Move much closer to new platform-M memory map
[riscv-isa-sim.git] / riscv / mmu.cc
index 7ff937d377a1eae106a89c362d1fd5225b5e70a5..0113443cfa4a83d92265ec7e91dccb5404212fd0 100644 (file)
@@ -1,11 +1,11 @@
+// See LICENSE for license details.
+
 #include "mmu.h"
 #include "sim.h"
 #include "processor.h"
 
-mmu_t::mmu_t(char* _mem, size_t _memsz)
- : mem(_mem), memsz(_memsz), badvaddr(0),
-   ptbr(0), supervisor(true), vm_enabled(false),
-   icsim(NULL), dcsim(NULL), itlbsim(NULL), dtlbsim(NULL)
+mmu_t::mmu_t(sim_t* sim, processor_t* proc)
+ : sim(sim), proc(proc)
 {
   flush_tlb();
 }
@@ -14,91 +14,152 @@ mmu_t::~mmu_t()
 {
 }
 
+void mmu_t::flush_icache()
+{
+  for (size_t i = 0; i < ICACHE_ENTRIES; i++)
+    icache[i].tag = -1;
+}
+
 void mmu_t::flush_tlb()
 {
   memset(tlb_insn_tag, -1, sizeof(tlb_insn_tag));
   memset(tlb_load_tag, -1, sizeof(tlb_load_tag));
   memset(tlb_store_tag, -1, sizeof(tlb_store_tag));
+
   flush_icache();
 }
 
-void mmu_t::flush_icache()
+reg_t mmu_t::translate(reg_t addr, access_type type)
 {
-  memset(icache_tag, -1, sizeof(icache_tag));
+  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;
+
+  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));
 }
 
-void* mmu_t::refill(reg_t addr, bool store, bool fetch)
+const uint16_t* mmu_t::fetch_slow_path(reg_t addr)
 {
-  reg_t idx = (addr >> PGSHIFT) % TLB_ENTRIES;
-  reg_t expected_tag = addr & ~(PGSIZE-1);
-
-  reg_t pte = walk(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);
+    return &fetch_temp;
+  }
+}
 
-  reg_t pte_perm = pte & PTE_PERM;
-  if(supervisor) // shift supervisor permission bits into user perm bits
-    pte_perm = (pte_perm >> 3) & PTE_PERM;
-  pte_perm |= pte & PTE_E;
+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);
+  }
+}
 
-  reg_t perm = (fetch ? PTE_UX : store ? PTE_UW : PTE_UR) | PTE_E;
-  if(unlikely((pte_perm & perm) != perm))
-  {
-    badvaddr = addr;
-    throw store ? trap_store_access_fault
-        : fetch ? trap_instruction_access_fault
-        :         trap_load_access_fault;
+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);
   }
+}
+
+void mmu_t::refill_tlb(reg_t vaddr, reg_t paddr, access_type type)
+{
+  reg_t idx = (vaddr >> PGSHIFT) % TLB_ENTRIES;
+  reg_t expected_tag = vaddr >> PGSHIFT;
+
+  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;
 
-  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] = (long)(pte >> PTE_PPN_SHIFT << PGSHIFT) + (long)mem;
+  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;
 
-  return (void*)(((long)addr & (PGSIZE-1)) | tlb_data[idx]);
+  tlb_data[idx] = sim->addr_to_mem(paddr) - vaddr;
 }
 
-pte_t mmu_t::walk(reg_t addr)
+reg_t mmu_t::walk(reg_t addr, access_type type, bool supervisor, bool pum)
 {
-  pte_t pte = 0;
-
-  if(!vm_enabled)
+  int levels, ptidxbits, ptesize;
+  switch (get_field(proc->get_state()->mstatus, MSTATUS_VM))
   {
-    if(addr < memsz)
-      pte = PTE_E | PTE_PERM | ((addr >> PGSHIFT) << PTE_PPN_SHIFT);
+    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();
   }
-  else
-  {
-    reg_t base = ptbr;
-    reg_t ptd;
-
-    int ptshift = (LEVELS-1)*PTIDXBITS;
-    for(reg_t i = 0; i < LEVELS; i++, ptshift -= PTIDXBITS)
-    {
-      reg_t idx = (addr >> (PGSHIFT+ptshift)) & ((1<<PTIDXBITS)-1);
-
-      reg_t pte_addr = base + idx*sizeof(pte_t);
-      if(pte_addr >= memsz)
-        break;
-
-      ptd = *(pte_t*)(mem+pte_addr);
-      if(ptd & PTE_E)
-      {
-        // if this PTE is from a larger PT, fake a leaf
-        // PTE so the TLB will work right
-        reg_t vpn = addr >> PGSHIFT;
-        ptd |= (vpn & ((1<<(ptshift))-1)) << PTE_PPN_SHIFT;
-
-        // fault if physical addr is invalid
-        reg_t ppn = ptd >> PTE_PPN_SHIFT;
-        if((ppn << PGSHIFT) + (addr & (PGSIZE-1)) < memsz)
-          pte = ptd;
-        break;
-      }
-      else if(!(ptd & PTE_T))
-        break;
-
-      base = (ptd >> PTE_PPN_SHIFT) << 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 {
+      // 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;
+      return (ppn | (vpn & ((reg_t(1) << ptshift) - 1))) << PGSHIFT;
     }
   }
 
-  return pte;
+  return -1;
+}
+
+void mmu_t::register_memtracer(memtracer_t* t)
+{
+  flush_tlb();
+  tracer.hook(t);
 }