Allow querying the mmu configuration chosen during the build. (#191)
[riscv-isa-sim.git] / riscv / mmu.h
index 614ffc44c142e8df7690c8b99db13ddcc13766ad..a3f06c60e9d920ea81f78ee7c284ea4e46085fcf 100644 (file)
@@ -26,10 +26,15 @@ struct insn_fetch_t
 
 struct icache_entry_t {
   reg_t tag;
-  reg_t pad;
+  struct icache_entry_t* next;
   insn_fetch_t data;
 };
 
+struct tlb_entry_t {
+  char* host_offset;
+  reg_t target_offset;
+};
+
 class trigger_matched_t
 {
   public:
@@ -48,19 +53,41 @@ class trigger_matched_t
 class mmu_t
 {
 public:
-  mmu_t(sim_t* sim, processor_t* proc);
+  mmu_t(simif_t* sim, processor_t* proc);
   ~mmu_t();
 
+  inline reg_t misaligned_load(reg_t addr, size_t size)
+  {
+#ifdef RISCV_ENABLE_MISALIGNED
+    reg_t res = 0;
+    for (size_t i = 0; i < size; i++)
+      res += (reg_t)load_uint8(addr + i) << (i * 8);
+    return res;
+#else
+    throw trap_load_address_misaligned(addr);
+#endif
+  }
+
+  inline void misaligned_store(reg_t addr, reg_t data, size_t size)
+  {
+#ifdef RISCV_ENABLE_MISALIGNED
+    for (size_t i = 0; i < size; i++)
+      store_uint8(addr + i, data >> (i * 8));
+#else
+    throw trap_store_address_misaligned(addr);
+#endif
+  }
+
   // template for functions that load an aligned value from memory
   #define load_func(type) \
     inline type##_t load_##type(reg_t addr) { \
-      if (addr & (sizeof(type##_t)-1)) \
-        throw trap_load_address_misaligned(addr); \
+      if (unlikely(addr & (sizeof(type##_t)-1))) \
+        return misaligned_load(addr, sizeof(type##_t)); \
       reg_t vpn = addr >> PGSHIFT; \
       if (likely(tlb_load_tag[vpn % TLB_ENTRIES] == vpn)) \
-        return *(type##_t*)(tlb_data[vpn % TLB_ENTRIES] + addr); \
+        return *(type##_t*)(tlb_data[vpn % TLB_ENTRIES].host_offset + addr); \
       if (unlikely(tlb_load_tag[vpn % TLB_ENTRIES] == (vpn | TLB_CHECK_TRIGGERS))) { \
-        type##_t data = *(type##_t*)(tlb_data[vpn % TLB_ENTRIES] + addr); \
+        type##_t data = *(type##_t*)(tlb_data[vpn % TLB_ENTRIES].host_offset + addr); \
         if (!matched_trigger) { \
           matched_trigger = trigger_exception(OPERATION_LOAD, addr, data); \
           if (matched_trigger) \
@@ -88,29 +115,71 @@ public:
   // template for functions that store an aligned value to memory
   #define store_func(type) \
     void store_##type(reg_t addr, type##_t val) { \
-      if (addr & (sizeof(type##_t)-1)) \
-        throw trap_store_address_misaligned(addr); \
+      if (unlikely(addr & (sizeof(type##_t)-1))) \
+        return misaligned_store(addr, val, sizeof(type##_t)); \
       reg_t vpn = addr >> PGSHIFT; \
       if (likely(tlb_store_tag[vpn % TLB_ENTRIES] == vpn)) \
-        *(type##_t*)(tlb_data[vpn % TLB_ENTRIES] + addr) = val; \
+        *(type##_t*)(tlb_data[vpn % TLB_ENTRIES].host_offset + 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; \
+        *(type##_t*)(tlb_data[vpn % TLB_ENTRIES].host_offset + 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_tval()); \
+      } catch (trap_load_access_fault& t) { \
+        /* AMO faults should be reported as store faults */ \
+        throw trap_store_access_fault(t.get_tval()); \
+      } \
+    }
+
+  void store_float128(reg_t addr, float128_t val)
+  {
+#ifndef RISCV_ENABLE_MISALIGNED
+    if (unlikely(addr & (sizeof(float128_t)-1)))
+      throw trap_store_address_misaligned(addr);
+#endif
+    store_uint64(addr, val.v[0]);
+    store_uint64(addr + 8, val.v[1]);
+  }
+
+  float128_t load_float128(reg_t addr)
+  {
+#ifndef RISCV_ENABLE_MISALIGNED
+    if (unlikely(addr & (sizeof(float128_t)-1)))
+      throw trap_load_address_misaligned(addr);
+#endif
+    return (float128_t){load_uint64(addr), load_uint64(addr + 8)};
+  }
+
   // 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)
@@ -120,29 +189,30 @@ public:
 
   inline icache_entry_t* refill_icache(reg_t addr, icache_entry_t* entry)
   {
-    const uint16_t* iaddr = translate_insn_addr(addr);
-    insn_bits_t insn = *iaddr;
+    auto tlb_entry = translate_insn_addr(addr);
+    insn_bits_t insn = *(uint16_t*)(tlb_entry.host_offset + addr);
     int length = insn_length(insn);
 
     if (likely(length == 4)) {
-      insn |= (insn_bits_t)*(const int16_t*)translate_insn_addr(addr + 2) << 16;
+      insn |= (insn_bits_t)*(const int16_t*)translate_insn_addr_to_host(addr + 2) << 16;
     } else if (length == 2) {
       insn = (int16_t)insn;
     } else if (length == 6) {
-      insn |= (insn_bits_t)*(const int16_t*)translate_insn_addr(addr + 4) << 32;
-      insn |= (insn_bits_t)*(const uint16_t*)translate_insn_addr(addr + 2) << 16;
+      insn |= (insn_bits_t)*(const int16_t*)translate_insn_addr_to_host(addr + 4) << 32;
+      insn |= (insn_bits_t)*(const uint16_t*)translate_insn_addr_to_host(addr + 2) << 16;
     } else {
       static_assert(sizeof(insn_bits_t) == 8, "insn_bits_t must be uint64_t");
-      insn |= (insn_bits_t)*(const int16_t*)translate_insn_addr(addr + 6) << 48;
-      insn |= (insn_bits_t)*(const uint16_t*)translate_insn_addr(addr + 4) << 32;
-      insn |= (insn_bits_t)*(const uint16_t*)translate_insn_addr(addr + 2) << 16;
+      insn |= (insn_bits_t)*(const int16_t*)translate_insn_addr_to_host(addr + 6) << 48;
+      insn |= (insn_bits_t)*(const uint16_t*)translate_insn_addr_to_host(addr + 4) << 32;
+      insn |= (insn_bits_t)*(const uint16_t*)translate_insn_addr_to_host(addr + 2) << 16;
     }
 
     insn_fetch_t fetch = {proc->decode_insn(insn), insn};
     entry->tag = addr;
+    entry->next = &icache[icache_index(addr + length)];
     entry->data = fetch;
 
-    reg_t paddr = sim->mem_to_addr((char*)iaddr);
+    reg_t paddr = tlb_entry.target_offset + addr;;
     if (tracer.interested_in_range(paddr, paddr + 1, FETCH)) {
       entry->tag = -1;
       tracer.trace(paddr, length, FETCH);
@@ -169,8 +239,26 @@ public:
 
   void register_memtracer(memtracer_t*);
 
+  int is_dirty_enabled()
+  {
+#ifdef RISCV_ENABLE_DIRTY
+    return 1;
+#else
+    return 0;
+#endif
+  }
+
+  int is_misaligned_enabled()
+  {
+#ifdef RISCV_ENABLE_MISALIGNED
+    return 1;
+#else
+    return 0;
+#endif
+  }
+
 private:
-  sim_t* sim;
+  simif_t* sim;
   processor_t* proc;
   memtracer_list_t tracer;
   uint16_t fetch_temp;
@@ -182,46 +270,56 @@ private:
   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 = 1L<<63;
-  char* tlb_data[TLB_ENTRIES];
+  static const reg_t TLB_CHECK_TRIGGERS = reg_t(1) << 63;
+  tlb_entry_t tlb_data[TLB_ENTRIES];
   reg_t tlb_insn_tag[TLB_ENTRIES];
   reg_t tlb_load_tag[TLB_ENTRIES];
   reg_t tlb_store_tag[TLB_ENTRIES];
 
   // finish translation on a TLB miss and update the TLB
-  void refill_tlb(reg_t vaddr, reg_t paddr, access_type type);
+  tlb_entry_t refill_tlb(reg_t vaddr, reg_t paddr, char* host_addr, access_type type);
   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, reg_t prv);
 
   // handle uncommon cases: TLB misses, page faults, MMIO
-  const uint16_t* fetch_slow_path(reg_t addr);
+  tlb_entry_t fetch_slow_path(reg_t addr);
   void load_slow_path(reg_t addr, reg_t len, uint8_t* bytes);
   void store_slow_path(reg_t addr, reg_t len, const uint8_t* bytes);
   reg_t translate(reg_t addr, access_type type);
 
   // ITLB lookup
-  inline const uint16_t* translate_insn_addr(reg_t addr) {
+  inline tlb_entry_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);
+      return tlb_data[vpn % TLB_ENTRIES];
     if (unlikely(tlb_insn_tag[vpn % TLB_ENTRIES] == (vpn | TLB_CHECK_TRIGGERS))) {
-      uint16_t* ptr = (uint16_t*)(tlb_data[vpn % TLB_ENTRIES] + addr);
+      uint16_t* ptr = (uint16_t*)(tlb_data[vpn % TLB_ENTRIES].host_offset + 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 tlb_data[vpn % TLB_ENTRIES];
     }
     return fetch_slow_path(addr);
   }
 
+  inline const uint16_t* translate_insn_addr_to_host(reg_t addr) {
+    return (uint16_t*)(translate_insn_addr(addr).host_offset + 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);
   }
 
@@ -234,4 +332,35 @@ private:
   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 satp)
+{
+  if (prv == PRV_M) {
+    return {0, 0, 0, 0};
+  } else if (prv <= PRV_S && xlen == 32) {
+    switch (get_field(satp, SATP32_MODE)) {
+      case SATP_MODE_OFF: return {0, 0, 0, 0};
+      case SATP_MODE_SV32: return {2, 10, 4, (satp & SATP32_PPN) << PGSHIFT};
+      default: abort();
+    }
+  } else if (prv <= PRV_S && xlen == 64) {
+    switch (get_field(satp, SATP64_MODE)) {
+      case SATP_MODE_OFF: return {0, 0, 0, 0};
+      case SATP_MODE_SV39: return {3, 9, 8, (satp & SATP64_PPN) << PGSHIFT};
+      case SATP_MODE_SV48: return {4, 9, 8, (satp & SATP64_PPN) << PGSHIFT};
+      case SATP_MODE_SV57: return {5, 9, 8, (satp & SATP64_PPN) << PGSHIFT};
+      case SATP_MODE_SV64: return {6, 9, 8, (satp & SATP64_PPN) << PGSHIFT};
+      default: abort();
+    }
+  } else {
+    abort();
+  }
+}
+
 #endif