Separate page faults from physical memory access exceptions
[riscv-isa-sim.git] / riscv / mmu.h
index 8fe3043bb77d4bcafe3a289983c7b6c6a4a7f9b6..66454bed09ebd8f5a010f5c80623eebd108f6701 100644 (file)
@@ -30,6 +30,19 @@ struct icache_entry_t {
   insn_fetch_t data;
 };
 
+class trigger_matched_t
+{
+  public:
+    trigger_matched_t(int index,
+        trigger_operation_t operation, reg_t address, reg_t data) :
+      index(index), operation(operation), address(address), data(data) {}
+
+    int index;
+    trigger_operation_t operation;
+    reg_t address;
+    reg_t data;
+};
+
 // this class implements a processor's port into the virtual memory system.
 // an MMU and instruction cache are maintained for simulator performance.
 class mmu_t
@@ -40,12 +53,21 @@ public:
 
   // template for functions that load an aligned value from memory
   #define load_func(type) \
-    type##_t load_##type(reg_t addr) __attribute__((always_inline)) { \
+    inline type##_t load_##type(reg_t addr) { \
       if (addr & (sizeof(type##_t)-1)) \
         throw trap_load_address_misaligned(addr); \
       reg_t vpn = addr >> PGSHIFT; \
       if (likely(tlb_load_tag[vpn % TLB_ENTRIES] == vpn)) \
         return *(type##_t*)(tlb_data[vpn % TLB_ENTRIES] + addr); \
+      if (unlikely(tlb_load_tag[vpn % TLB_ENTRIES] == (vpn | TLB_CHECK_TRIGGERS))) { \
+        type##_t data = *(type##_t*)(tlb_data[vpn % TLB_ENTRIES] + addr); \
+        if (!matched_trigger) { \
+          matched_trigger = trigger_exception(OPERATION_LOAD, addr, data); \
+          if (matched_trigger) \
+            throw *matched_trigger; \
+        } \
+        return data; \
+      } \
       type##_t res; \
       load_slow_path(addr, sizeof(type##_t), (uint8_t*)&res); \
       return res; \
@@ -71,16 +93,47 @@ public:
       reg_t vpn = addr >> PGSHIFT; \
       if (likely(tlb_store_tag[vpn % TLB_ENTRIES] == vpn)) \
         *(type##_t*)(tlb_data[vpn % TLB_ENTRIES] + addr) = val; \
+      else if (unlikely(tlb_store_tag[vpn % TLB_ENTRIES] == (vpn | TLB_CHECK_TRIGGERS))) { \
+        if (!matched_trigger) { \
+          matched_trigger = trigger_exception(OPERATION_STORE, addr, val); \
+          if (matched_trigger) \
+            throw *matched_trigger; \
+        } \
+        *(type##_t*)(tlb_data[vpn % TLB_ENTRIES] + addr) = val; \
+      } \
       else \
         store_slow_path(addr, sizeof(type##_t), (const uint8_t*)&val); \
     }
 
+  // template for functions that perform an atomic memory operation
+  #define amo_func(type) \
+    template<typename op> \
+    type##_t amo_##type(reg_t addr, op f) { \
+      if (addr & (sizeof(type##_t)-1)) \
+        throw trap_store_address_misaligned(addr); \
+      try { \
+        auto lhs = load_##type(addr); \
+        store_##type(addr, f(lhs)); \
+        return lhs; \
+      } catch (trap_load_page_fault& t) { \
+        /* AMO faults should be reported as store faults */ \
+        throw trap_store_page_fault(t.get_badaddr()); \
+      } catch (trap_load_access_fault& t) { \
+        /* AMO faults should be reported as store faults */ \
+        throw trap_store_access_fault(t.get_badaddr()); \
+      } \
+    }
+
   // store value to memory at aligned address
   store_func(uint8)
   store_func(uint16)
   store_func(uint32)
   store_func(uint64)
 
+  // perform an atomic memory operation at an aligned address
+  amo_func(uint32)
+  amo_func(uint64)
+
   static const reg_t ICACHE_ENTRIES = 1024;
 
   inline size_t icache_index(reg_t addr)
@@ -117,7 +170,6 @@ public:
       entry->tag = -1;
       tracer.trace(paddr, length, FETCH);
     }
-    entry->tag = -1;    // TODO: this is hack to work around Debug RAM code being cached
     return entry;
   }
 
@@ -131,7 +183,8 @@ public:
 
   inline insn_fetch_t load_insn(reg_t addr)
   {
-    return access_icache(addr)->data;
+    icache_entry_t entry;
+    return refill_icache(addr, &entry)->data;
   }
 
   void flush_tlb();
@@ -150,6 +203,9 @@ private:
 
   // implement a TLB for simulator performance
   static const reg_t TLB_ENTRIES = 256;
+  // If a TLB tag has TLB_CHECK_TRIGGERS set, then the MMU must check for a
+  // trigger match before completing an access.
+  static const reg_t TLB_CHECK_TRIGGERS = reg_t(1) << 63;
   char* tlb_data[TLB_ENTRIES];
   reg_t tlb_insn_tag[TLB_ENTRIES];
   reg_t tlb_load_tag[TLB_ENTRIES];
@@ -160,7 +216,7 @@ private:
   const char* fill_from_mmio(reg_t vaddr, reg_t paddr);
 
   // perform a page table walk for a given VA; set referenced/dirty bits
-  reg_t walk(reg_t addr, access_type type, bool supervisor, bool pum);
+  reg_t walk(reg_t addr, access_type type, reg_t prv);
 
   // handle uncommon cases: TLB misses, page faults, MMIO
   const uint16_t* fetch_slow_path(reg_t addr);
@@ -169,14 +225,73 @@ private:
   reg_t translate(reg_t addr, access_type type);
 
   // ITLB lookup
-  const uint16_t* translate_insn_addr(reg_t addr) __attribute__((always_inline)) {
+  inline const uint16_t* translate_insn_addr(reg_t addr) {
     reg_t vpn = addr >> PGSHIFT;
     if (likely(tlb_insn_tag[vpn % TLB_ENTRIES] == vpn))
       return (uint16_t*)(tlb_data[vpn % TLB_ENTRIES] + addr);
+    if (unlikely(tlb_insn_tag[vpn % TLB_ENTRIES] == (vpn | TLB_CHECK_TRIGGERS))) {
+      uint16_t* ptr = (uint16_t*)(tlb_data[vpn % TLB_ENTRIES] + addr);
+      int match = proc->trigger_match(OPERATION_EXECUTE, addr, *ptr);
+      if (match >= 0)
+        throw trigger_matched_t(match, OPERATION_EXECUTE, addr, *ptr);
+      return ptr;
+    }
     return fetch_slow_path(addr);
   }
 
+  inline trigger_matched_t *trigger_exception(trigger_operation_t operation,
+      reg_t address, reg_t data)
+  {
+    if (!proc) {
+      return NULL;
+    }
+    int match = proc->trigger_match(operation, address, data);
+    if (match == -1)
+      return NULL;
+    if (proc->state.mcontrol[match].timing == 0) {
+      throw trigger_matched_t(match, operation, address, data);
+    }
+    return new trigger_matched_t(match, operation, address, data);
+  }
+
+  bool check_triggers_fetch;
+  bool check_triggers_load;
+  bool check_triggers_store;
+  // The exception describing a matched trigger, or NULL.
+  trigger_matched_t *matched_trigger;
+
   friend class processor_t;
 };
 
+struct vm_info {
+  int levels;
+  int idxbits;
+  int ptesize;
+  reg_t ptbase;
+};
+
+inline vm_info decode_vm_info(int xlen, reg_t prv, reg_t sptbr)
+{
+  if (prv == PRV_M) {
+    return {0, 0, 0, 0};
+  } else if (prv <= PRV_S && xlen == 32) {
+    switch (get_field(sptbr, SPTBR32_MODE)) {
+      case SPTBR_MODE_OFF: return {0, 0, 0, 0};
+      case SPTBR_MODE_SV32: return {2, 10, 4, (sptbr & SPTBR32_PPN) << PGSHIFT};
+      default: abort();
+    }
+  } else if (prv <= PRV_S && xlen == 64) {
+    switch (get_field(sptbr, SPTBR64_MODE)) {
+      case SPTBR_MODE_OFF: return {0, 0, 0, 0};
+      case SPTBR_MODE_SV39: return {3, 9, 8, (sptbr & SPTBR64_PPN) << PGSHIFT};
+      case SPTBR_MODE_SV48: return {4, 9, 8, (sptbr & SPTBR64_PPN) << PGSHIFT};
+      case SPTBR_MODE_SV57: return {5, 9, 8, (sptbr & SPTBR64_PPN) << PGSHIFT};
+      case SPTBR_MODE_SV64: return {6, 9, 8, (sptbr & SPTBR64_PPN) << PGSHIFT};
+      default: abort();
+    }
+  } else {
+    abort();
+  }
+}
+
 #endif