Move much closer to new platform-M memory map
[riscv-isa-sim.git] / riscv / mmu.cc
index 779383db1bcbba1701a2d978eb4eefca901c9cda..0113443cfa4a83d92265ec7e91dccb5404212fd0 100644 (file)
@@ -4,8 +4,8 @@
 #include "sim.h"
 #include "processor.h"
 
-mmu_t::mmu_t(char* _mem, size_t _memsz)
- : mem(_mem), memsz(_memsz), proc(NULL)
+mmu_t::mmu_t(sim_t* sim, processor_t* proc)
+ : sim(sim), proc(proc)
 {
   flush_tlb();
 }
@@ -29,102 +29,133 @@ void mmu_t::flush_tlb()
   flush_icache();
 }
 
-void* mmu_t::refill_tlb(reg_t addr, reg_t bytes, bool store, bool fetch)
+reg_t mmu_t::translate(reg_t addr, access_type type)
 {
-  reg_t idx = (addr >> PGSHIFT) % TLB_ENTRIES;
-  reg_t expected_tag = addr >> PGSHIFT;
-
-  reg_t pte = 0;
-  reg_t mstatus = proc ? proc->state.mstatus : 0;
-  
-  bool vm_disabled = get_field(mstatus, MSTATUS_VM) == VM_MBARE;
-  bool mode_m = get_field(mstatus, MSTATUS_PRV) == PRV_M;
-  bool mode_s = get_field(mstatus, MSTATUS_PRV) == PRV_S;
-  bool mprv_m = get_field(mstatus, MSTATUS_MPRV) == PRV_M;
-  bool mprv_s = get_field(mstatus, MSTATUS_MPRV) == PRV_S;
-
-  if (vm_disabled || (mode_m && (mprv_m || fetch))) {
-    // virtual memory is disabled.  merely check legality of physical address.
-    if (addr < memsz) {
-      // produce a fake PTE for the TLB's benefit.
-      pte = PTE_V | PTE_UX | PTE_SX | ((addr >> PGSHIFT) << PGSHIFT);
-      if (vm_disabled || !(mode_m && !mprv_m))
-        pte |= PTE_UR | PTE_SR | PTE_UW | PTE_SW;
-    }
-  } else {
-    pte = walk(addr);
+  if (!proc)
+    return addr;
+
+  reg_t mode = proc->state.prv;
+  bool pum = false;
+  if (type != FETCH) {
+    if (get_field(proc->state.mstatus, MSTATUS_MPRV))
+      mode = get_field(proc->state.mstatus, MSTATUS_MPP);
+    pum = (mode == PRV_S && get_field(proc->state.mstatus, MSTATUS_PUM));
   }
+  if (get_field(proc->state.mstatus, MSTATUS_VM) == VM_MBARE)
+    mode = PRV_M;
 
-  reg_t pte_perm = pte & PTE_PERM;
-  if (mode_s || (mode_m && mprv_s && !fetch))
-    pte_perm = (pte_perm/(PTE_SX/PTE_UX)) & PTE_PERM;
-  pte_perm |= pte & PTE_V;
+  if (mode == PRV_M) {
+    reg_t msb_mask = (reg_t(2) << (proc->xlen-1))-1; // zero-extend from xlen
+    return addr & msb_mask;
+  }
+  return walk(addr, type, mode > PRV_U, pum) | (addr & (PGSIZE-1));
+}
 
-  reg_t perm = (fetch ? PTE_UX : store ? PTE_UW : PTE_UR) | PTE_V;
-  if(unlikely((pte_perm & perm) != perm))
-  {
-    if (fetch)
+const uint16_t* mmu_t::fetch_slow_path(reg_t addr)
+{
+  reg_t paddr = translate(addr, FETCH);
+  if (sim->addr_is_mem(paddr)) {
+    refill_tlb(addr, paddr, FETCH);
+    return (const uint16_t*)sim->addr_to_mem(paddr);
+  } else {
+    if (!sim->mmio_load(paddr, sizeof fetch_temp, (uint8_t*)&fetch_temp))
       throw trap_instruction_access_fault(addr);
-    if (store)
-      throw trap_store_access_fault(addr);
-    throw trap_load_access_fault(addr);
+    return &fetch_temp;
   }
+}
 
-  reg_t pgoff = addr & (PGSIZE-1);
-  reg_t pgbase = pte >> PGSHIFT << PGSHIFT;
-  reg_t paddr = pgbase + pgoff;
-
-  if (unlikely(tracer.interested_in_range(pgbase, pgbase + PGSIZE, store, fetch)))
-    tracer.trace(paddr, bytes, store, fetch);
-  else
-  {
-    tlb_load_tag[idx] = (pte_perm & PTE_UR) ? expected_tag : -1;
-    tlb_store_tag[idx] = (pte_perm & PTE_UW) ? expected_tag : -1;
-    tlb_insn_tag[idx] = (pte_perm & PTE_UX) ? expected_tag : -1;
-    tlb_data[idx] = mem + pgbase - (addr & ~(PGSIZE-1));
+void mmu_t::load_slow_path(reg_t addr, reg_t len, uint8_t* bytes)
+{
+  reg_t paddr = translate(addr, LOAD);
+  if (sim->addr_is_mem(paddr)) {
+    memcpy(bytes, sim->addr_to_mem(paddr), len);
+    if (tracer.interested_in_range(paddr, paddr + PGSIZE, LOAD))
+      tracer.trace(paddr, len, LOAD);
+    else
+      refill_tlb(addr, paddr, LOAD);
+  } else if (!sim->mmio_load(paddr, len, bytes)) {
+    throw trap_load_access_fault(addr);
   }
+}
 
-  return mem + paddr;
+void mmu_t::store_slow_path(reg_t addr, reg_t len, const uint8_t* bytes)
+{
+  reg_t paddr = translate(addr, STORE);
+  if (sim->addr_is_mem(paddr)) {
+    memcpy(sim->addr_to_mem(paddr), bytes, len);
+    if (tracer.interested_in_range(paddr, paddr + PGSIZE, STORE))
+      tracer.trace(paddr, len, STORE);
+    else
+      refill_tlb(addr, paddr, STORE);
+  } else if (!sim->mmio_store(paddr, len, bytes)) {
+    throw trap_store_access_fault(addr);
+  }
 }
 
-pte_t mmu_t::walk(reg_t addr)
+void mmu_t::refill_tlb(reg_t vaddr, reg_t paddr, access_type type)
 {
-  reg_t msb_mask = -(reg_t(1) << (VA_BITS-1));
-  if ((addr & msb_mask) != 0 && (addr & msb_mask) != msb_mask)
-    return 0; // address isn't properly sign-extended
+  reg_t idx = (vaddr >> PGSHIFT) % TLB_ENTRIES;
+  reg_t expected_tag = vaddr >> PGSHIFT;
 
-  reg_t base = proc->get_state()->sptbr;
-  reg_t ptd;
+  if (tlb_load_tag[idx] != expected_tag) tlb_load_tag[idx] = -1;
+  if (tlb_store_tag[idx] != expected_tag) tlb_store_tag[idx] = -1;
+  if (tlb_insn_tag[idx] != expected_tag) tlb_insn_tag[idx] = -1;
 
-  int ptshift = (LEVELS-1)*PTIDXBITS;
-  for (reg_t i = 0; i < LEVELS; i++, ptshift -= PTIDXBITS) {
-    reg_t idx = (addr >> (PGSHIFT+ptshift)) & ((1<<PTIDXBITS)-1);
+  if (type == FETCH) tlb_insn_tag[idx] = expected_tag;
+  else if (type == STORE) tlb_store_tag[idx] = expected_tag;
+  else tlb_load_tag[idx] = expected_tag;
 
-    // check that physical address of PTE is legal
-    reg_t pte_addr = base + idx*sizeof(pte_t);
-    if (pte_addr >= memsz)
-      return 0;
+  tlb_data[idx] = sim->addr_to_mem(paddr) - vaddr;
+}
 
-    ptd = *(pte_t*)(mem+pte_addr);
+reg_t mmu_t::walk(reg_t addr, access_type type, bool supervisor, bool pum)
+{
+  int levels, ptidxbits, ptesize;
+  switch (get_field(proc->get_state()->mstatus, MSTATUS_VM))
+  {
+    case VM_SV32: levels = 2; ptidxbits = 10; ptesize = 4; break;
+    case VM_SV39: levels = 3; ptidxbits = 9; ptesize = 8; break;
+    case VM_SV48: levels = 4; ptidxbits = 9; ptesize = 8; break;
+    default: abort();
+  }
 
-    if (!(ptd & PTE_V)) { // invalid mapping
-      return 0;
-    } else if (ptd & PTE_T) { // next level of page table
-      base = (ptd >> PGSHIFT) << PGSHIFT;
+  // verify bits xlen-1:va_bits-1 are all equal
+  int va_bits = PGSHIFT + levels * ptidxbits;
+  reg_t mask = (reg_t(1) << (proc->xlen - (va_bits-1))) - 1;
+  reg_t masked_msbs = (addr >> (va_bits-1)) & mask;
+  if (masked_msbs != 0 && masked_msbs != mask)
+    return -1;
+
+  reg_t base = proc->get_state()->sptbr << PGSHIFT;
+  int ptshift = (levels - 1) * ptidxbits;
+  for (int i = 0; i < levels; i++, ptshift -= ptidxbits) {
+    reg_t idx = (addr >> (PGSHIFT + ptshift)) & ((1 << ptidxbits) - 1);
+
+    // check that physical address of PTE is legal
+    reg_t pte_addr = base + idx * ptesize;
+    if (!sim->addr_is_mem(pte_addr))
+      break;
+
+    void* ppte = sim->addr_to_mem(pte_addr);
+    reg_t pte = ptesize == 4 ? *(uint32_t*)ppte : *(uint64_t*)ppte;
+    reg_t ppn = pte >> PTE_PPN_SHIFT;
+
+    if (PTE_TABLE(pte)) { // next level of page table
+      base = ppn << PGSHIFT;
+    } else if (pum && PTE_CHECK_PERM(pte, 0, type == STORE, type == FETCH)) {
+      break;
+    } else if (!PTE_CHECK_PERM(pte, supervisor, type == STORE, type == FETCH)) {
+      break;
     } else {
-      // we've found the PTE.
+      // set referenced and possibly dirty bits.
+      *(uint32_t*)ppte |= PTE_R | ((type == STORE) * PTE_D);
       // for superpage mappings, make a fake leaf PTE for the TLB's benefit.
       reg_t vpn = addr >> PGSHIFT;
-      ptd |= (vpn & ((1<<(ptshift))-1)) << PGSHIFT;
-
-      // check that physical address is legal
-      if (((ptd >> PGSHIFT) << PGSHIFT) >= memsz)
-        return 0;
-
-      return ptd;
+      return (ppn | (vpn & ((reg_t(1) << ptshift) - 1))) << PGSHIFT;
     }
   }
-  return 0;
+
+  return -1;
 }
 
 void mmu_t::register_memtracer(memtracer_t* t)