlikely
+(but not outside the realm of possibility) that it would be used
+for performance reasons but instead for reducing instruction count.
+The number of CSR entries therefore has to be considered extremely
+carefully.
+
+## How many CSR entries in M-Mode or S-Mode (for context-switching)?
+
+The minimum required CSR entries would be 1 for each register-bank:
+one for integer and one for floating-point.  However, as shown
+in the "Context Switch Example" section, for optimal efficiency
+(minimal instructions in a low-latency situation) the CSRs for
+the context-switch should be set up *and left alone*.
+
+This means that it is not really a good idea to touch the CSRs
+used for context-switching in the M-Mode (or S-Mode) trap, so
+if there is ever demonstrated a need for vectors then there would
+need to be *at least* one more free.  However just one does not make
+much sense (as it one only covers scalar-vector ops) so it is more
+likely that at least two extra would be needed.
+
+This *in addition* - in the RV32E case - if an RV32E implementation
+happens also to support U/S/M modes.  This would be considered quite
+rare but not outside of the realm of possibility.
+
+Conclusion: all needs careful analysis and future work.
+
+## Should use of registers be allowed to "wrap" (x30 x31 x1 x2)?
+
+On balance it's a neat idea however it does seem to be one where the
+benefits are not really clear.  It would however obviate the need for
+an exception to be raised if the VL runs out of registers to put
+things in (gets to x31, tries a non-existent x32 and fails), however
+the "fly in the ointment" is that x0 is hard-coded to "zero".  The
+increment therefore would need to be double-stepped to skip over x0.
+Some microarchitectures could run into difficulties (SIMD-like ones
+in particular) so it needs a lot more thought.
+
+## Can CLIP be done as a CSR (mode, like elwidth)
+
+RVV appears to be going this way.  At the time of writing (12jun2018)
+it's noted that in V2.3-Draft V0.4 RVV Chapter, RVV intends to do
+clip by way of exactly this method: setting a "clip mode" in a CSR.
+
+No details are given however the most sensible thing to have would be
+to extend the 16-bit Register CSR table to 24-bit (or 32-bit) and have
+extra bits specifying the type of clipping to be carried out, on
+a per-register basis.  Other bits may be used for other purposes
+(see SIMD saturation below)
+
+## SIMD saturation (etc.) also set as a mode?
+
+Similar to "CLIP" as an extension to the CSR key-value store, "saturate"
+may also need extra details (what the saturation maximum is for example).
+
+## Include src1/src2 predication on Comparison Ops?
+
+In the C.MV (and other ops - see "C.MV Instruction"), the decision
+was taken, unlike in ADD (etc.) which are 3-operand ops, to use
+*both* the src *and* dest predication masks to give an extremely
+powerful and flexible instruction that covers a huge number of
+"traditional" vector opcodes.
+
+The natural question therefore to ask is: where else could this
+flexibility be deployed?  What about comparison operations?
+
+Unfortunately, C.MV is basically "regs[dest] = regs[src]" whilst
+predicated comparison operations are actually a *three* operand
+instruction:
+
+    regs[pred] |= 1<< (cmp(regs[src1], regs[src2]) ? 1 : 0)
+
+Therefore at first glance it does not make sense to use src1 and src2
+predication masks, as it breaks the rule of 3-operand instructions
+to use the *destination* predication register.
+
+In this case however, the destination *is* a predication register
+as opposed to being a predication mask that is applied *to* the
+(vectorised) operation, element-at-a-time on src1 and src2.
+
+Thus the question is directly inter-related to whether the modification
+of the predication mask should *itself* be predicated.
+
+It is quite complex, in other words, and needs careful consideration.
+
+## 8/16-bit ops is it worthwhile adding a "start offset"?
+
+The idea here is to make it possible, particularly in a "Packed SIMD"
+case, to be able to avoid doing unaligned Load/Store operations
+by specifying that operations, instead of being carried out
+element-for-element, are offset by a fixed amount *even* in 8 and 16-bit
+element Packed SIMD cases.
+
+For example rather than take 2 32-bit registers divided into 4 8-bit
+elements and have them ADDed element-for-element as follows:
+
+    r3[0] = add r4[0], r6[0]
+    r3[1] = add r4[1], r6[1]
+    r3[2] = add r4[2], r6[2]
+    r3[3] = add r4[3], r6[3]
+
+an offset of 1 would result in four operations as follows, instead:
+
+    r3[0] = add r4[1], r6[0]
+    r3[1] = add r4[2], r6[1]
+    r3[2] = add r4[3], r6[2]
+    r3[3] = add r5[0], r6[3]
+
+In non-packed-SIMD mode there is no benefit at all, as a vector may
+be created using a different CSR that has the offset built-in.  So this
+leaves just the packed-SIMD case to consider.
+
+Two ways in which this could be implemented / emulated (without special
+hardware):
+
+* bit-manipulation that shuffles the data along by one byte (or one word)
+  either prior to or as part of the operation requiring the offset.
+* just use an unaligned Load/Store sequence, even if there are performance
+  penalties for doing so.
+
+The question then is whether the performance hit is worth the extra hardware
+involving byte-shuffling/shifting the data by an arbitrary offset.  On
+balance given that there are two reasonable instruction-based options, the
+hardware-offset option should be left out for the initial version of SV,
+with the option to consider it in an "advanced" version of the specification.
+
 # Impementing V on top of Simple-V
 
 With Simple-V converting the original RVV draft concept-for-concept
@@ -1559,7 +1900,7 @@ To illustrate how this works, here is some example code from FreeRTOS
         ...
         STORE  x30, 29 * REGBYTES(sp)
         STORE  x31, 30 * REGBYTES(sp)
-        
+
         /* Store current stackpointer in task control block (TCB) */
         LOAD   t0, pxCurrentTCB        //pointer
         STORE  sp, 0x0(t0)
@@ -1620,11 +1961,11 @@ bank of registers is to be loaded/saved:
     .macroVectorSetup
         MVECTORCSRx1 = 31, defaultlen
         MVECTORCSRx4 = 28, defaultlen
-    
+
         /* Save Context */
         SETVL x0, x0, 31 /* x0 ignored silently */
-        STORE  x1, 0x0(sp) // x1 marked as 31-long vector of default bitwidth 
-        
+        STORE  x1, 0x0(sp) // x1 marked as 31-long vector of default bitwidth
+
         /* Restore registers,
            Skip global pointer because that does not change */
         LOAD   x1, 0x0(sp)
@@ -1810,10 +2151,13 @@ discussion then led to the question of OoO architectures
 
 ## Implementation detail for scalar-only op detection <a name="scalar_detection"></a>
 
-Note: this is just one possible implementation.  Another implementation
+Note 1: this idea is a pipeline-bypass concept, which may *or may not* be
+worthwhile.
+
+Note 2: this is just one possible implementation.  Another implementation
 may choose to treat *all* operations as vectorised (including treating
 scalars as vectors of length 1), choosing to add an extra pipeline stage
-dedicated to
+dedicated to *all* instructions.
 
 This section *specifically* covers the implementor's freedom to choose
 that they wish to minimise disruption to an existing design by detecting
@@ -1827,7 +2171,7 @@ or may not require an additional pipeline stage)
 >> FIFO).
 
 > Those bits cannot be known until after the registers are decoded from the
-> instruction and a lookup in the "vector length table" has completed. 
+> instruction and a lookup in the "vector length table" has completed.
 > Considering that one of the reasons RISC-V keeps registers in invariant
 > positions across all instructions is to simplify register decoding, I expect
 > that inserting an SRAM read would lengthen the critical path in most
@@ -1846,6 +2190,68 @@ reply:
 >  is there anything unreasonable that anyone can foresee about that?
 > what are the down-sides?
 
+## C.MV predicated src, predicated dest
+
+> Can this be usefully defined in such a way that it is
+> equivalent to vector gather-scatter on each source, followed by a
+> non-predicated vector-compare, followed by vector gather-scatter on the
+> result?
+
+## element width conversion: restrict or remove?
+
+summary: don't restrict / remove.  it's fine.
+
+> > it has virtually no cost/overhead as long as you specify
+> > that inputs can only upconvert, and operations are always done at the
+> > largest size, and downconversion only happens at the output.
+>
+> okaaay.  so that's a really good piece of implementation advice.
+> algorithms do require data size conversion, so at some point you need to
+> introduce the feature of upconverting and downconverting.
+>
+> > for int and uint, this is dead simple and fits well within the RVV pipeline
+> > without any critical path, pipeline depth, or area implications.
+
+<https://groups.google.com/a/groups.riscv.org/forum/#!topic/isa-dev/g3feFnAoKIM>
+
+## Under review / discussion: remove CSR vector length, use VSETVL <a name="vsetvl"></a>
+
+**DECISION: 11jun2018 - CSR vector length removed, VSETVL determines
+length on all regs**.  This section kept for historical reasons.
+
+So the issue is as follows:
+
+* CSRs are used to set the "span" of a vector (how many of the standard
+  register file to contiguously use)
+* VSETVL in RVV works as follows: it sets the vector length (copy of which
+  is placed in a dest register), and if the "required" length is longer
+  than the *available* length, the dest reg is set to the MIN of those
+  two.
+* **HOWEVER**... in SV, *EVERY* vector register has its own separate
+  length and thus there is no way (at the time that VSETVL is called) to
+  know what to set the vector length *to*.
+* At first glance it seems that it would be perfectly fine to just limit
+  the vector operation to the length specified in the destination
+  register's CSR, at the time that each instruction is issued...
+  except that that cannot possibly be guaranteed to match
+  with the value *already loaded into the target register from VSETVL*.
+
+Therefore a different approach is needed.
+
+Possible options include:
+
+* Removing the CSR "Vector Length" and always using the value from
+  VSETVL.  "VSETVL destreg, counterreg, #lenimmed" will set VL *and*
+  destreg equal to MIN(counterreg, lenimmed), with register-based
+  variant "VSETVL destreg, counterreg, lenreg" doing the same.
+* Keeping the CSR "Vector Length" and having the lenreg version have
+  a "twist": "if lengreg is vectorised, read the length from the CSR"
+* Other (TBD)
+
+The first option (of the ones brainstormed so far) is a lot simpler.
+It does however mean that the length set in VSETVL will apply across-the-board
+to all src1, src2 and dest vectorised registers until it is otherwise changed
+(by another VSETVL call).  This is probably desirable behaviour.
 
 ## Implementation Paradigms <a name="implementation_paradigms"></a>
 
@@ -1932,7 +2338,9 @@ TBD: floating-point compare and other exception handling
   <https://groups.google.com/a/groups.riscv.org/d/msg/isa-dev/IuNFitTw9fM/CCKBUlzsAAAJ>
 * Dot Product Vector <https://people.eecs.berkeley.edu/~biancolin/papers/arith17.pdf>
 * RVV slides 2017 <https://content.riscv.org/wp-content/uploads/2017/12/Wed-1330-RISCVRogerEspasaVEXT-v4.pdf>
-* Wavefront skipping using BRAMS <http://www.ece.ubc.ca/~lemieux/publications/severance-fpga2015.pdf> 
+* Wavefront skipping using BRAMS <http://www.ece.ubc.ca/~lemieux/publications/severance-fpga2015.pdf>
 * Streaming Pipelines <http://www.ece.ubc.ca/~lemieux/publications/severance-fpga2014.pdf>
 * Barcelona SIMD Presentation <https://content.riscv.org/wp-content/uploads/2018/05/09.05.2018-9.15-9.30am-RISCV201805-Andes-proposed-P-extension.pdf>
 * <http://www.ece.ubc.ca/~lemieux/publications/severance-fpga2015.pdf>
+* Full Description (last page) of RVV instructions
+  <https://inst.eecs.berkeley.edu/~cs152/sp18/handouts/lab4-1.0.pdf>