Support setting ISA/subsets with --isa flag
[riscv-isa-sim.git] / riscv / mmu.cc
index aa62b902571e868745493fda9ba28f5757c6d052..e6bbbd44976034be08b8a1253fb092f41d4532a4 100644 (file)
@@ -1,10 +1,17 @@
+// See LICENSE for license details.
+
 #include "mmu.h"
 #include "sim.h"
 #include "processor.h"
 
+#define LEVELS(xlen) ((xlen) == 32 ? 2 : 3)
+#define PPN_SHIFT(xlen) ((xlen) == 32 ? 10 : 26)
+#define PTIDXBITS(xlen) ((xlen) == 32 ? 10 : 9)
+#define VPN_BITS(xlen) (PTIDXBITS(xlen) * LEVELS(xlen))
+#define VA_BITS(xlen) (VPN_BITS(xlen) + PGSHIFT)
+
 mmu_t::mmu_t(char* _mem, size_t _memsz)
- : mem(_mem), memsz(_memsz), badvaddr(0),
-   ptbr(0), supervisor(true), vm_enabled(false)
+ : mem(_mem), memsz(_memsz), proc(NULL)
 {
   flush_tlb();
 }
@@ -13,6 +20,12 @@ 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));
@@ -22,87 +35,104 @@ void mmu_t::flush_tlb()
   flush_icache();
 }
 
-void mmu_t::flush_icache()
-{
-  memset(icache_tag, -1, sizeof(icache_tag));
-}
-
-void* mmu_t::refill(reg_t addr, bool store, bool fetch)
+void* mmu_t::refill_tlb(reg_t addr, reg_t bytes, bool store, bool fetch)
 {
   reg_t idx = (addr >> PGSHIFT) % TLB_ENTRIES;
-  reg_t expected_tag = addr & ~(PGSIZE-1);
+  reg_t expected_tag = addr >> PGSHIFT;
+
+  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;
+
+  reg_t pgbase;
+  if (vm_disabled || (mode_m && (mprv_m || fetch))) {
+    pgbase = addr & -PGSIZE;
+    // virtual memory is disabled.  merely check legality of physical address.
+    if (addr >= memsz)
+      pgbase = -1;
+  } else {
+    pgbase = walk(addr, mode_s || (mode_m && mprv_s), store, fetch);
+  }
 
-  reg_t pte = walk(addr);
+  reg_t pgoff = addr & (PGSIZE-1);
+  reg_t paddr = pgbase + pgoff;
 
-  reg_t pte_perm = pte & PTE_PERM;
-  if(supervisor) // shift supervisor permission bits into user perm bits
-    pte_perm = (pte_perm/(PTE_SX/PTE_UX)) & PTE_PERM;
-  pte_perm |= pte & PTE_E;
+  if (pgbase == reg_t(-1)) {
+    if (fetch) throw trap_instruction_access_fault(addr);
+    else if (store) throw trap_store_access_fault(addr);
+    else 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))
+  if (unlikely(tracer.interested_in_range(pgbase, pgbase + PGSIZE, store, fetch)))
+    tracer.trace(paddr, bytes, store, fetch);
+  else
   {
-    badvaddr = addr;
-    throw store ? trap_store_access_fault
-        : fetch ? trap_instruction_access_fault
-        :         trap_load_access_fault;
-  }
+    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;
+
+    if (fetch) tlb_insn_tag[idx] = expected_tag;
+    else if (store) tlb_store_tag[idx] = expected_tag;
+    else tlb_load_tag[idx] = expected_tag;
 
-  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;
+    tlb_data[idx] = mem + pgbase - (addr & ~(PGSIZE-1));
+  }
 
-  return (void*)(((long)addr & (PGSIZE-1)) + tlb_data[idx]);
+  return mem + paddr;
 }
 
-pte_t mmu_t::walk(reg_t addr)
+reg_t mmu_t::walk(reg_t addr, bool supervisor, bool store, bool fetch)
 {
-  pte_t pte = 0;
-
-  // the address must be a canonical sign-extended VA_BITS-bit number
-  int shift = 8*sizeof(reg_t) - VA_BITS;
-  if (((sreg_t)addr << shift >> shift) != addr)
-    ;
-  else if(!vm_enabled)
-  {
-    if(addr < memsz)
-      pte = PTE_E | PTE_PERM | ((addr >> PGSHIFT) << PTE_PPN_SHIFT);
-  }
-  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;
+  reg_t msb_mask = -(reg_t(1) << (VA_BITS(proc->xlen) - 1));
+  if ((addr & msb_mask) != 0 && (addr & msb_mask) != msb_mask)
+    return -1; // address isn't properly sign-extended
+
+  reg_t base = proc->get_state()->sptbr;
+
+  int xlen = proc->max_xlen;
+  int ptshift = (LEVELS(xlen) - 1) * PTIDXBITS(xlen);
+  for (reg_t i = 0; i < LEVELS(xlen); i++, ptshift -= PTIDXBITS(xlen)) {
+    reg_t idx = (addr >> (PGSHIFT+ptshift)) & ((1<<PTIDXBITS(xlen))-1);
+
+    // check that physical address of PTE is legal
+    reg_t pte_addr = base + idx*sizeof(reg_t);
+    if (pte_addr >= memsz)
+      return -1;
+
+    reg_t* ppte = (reg_t*)(mem+pte_addr);
+    reg_t ppn = *ppte >> PPN_SHIFT(xlen);
+
+    if ((*ppte & PTE_TYPE) == PTE_TYPE_TABLE) { // next level of page table
+      base = ppn << PGSHIFT;
+    } else {
+      // we've found the PTE. check the permissions.
+      if (!PTE_CHECK_PERM(*ppte, supervisor, store, fetch))
+        return -1;
+      // set referenced and possibly dirty bits.
+      *ppte |= PTE_R;
+      if (store)
+        *ppte |= PTE_D;
+      // for superpage mappings, make a fake leaf PTE for the TLB's benefit.
+      reg_t vpn = addr >> PGSHIFT;
+      reg_t addr = (ppn | (vpn & ((reg_t(1) << ptshift) - 1))) << PGSHIFT;
+
+      // check that physical address is legal
+      if (addr >= memsz)
+        return -1;
+
+      return addr;
     }
   }
 
-  return pte;
+  return -1;
+}
+
+void mmu_t::register_memtracer(memtracer_t* t)
+{
+  flush_tlb();
+  tracer.hook(t);
 }