Implement mstatus.TW, mstatus.TVM, and mstatus.TSR
[riscv-isa-sim.git] / riscv / processor.cc
index b120ddb1f55771aa16a9a8a75adca12d9c404247..c2a7d49b85df38549762bddfafb061a760e95c3a 100644 (file)
@@ -6,7 +6,6 @@
 #include "config.h"
 #include "sim.h"
 #include "mmu.h"
-#include "htif.h"
 #include "disasm.h"
 #include "gdbserver.h"
 #include <cinttypes>
 
 processor_t::processor_t(const char* isa, sim_t* sim, uint32_t id,
         bool halt_on_reset)
-  : debug(false), sim(sim), ext(NULL), disassembler(new disassembler_t),
-    id(id), run(false), halt_on_reset(halt_on_reset)
+  : debug(false), sim(sim), ext(NULL), id(id), halt_on_reset(halt_on_reset)
 {
   parse_isa_string(isa);
+  register_base_instructions();
 
   mmu = new mmu_t(sim, this);
+  disassembler = new disassembler_t(max_xlen);
 
-  reset(true);
-
-  register_base_instructions();
+  reset();
 }
 
 processor_t::~processor_t()
@@ -86,6 +84,7 @@ void processor_t::parse_isa_string(const char* str)
 
   isa_string = "rv" + std::to_string(max_xlen) + p;
   isa |= 1L << ('s' - 'a'); // advertise support for supervisor mode
+  isa |= 1L << ('u' - 'a'); // advertise support for user mode
 
   while (*p) {
     isa |= 1L << (*p - 'a');
@@ -110,6 +109,8 @@ void processor_t::parse_isa_string(const char* str)
   // advertise support for supervisor and user modes
   isa |= 1L << ('s' - 'a');
   isa |= 1L << ('u' - 'a');
+
+  max_isa = isa;
 }
 
 void state_t::reset()
@@ -119,6 +120,9 @@ void state_t::reset()
   pc = DEFAULT_RSTVEC;
   mtvec = DEFAULT_MTVEC;
   load_reservation = -1;
+  tselect = 0;
+  for (unsigned int i = 0; i < num_triggers; i++)
+    mcontrol[i].type = 2;
 }
 
 void processor_t::set_debug(bool value)
@@ -139,12 +143,8 @@ void processor_t::set_histogram(bool value)
 #endif
 }
 
-void processor_t::reset(bool value)
+void processor_t::reset()
 {
-  if (run == !value)
-    return;
-  run = !value;
-
   state.reset();
   state.dcsr.halt = halt_on_reset;
   halt_on_reset = false;
@@ -154,11 +154,7 @@ void processor_t::reset(bool value)
     ext->reset(); // reset the extension
 }
 
-void processor_t::raise_interrupt(reg_t which)
-{
-  throw trap_t(((reg_t)1 << (max_xlen-1)) | which);
-}
-
+// Count number of contiguous 0 bits starting from the LSB.
 static int ctz(reg_t val)
 {
   int res = 0;
@@ -168,30 +164,26 @@ static int ctz(reg_t val)
   return res;
 }
 
-void processor_t::take_interrupt()
+void processor_t::take_interrupt(reg_t pending_interrupts)
 {
-  reg_t pending_interrupts = state.mip & state.mie;
-
   reg_t mie = get_field(state.mstatus, MSTATUS_MIE);
   reg_t m_enabled = state.prv < PRV_M || (state.prv == PRV_M && mie);
   reg_t enabled_interrupts = pending_interrupts & ~state.mideleg & -m_enabled;
 
   reg_t sie = get_field(state.mstatus, MSTATUS_SIE);
   reg_t s_enabled = state.prv < PRV_S || (state.prv == PRV_S && sie);
-  enabled_interrupts |= pending_interrupts & state.mideleg & -s_enabled;
+  if (enabled_interrupts == 0)
+    enabled_interrupts = pending_interrupts & state.mideleg & -s_enabled;
 
   if (enabled_interrupts)
-    raise_interrupt(ctz(enabled_interrupts));
-}
-
-static bool validate_priv(reg_t priv)
-{
-  return priv == PRV_U || priv == PRV_S || priv == PRV_M;
+    throw trap_t(((reg_t)1 << (max_xlen-1)) | ctz(enabled_interrupts));
 }
 
 void processor_t::set_privilege(reg_t prv)
 {
-  assert(validate_priv(prv));
+  assert(prv <= PRV_M);
+  if (prv == PRV_H)
+    prv = PRV_U;
   mmu->flush_tlb();
   state.prv = prv;
 }
@@ -203,7 +195,6 @@ void processor_t::enter_debug_mode(uint8_t cause)
   set_privilege(PRV_M);
   state.dpc = state.pc;
   state.pc = DEBUG_ROM_START;
-  //debug = true; // TODO
 }
 
 void processor_t::take_trap(trap_t& t, reg_t epc)
@@ -274,13 +265,10 @@ void processor_t::disasm(insn_t insn)
           id, state.pc, bits, disassembler->disassemble(insn).c_str());
 }
 
-static bool validate_vm(int max_xlen, reg_t vm)
+int processor_t::paddr_bits()
 {
-  if (max_xlen == 64 && (vm == VM_SV39 || vm == VM_SV48))
-    return true;
-  if (max_xlen == 32 && vm == VM_SV32)
-    return true;
-  return vm == VM_MBARE;
+  assert(xlen == max_xlen);
+  return max_xlen == 64 ? 50 : 34;
 }
 
 void processor_t::set_csr(int which, reg_t val)
@@ -305,17 +293,13 @@ void processor_t::set_csr(int which, reg_t val)
       break;
     case CSR_MSTATUS: {
       if ((val ^ state.mstatus) &
-          (MSTATUS_VM | MSTATUS_MPP | MSTATUS_MPRV | MSTATUS_PUM))
+          (MSTATUS_MPP | MSTATUS_MPRV | MSTATUS_PUM | MSTATUS_MXR))
         mmu->flush_tlb();
 
       reg_t mask = MSTATUS_SIE | MSTATUS_SPIE | MSTATUS_MIE | MSTATUS_MPIE
                  | MSTATUS_SPP | MSTATUS_FS | MSTATUS_MPRV | MSTATUS_PUM
-                 | (ext ? MSTATUS_XS : 0);
-
-      if (validate_vm(max_xlen, get_field(val, MSTATUS_VM)))
-        mask |= MSTATUS_VM;
-      if (validate_priv(get_field(val, MSTATUS_MPP)))
-        mask |= MSTATUS_MPP;
+                 | MSTATUS_MPP | MSTATUS_MXR | MSTATUS_TW | MSTATUS_TVM
+                 | MSTATUS_TSR | (ext ? MSTATUS_XS : 0);
 
       state.mstatus = (state.mstatus & ~mask) | (val & mask);
 
@@ -350,26 +334,47 @@ void processor_t::set_csr(int which, reg_t val)
       state.medeleg = (state.medeleg & ~mask) | (val & mask);
       break;
     }
-    case CSR_MUCOUNTEREN:
-      state.mucounteren = val & 7;
+    case CSR_MINSTRET:
+    case CSR_MCYCLE:
+      if (xlen == 32)
+        state.minstret = (state.minstret >> 32 << 32) | (val & 0xffffffffU);
+      else
+        state.minstret = val;
       break;
-    case CSR_MSCOUNTEREN:
-      state.mscounteren = val & 7;
+    case CSR_MINSTRETH:
+    case CSR_MCYCLEH:
+      state.minstret = (val << 32) | (state.minstret << 32 >> 32);
+      break;
+    case CSR_SCOUNTEREN:
+      state.scounteren = val;
+      break;
+    case CSR_MCOUNTEREN:
+      state.mcounteren = val;
       break;
     case CSR_SSTATUS: {
       reg_t mask = SSTATUS_SIE | SSTATUS_SPIE | SSTATUS_SPP | SSTATUS_FS
                  | SSTATUS_XS | SSTATUS_PUM;
       return set_csr(CSR_MSTATUS, (state.mstatus & ~mask) | (val & mask));
     }
-    case CSR_SIP:
-      return set_csr(CSR_MIP,
-                     (state.mip & ~state.mideleg) | (val & state.mideleg));
+    case CSR_SIP: {
+      reg_t mask = MIP_SSIP & state.mideleg;
+      return set_csr(CSR_MIP, (state.mip & ~mask) | (val & mask));
+    }
     case CSR_SIE:
       return set_csr(CSR_MIE,
                      (state.mie & ~state.mideleg) | (val & state.mideleg));
+    case CSR_SPTBR: {
+      mmu->flush_tlb();
+      if (max_xlen == 32)
+        state.sptbr = val & (SPTBR32_PPN | SPTBR32_MODE);
+      if (max_xlen == 64 && (get_field(val, SPTBR64_MODE) == SPTBR_MODE_OFF ||
+                             get_field(val, SPTBR64_MODE) == SPTBR_MODE_SV39 ||
+                             get_field(val, SPTBR64_MODE) == SPTBR_MODE_SV48))
+        state.sptbr = val & (SPTBR64_PPN | SPTBR64_MODE);
+      break;
+    }
     case CSR_SEPC: state.sepc = val; break;
     case CSR_STVEC: state.stvec = val >> 2 << 2; break;
-    case CSR_SPTBR: state.sptbr = val; break;
     case CSR_SSCRATCH: state.sscratch = val; break;
     case CSR_SCAUSE: state.scause = val; break;
     case CSR_SBADADDR: state.sbadaddr = val; break;
@@ -378,6 +383,60 @@ void processor_t::set_csr(int which, reg_t val)
     case CSR_MSCRATCH: state.mscratch = val; break;
     case CSR_MCAUSE: state.mcause = val; break;
     case CSR_MBADADDR: state.mbadaddr = val; break;
+    case CSR_MISA: {
+      if (!(val & (1L << ('F' - 'A'))))
+        val &= ~(1L << ('D' - 'A'));
+
+      // allow MAFDC bits in MISA to be modified
+      reg_t mask = 0;
+      mask |= 1L << ('M' - 'A');
+      mask |= 1L << ('A' - 'A');
+      mask |= 1L << ('F' - 'A');
+      mask |= 1L << ('D' - 'A');
+      mask |= 1L << ('C' - 'A');
+      mask &= max_isa;
+
+      isa = (val & mask) | (isa & ~mask);
+      break;
+    }
+    case CSR_TSELECT:
+      if (val < state.num_triggers) {
+        state.tselect = val;
+      }
+      break;
+    case CSR_TDATA1:
+      {
+        mcontrol_t *mc = &state.mcontrol[state.tselect];
+        if (mc->dmode && !state.dcsr.cause) {
+          break;
+        }
+        mc->dmode = get_field(val, MCONTROL_DMODE(xlen));
+        mc->select = get_field(val, MCONTROL_SELECT);
+        mc->timing = get_field(val, MCONTROL_TIMING);
+        mc->action = (mcontrol_action_t) get_field(val, MCONTROL_ACTION);
+        mc->chain = get_field(val, MCONTROL_CHAIN);
+        mc->match = (mcontrol_match_t) get_field(val, MCONTROL_MATCH);
+        mc->m = get_field(val, MCONTROL_M);
+        mc->h = get_field(val, MCONTROL_H);
+        mc->s = get_field(val, MCONTROL_S);
+        mc->u = get_field(val, MCONTROL_U);
+        mc->execute = get_field(val, MCONTROL_EXECUTE);
+        mc->store = get_field(val, MCONTROL_STORE);
+        mc->load = get_field(val, MCONTROL_LOAD);
+        // Assume we're here because of csrw.
+        if (mc->execute)
+          mc->timing = 0;
+        trigger_updated();
+      }
+      break;
+    case CSR_TDATA2:
+      if (state.mcontrol[state.tselect].dmode && !state.dcsr.cause) {
+        break;
+      }
+      if (state.tselect < state.num_triggers) {
+        state.tdata2[state.tselect] = val;
+      }
+      break;
     case CSR_DCSR:
       state.dcsr.prv = get_field(val, DCSR_PRV);
       state.dcsr.step = get_field(val, DCSR_STEP);
@@ -399,6 +458,26 @@ void processor_t::set_csr(int which, reg_t val)
 
 reg_t processor_t::get_csr(int which)
 {
+  uint32_t ctr_en = -1;
+  if (state.prv < PRV_M)
+    ctr_en &= state.mcounteren;
+  if (state.prv < PRV_S)
+    ctr_en &= state.scounteren;
+  bool ctr_ok = (ctr_en >> (which & 31)) & 1;
+
+  if (ctr_ok) {
+    if (which >= CSR_HPMCOUNTER3 && which <= CSR_HPMCOUNTER31)
+      return 0;
+    if (xlen == 32 && which >= CSR_HPMCOUNTER3H && which <= CSR_HPMCOUNTER31H)
+      return 0;
+  }
+  if (which >= CSR_MHPMCOUNTER3 && which <= CSR_MHPMCOUNTER31)
+    return 0;
+  if (xlen == 32 && which >= CSR_MHPMCOUNTER3H && which <= CSR_MHPMCOUNTER31H)
+    return 0;
+  if (which >= CSR_MHPMEVENT3 && which <= CSR_MHPMEVENT31)
+    return 0;
+
   switch (which)
   {
     case CSR_FFLAGS:
@@ -416,36 +495,21 @@ reg_t processor_t::get_csr(int which)
       if (!supports_extension('F'))
         break;
       return (state.fflags << FSR_AEXC_SHIFT) | (state.frm << FSR_RD_SHIFT);
-    case CSR_TIME:
     case CSR_INSTRET:
     case CSR_CYCLE:
-      if ((state.mucounteren >> (which & (xlen-1))) & 1)
-        return get_csr(which + (CSR_MCYCLE - CSR_CYCLE));
+      if (ctr_ok)
+        return state.minstret;
       break;
-    case CSR_STIME:
-    case CSR_SINSTRET:
-    case CSR_SCYCLE:
-      if ((state.mscounteren >> (which & (xlen-1))) & 1)
-        return get_csr(which + (CSR_MCYCLE - CSR_SCYCLE));
+    case CSR_MINSTRET:
+    case CSR_MCYCLE:
+      return state.minstret;
+    case CSR_MINSTRETH:
+    case CSR_MCYCLEH:
+      if (xlen == 32)
+        return state.minstret >> 32;
       break;
-    case CSR_MUCOUNTEREN: return state.mucounteren;
-    case CSR_MSCOUNTEREN: return state.mscounteren;
-    case CSR_MUCYCLE_DELTA: return 0;
-    case CSR_MUTIME_DELTA: return 0;
-    case CSR_MUINSTRET_DELTA: return 0;
-    case CSR_MSCYCLE_DELTA: return 0;
-    case CSR_MSTIME_DELTA: return 0;
-    case CSR_MSINSTRET_DELTA: return 0;
-    case CSR_MUCYCLE_DELTAH: if (xlen > 32) break; else return 0;
-    case CSR_MUTIME_DELTAH: if (xlen > 32) break; else return 0;
-    case CSR_MUINSTRET_DELTAH: if (xlen > 32) break; else return 0;
-    case CSR_MSCYCLE_DELTAH: if (xlen > 32) break; else return 0;
-    case CSR_MSTIME_DELTAH: if (xlen > 32) break; else return 0;
-    case CSR_MSINSTRET_DELTAH: if (xlen > 32) break; else return 0;
-    case CSR_MCYCLE: return state.minstret;
-    case CSR_MINSTRET: return state.minstret;
-    case CSR_MCYCLEH: if (xlen > 32) break; else return state.minstret >> 32;
-    case CSR_MINSTRETH: if (xlen > 32) break; else return state.minstret >> 32;
+    case CSR_SCOUNTEREN: return state.scounteren;
+    case CSR_MCOUNTEREN: return state.mcounteren;
     case CSR_SSTATUS: {
       reg_t mask = SSTATUS_SIE | SSTATUS_SPIE | SSTATUS_SPP | SSTATUS_FS
                  | SSTATUS_XS | SSTATUS_PUM;
@@ -464,8 +528,10 @@ reg_t processor_t::get_csr(int which)
       if (max_xlen > xlen)
         return state.scause | ((state.scause >> (max_xlen-1)) << (xlen-1));
       return state.scause;
-    case CSR_SPTBR: return state.sptbr;
-    case CSR_SASID: return 0;
+    case CSR_SPTBR:
+      if (get_field(state.mstatus, MSTATUS_TVM))
+        require_privilege(PRV_M);
+      return state.sptbr;
     case CSR_SSCRATCH: return state.sscratch;
     case CSR_MSTATUS: return state.mstatus;
     case CSR_MIP: return state.mip;
@@ -482,11 +548,43 @@ reg_t processor_t::get_csr(int which)
     case CSR_MTVEC: return state.mtvec;
     case CSR_MEDELEG: return state.medeleg;
     case CSR_MIDELEG: return state.mideleg;
+    case CSR_TSELECT: return state.tselect;
+    case CSR_TDATA1:
+      if (state.tselect < state.num_triggers) {
+        reg_t v = 0;
+        mcontrol_t *mc = &state.mcontrol[state.tselect];
+        v = set_field(v, MCONTROL_TYPE(xlen), mc->type);
+        v = set_field(v, MCONTROL_DMODE(xlen), mc->dmode);
+        v = set_field(v, MCONTROL_MASKMAX(xlen), mc->maskmax);
+        v = set_field(v, MCONTROL_SELECT, mc->select);
+        v = set_field(v, MCONTROL_TIMING, mc->timing);
+        v = set_field(v, MCONTROL_ACTION, mc->action);
+        v = set_field(v, MCONTROL_CHAIN, mc->chain);
+        v = set_field(v, MCONTROL_MATCH, mc->match);
+        v = set_field(v, MCONTROL_M, mc->m);
+        v = set_field(v, MCONTROL_H, mc->h);
+        v = set_field(v, MCONTROL_S, mc->s);
+        v = set_field(v, MCONTROL_U, mc->u);
+        v = set_field(v, MCONTROL_EXECUTE, mc->execute);
+        v = set_field(v, MCONTROL_STORE, mc->store);
+        v = set_field(v, MCONTROL_LOAD, mc->load);
+        return v;
+      } else {
+        return 0;
+      }
+      break;
+    case CSR_TDATA2:
+      if (state.tselect < state.num_triggers) {
+        return state.tdata2[state.tselect];
+      } else {
+        return 0;
+      }
+      break;
+    case CSR_TDATA3: return 0;
     case CSR_DCSR:
       {
         uint32_t v = 0;
         v = set_field(v, DCSR_XDEBUGVER, 1);
-        v = set_field(v, DCSR_HWBPCOUNT, 0);
         v = set_field(v, DCSR_NDRESET, 0);
         v = set_field(v, DCSR_FULLRESET, 0);
         v = set_field(v, DCSR_PRV, state.dcsr.prv);
@@ -561,7 +659,7 @@ void processor_t::build_opcode_map()
   std::sort(instructions.begin(), instructions.end(), cmp());
 
   for (size_t i = 0; i < OPCODE_CACHE_SIZE; i++)
-    opcode_cache[i] = {1, 0, &illegal_instruction, &illegal_instruction};
+    opcode_cache[i] = {0, 0, &illegal_instruction, &illegal_instruction};
 }
 
 void processor_t::register_extension(extension_t* x)
@@ -595,6 +693,17 @@ void processor_t::register_base_instructions()
 
 bool processor_t::load(reg_t addr, size_t len, uint8_t* bytes)
 {
+  switch (addr)
+  {
+    case 0:
+      if (len <= 4) {
+        memset(bytes, 0, len);
+        bytes[0] = get_field(state.mip, MIP_MSIP);
+        return true;
+      }
+      break;
+  }
+
   return false;
 }
 
@@ -603,12 +712,32 @@ bool processor_t::store(reg_t addr, size_t len, const uint8_t* bytes)
   switch (addr)
   {
     case 0:
-      state.mip &= ~MIP_MSIP;
-      if (bytes[0] & 1)
-        state.mip |= MIP_MSIP;
-      return true;
+      if (len <= 4) {
+        state.mip = set_field(state.mip, MIP_MSIP, bytes[0]);
+        return true;
+      }
+      break;
+  }
 
-    default:
-      return false;
+  return false;
+}
+
+void processor_t::trigger_updated()
+{
+  mmu->flush_tlb();
+  mmu->check_triggers_fetch = false;
+  mmu->check_triggers_load = false;
+  mmu->check_triggers_store = false;
+
+  for (unsigned i = 0; i < state.num_triggers; i++) {
+    if (state.mcontrol[i].execute) {
+      mmu->check_triggers_fetch = true;
+    }
+    if (state.mcontrol[i].load) {
+      mmu->check_triggers_load = true;
+    }
+    if (state.mcontrol[i].store) {
+      mmu->check_triggers_store = true;
+    }
   }
 }