林健的BLOG

　　毕业生求职的时节，非毕业生接触到各种面试、笔试题目的几率也会相应地增加。下面请看一道经典的 C 语言指针访存题目，稍有些经验的朋友应该很快可以看出这个题目考查的是字节序、内存布局等知识点。然后在大脑中略排列一下，就能够给出答案（2000000）。

　　不过，这个答案是否绝对正确，还要看题目所处的上下文了。如果题目明确说是在常见的 32 位 x86 平台上运行，那就无可厚非；但如果没有指明机器架构，那就要小心一点了，也许命题者真想考查一下求职者对非 x86 平台的了解程度呢。如果考虑机器架构，这个题目应当如何作答呢？粗想一下，我们需要考虑的是字长、字节序和对齐（alignment）访问规则。不过真要做实验看看，会发现这里面还是有一些花样的。如果没有实际经验，只凭教条加推测，很可能想不到其它平台上的一些细节之处。
　　我们换用一段信息量更丰富的程序来进行后续的实验。在不同的平台上，均使用未加特殊参数的 gcc 来编译这段程序——

　　在 32 位 x86 下的结果不需要多解释。

　　而在 64 位的 x86_64 下，由于 8 字节的指针被截断到了 4 字节的整型长度，故会引发段错误。同样的情况出现在 64 位的 Alpha 机器下。解决办法自然是把运算地址时的 int 修改成 long 或某种显式的 64 位类型。修改后的结果应该与 32 位 x86 一致。

　　有趣的是在 XScale（Intel 实现的 ARMv5）下，虽然同属 little-endian，但非对齐取数时出现了在字内按字节循环的移位的结果。查查 ARM 的官方文档，这确实是 ARMv5 的特性；而在 ARMv6 以后，非对齐访问则是完全支持的。

　　接下来看看 PowerPC，它是 big-endian 的代表，允许 32 位以内的非对齐访问，结果是容易理解的。有关 PowerPC 非对齐访问的一些细节可以参考这篇文章。

　　同样是 big-endium 的 SPARC 则不允许非对齐访问。它会对非对齐访问抛出 SIGBUS。

　　最后看看我们中科院计算所的龙芯（Loongson）2E，它是兼容 MIPS 架构的处理器。很多教科书告诉我们说通常的 MIPS 是不允许非对齐访问的（部分 MIPS 实现提供了非对齐访问指令，并申请了专利），但我们在龙芯下却得到了和 x86 相同的、允许非对齐访问的结果，这又是为什么呢？初步查到的原因是“（针对龙芯修改过的 Linux）内核里确实有一个异常处理函数负责处理 lw 访问非对齐地址引起的异常”。这也许是龙芯绕开 MIPS 专利的一种办法？我会向龙芯团队的同学求证一下，也希望熟悉 MIPS 或龙芯的朋友给我一个确切的答案。

　　不过用心思考的朋友也许会发现上面一系列实验存在的一个疏漏：没有考虑编译器的影响。一方面，编译器可能对整型的字长有不同的规定（例如 Windows 下的某些编译器即使在 32 位 x86 上也会把 int 定义为 16 位）；另一方面，编译器可以对不支持非对齐访问的处理器生成一定的指令序列、通过多次访存来模拟非对齐访问。我们看下面的例子：还是在 SPARC 平台上，改用 Solaris 自带的 Sun CC 来编译实验程序，这时就不会出现“Bus Error”，而会输出和 PowerPC 一样的结果。因为 SunCC 默认会使用“-xmemalign”参数来生成适当的访存指令序列。

　　这样看来，在不指定机器架构和编译器等上下文的情况下，要正确且完美地回答一开始的那道题目还是需要一定知识积累的。答案省略，留给大家自己求解。在面试、笔试诸如 Sun SPARC、IBM PowerPC、中科院计算所微处理器中心等部门或者做 ARM 等嵌入式开发的公司时，最好先了解清楚它们的产品常识。
　　（部分实验环境来源于 Unix-Center.Net，在此致谢）

　　上周龙芯购买 MIPS 专利授权后，针对龙芯的新一轮质疑又在网络上涌现了。虽说我本科时就玩过学校申请试用的龙芯盒子，现在又来到计算所读书，但我没有直接接触过龙芯项目，也没有上过胡伟武老师的相关课程。我原先对龙芯的了解更多的是来源于网络媒体。上个周末，我翻阅了所长李国杰院士去年出版的《创新求索录》，里面有一章专门讲曙光机和龙芯 CPU 的发展。简单地谈一下我的想法。

　　1．龙芯不是骗局。有人认为龙芯这次被迫购买 MIPS 的授权，揭穿了以前所谓的“自主知识产权”的外衣，认为龙芯之前打着“自主知识产权”的旗号骗了纳税人的钱。但我们从李老师本世纪初考虑 CPU 战略，直到龙芯设计、生产以来的一系列文章看，无论是提交给国家决策层的申请与汇报，或是针对业界报告和内刊，还是在面向大众的平面或网络媒体上，李老师都已经明确地说过：龙芯不是另起炉灶，而要走兼容技术路线，要使用 MIPS 指令系统。他当时已经预料到 MIPS 公司会因此收取许可费用（见《研制龙芯CPU的策略考虑》，原载于《计算机世界》，2002年10月）。但那时作出的这一决策是在多种方案中选择出来的成本、自主权、可用性等因素折衷的方案。外界可以找理由来批评这一方案制定得不好，但不能就此认为这是骗局。因为龙芯团队从来没有掩饰自己的技术路线，在一开始选择 MIPS 方案就是对国家和社会公开的，现在被 MIPS 公司要求支付授权费用也是预料之内的。龙芯团队对现在这些质疑的回应并非新编的辩解，因为这些文字都来自于既定的、已公开的方案，可以检索他们早期发表的文章来印证。
　　2．“完全自主知识产权”不是龙芯的幌子。李老师多篇文章中提到，在 CPU 设计中“要抛弃所谓‘完全自主知识产权’的旧观念”，“与‘平等待我’的国外大企业合作，率先突破芯片设计，然后带动国内芯片生产企业”，“你中有我，我中有你”。他认为“完全自主知识产权”是一种“左的干扰”；与之对应，“技术来源主要应靠外国”则是一种“右的干扰”（见《对提高自主创新能力的几点认识》，原载于《科学时报》，2005年3月22日）。李老师强调的概念是“自主创新”：自主创新“不排斥开放与集成”，“引进技术的消化吸收改进也是自主创新的组成部分”，“成果不但不一定有知识产权，反而可能侵犯别人的知识产权”，“主要是指应尽量争取避免完全受制于人，减少‘路径依赖’”，目的是“实现‘珍珠换玛瑙’的技术发展路线”。我们姑且不谈龙芯的技术是“引进”的多一点还是“创新”的多一点，单从李老师的这些主张看，龙芯的发展没有背离他所制订的轨道。当然，“爱国人士”们可以不认同李老师定义的自主创新理念，进而提出一套更纯粹的自主创新观。但如果认为龙芯打着“完全自主知识产权”的幌子却使用国外技术就大错特错了，因为这是李老师本人明确反对的路线。
　　3．媒体、决策层、产业化开发商对龙芯的社会认知偏差有一定的责任。从《创新求索录》上可以看出，李老师个人在措辞上还是比较保守的，对龙芯常用的提法是“自主创新”、“（技术合作中）珍珠换玛瑙”、“（国际协作中）有价值的探索”等（见《将龙芯产业化推上新台阶》，原载于人民网，2007年3月29日）。龙芯官方网站上出现“自主知识产权”的提法（注意没有“完全”二字）也并不为过，因为龙芯团队毕竟在国内外发表了不少文章、著作及专利，走的不是一点自主发挥都没有的完全仿制道路，龙芯 CPU 的研发工作有它的客观价值。而在宣传提法上过火，标榜“完全国货”的，正是一些媒体或产业化开发商。媒体在宣传报导时，常常依赖于一些时政因素，特别是针对“知识经济”、“创新型国家”一类的主题性报导，媒体的主观性、政治性认识往往会将对主旨不利的技术事实掩盖，主动回避“兼容 MIPS”之类有可能造成疑问的技术话题。对于产业化开发商，他们基于商业利益的需要，对政府和大众宣传的更多的是产品级特性。为了迎合政府采购计划以及部分支持国货的“粉丝”，这些商人会比技术人员更懂得措辞的艺术。因此，社会上对龙芯的神化、过高期望、国货性质的理解、知识产权的认识，很多是源于这类为政策或业绩左右了的宣传。相比之下，龙芯团队本身是诚信而踏实的，在其学术论文中并不回避其使用国外已有技术的事实，他们自己的言辞一如既往地忠于客观技术。
　　龙芯的发展策略是否合理，产、学、研界各人可以有各自的观点。龙芯的产业化是否会成功，自然会由市场说了算。但龙芯的性质是否清白，客观史实自会证明。要实事求是，不要人云亦云。