Fix spike-dasm. (#184)
[riscv-isa-sim.git] / riscv / processor.cc
index 29307fd5ba9b5aa604bc184aadfc8238bb9fcbbb..7a5df901b315c7a5b1642c45415520cdcb659ef3 100644 (file)
@@ -7,7 +7,6 @@
 #include "sim.h"
 #include "mmu.h"
 #include "disasm.h"
-#include "gdbserver.h"
 #include <cinttypes>
 #include <cmath>
 #include <cstdlib>
 #undef STATE
 #define STATE state
 
-processor_t::processor_t(const char* isa, sim_t* sim, uint32_t id,
+processor_t::processor_t(const char* isa, simif_t* sim, uint32_t id,
         bool halt_on_reset)
-  : debug(false), sim(sim), ext(NULL), id(id), halt_on_reset(halt_on_reset)
+  : debug(false), halt_request(false), sim(sim), ext(NULL), id(id),
+  halt_on_reset(halt_on_reset), last_pc(1), executions(1)
 {
   parse_isa_string(isa);
   register_base_instructions();
@@ -61,20 +61,20 @@ void processor_t::parse_isa_string(const char* str)
     lowercase += std::tolower(*r);
 
   const char* p = lowercase.c_str();
-  const char* all_subsets = "imafdc";
+  const char* all_subsets = "imafdqc";
 
   max_xlen = 64;
-  isa = reg_t(2) << 62;
+  state.misa = reg_t(2) << 62;
 
   if (strncmp(p, "rv32", 4) == 0)
-    max_xlen = 32, isa = reg_t(1) << 30, p += 4;
+    max_xlen = 32, state.misa = reg_t(1) << 30, p += 4;
   else if (strncmp(p, "rv64", 4) == 0)
     p += 4;
   else if (strncmp(p, "rv", 2) == 0)
     p += 2;
 
   if (!*p) {
-    p = all_subsets;
+    p = "imafdc";
   } else if (*p == 'g') { // treat "G" as "IMAFD"
     tmp = std::string("imafd") + (p+1);
     p = &tmp[0];
@@ -83,11 +83,11 @@ 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
+  state.misa |= 1L << ('s' - 'a'); // advertise support for supervisor mode
+  state.misa |= 1L << ('u' - 'a'); // advertise support for user mode
 
   while (*p) {
-    isa |= 1L << (*p - 'a');
+    state.misa |= 1L << (*p - 'a');
 
     if (auto next = strchr(all_subsets, *p)) {
       all_subsets = next + 1;
@@ -106,19 +106,21 @@ void processor_t::parse_isa_string(const char* str)
   if (supports_extension('D') && !supports_extension('F'))
     bad_isa_string(str);
 
-  // advertise support for supervisor and user modes
-  isa |= 1L << ('s' - 'a');
-  isa |= 1L << ('u' - 'a');
+  if (supports_extension('Q') && !supports_extension('D'))
+    bad_isa_string(str);
+
+  if (supports_extension('Q') && max_xlen < 64)
+    bad_isa_string(str);
 
-  max_isa = isa;
+  max_isa = state.misa;
 }
 
-void state_t::reset()
+void state_t::reset(reg_t max_isa)
 {
   memset(this, 0, sizeof(*this));
+  misa = max_isa;
   prv = PRV_M;
   pc = DEFAULT_RSTVEC;
-  mtvec = DEFAULT_MTVEC;
   load_reservation = -1;
   tselect = 0;
   for (unsigned int i = 0; i < num_triggers; i++)
@@ -145,13 +147,16 @@ void processor_t::set_histogram(bool value)
 
 void processor_t::reset()
 {
-  state.reset();
+  state.reset(max_isa);
   state.dcsr.halt = halt_on_reset;
   halt_on_reset = false;
   set_csr(CSR_MSTATUS, state.mstatus);
 
   if (ext)
     ext->reset(); // reset the extension
+
+  if (sim)
+    sim->proc_reset(id);
 }
 
 // Count number of contiguous 0 bits starting from the LSB.
@@ -172,20 +177,56 @@ void processor_t::take_interrupt(reg_t pending_interrupts)
 
   reg_t sie = get_field(state.mstatus, MSTATUS_SIE);
   reg_t s_enabled = state.prv < PRV_S || (state.prv == PRV_S && sie);
+  // M-ints have highest priority; consider S-ints only if no M-ints pending
   if (enabled_interrupts == 0)
     enabled_interrupts = pending_interrupts & state.mideleg & -s_enabled;
 
-  if (enabled_interrupts)
+  if (state.dcsr.cause == 0 && enabled_interrupts) {
+    // nonstandard interrupts have highest priority
+    if (enabled_interrupts >> IRQ_M_EXT)
+      enabled_interrupts = enabled_interrupts >> IRQ_M_EXT << IRQ_M_EXT;
+    // external interrupts have next-highest priority
+    else if (enabled_interrupts & (MIP_MEIP | MIP_SEIP))
+      enabled_interrupts = enabled_interrupts & (MIP_MEIP | MIP_SEIP);
+    // software interrupts have next-highest priority
+    else if (enabled_interrupts & (MIP_MSIP | MIP_SSIP))
+      enabled_interrupts = enabled_interrupts & (MIP_MSIP | MIP_SSIP);
+    // timer interrupts have next-highest priority
+    else if (enabled_interrupts & (MIP_MTIP | MIP_STIP))
+      enabled_interrupts = enabled_interrupts & (MIP_MTIP | MIP_STIP);
+    else
+      abort();
+
     throw trap_t(((reg_t)1 << (max_xlen-1)) | ctz(enabled_interrupts));
+  }
 }
 
-void processor_t::set_privilege(reg_t prv)
+static int xlen_to_uxl(int xlen)
+{
+  if (xlen == 32)
+    return 1;
+  if (xlen == 64)
+    return 2;
+  abort();
+}
+
+reg_t processor_t::legalize_privilege(reg_t prv)
 {
   assert(prv <= PRV_M);
-  if (prv == PRV_H)
-    prv = PRV_U;
+
+  if (!supports_extension('U'))
+    return PRV_M;
+
+  if (prv == PRV_H || !supports_extension('S'))
+    return PRV_U;
+
+  return prv;
+}
+
+void processor_t::set_privilege(reg_t prv)
+{
   mmu->flush_tlb();
-  state.prv = prv;
+  state.prv = legalize_privilege(prv);
 }
 
 void processor_t::enter_debug_mode(uint8_t cause)
@@ -194,7 +235,7 @@ void processor_t::enter_debug_mode(uint8_t cause)
   state.dcsr.prv = state.prv;
   set_privilege(PRV_M);
   state.dpc = state.pc;
-  state.pc = DEBUG_ROM_START;
+  state.pc = DEBUG_ROM_ENTRY;
 }
 
 void processor_t::take_trap(trap_t& t, reg_t epc)
@@ -202,53 +243,56 @@ void processor_t::take_trap(trap_t& t, reg_t epc)
   if (debug) {
     fprintf(stderr, "core %3d: exception %s, epc 0x%016" PRIx64 "\n",
             id, t.name(), epc);
-    if (t.has_badaddr())
-      fprintf(stderr, "core %3d:           badaddr 0x%016" PRIx64 "\n", id,
-          t.get_badaddr());
+    if (t.has_tval())
+      fprintf(stderr, "core %3d:           tval 0x%016" PRIx64 "\n", id,
+          t.get_tval());
+  }
+
+  if (state.dcsr.cause) {
+    if (t.cause() == CAUSE_BREAKPOINT) {
+      state.pc = DEBUG_ROM_ENTRY;
+    } else {
+      state.pc = DEBUG_ROM_TVEC;
+    }
+    return;
   }
 
   if (t.cause() == CAUSE_BREAKPOINT && (
               (state.prv == PRV_M && state.dcsr.ebreakm) ||
-              (state.prv == PRV_H && state.dcsr.ebreakh) ||
               (state.prv == PRV_S && state.dcsr.ebreaks) ||
               (state.prv == PRV_U && state.dcsr.ebreaku))) {
     enter_debug_mode(DCSR_CAUSE_SWBP);
     return;
   }
 
-  if (state.dcsr.cause) {
-    state.pc = DEBUG_ROM_EXCEPTION;
-    return;
-  }
-
   // by default, trap to M-mode, unless delegated to S-mode
   reg_t bit = t.cause();
   reg_t deleg = state.medeleg;
-  if (bit & ((reg_t)1 << (max_xlen-1)))
+  bool interrupt = (bit & ((reg_t)1 << (max_xlen-1))) != 0;
+  if (interrupt)
     deleg = state.mideleg, bit &= ~((reg_t)1 << (max_xlen-1));
   if (state.prv <= PRV_S && bit < max_xlen && ((deleg >> bit) & 1)) {
     // handle the trap in S-mode
     state.pc = state.stvec;
     state.scause = t.cause();
     state.sepc = epc;
-    if (t.has_badaddr())
-      state.sbadaddr = t.get_badaddr();
+    state.stval = t.get_tval();
 
     reg_t s = state.mstatus;
-    s = set_field(s, MSTATUS_SPIE, get_field(s, MSTATUS_UIE << state.prv));
+    s = set_field(s, MSTATUS_SPIE, get_field(s, MSTATUS_SIE));
     s = set_field(s, MSTATUS_SPP, state.prv);
     s = set_field(s, MSTATUS_SIE, 0);
     set_csr(CSR_MSTATUS, s);
     set_privilege(PRV_S);
   } else {
-    state.pc = state.mtvec;
+    reg_t vector = (state.mtvec & 1) && interrupt ? 4*bit : 0;
+    state.pc = (state.mtvec & ~(reg_t)1) + vector;
     state.mepc = epc;
     state.mcause = t.cause();
-    if (t.has_badaddr())
-      state.mbadaddr = t.get_badaddr();
+    state.mtval = t.get_tval();
 
     reg_t s = state.mstatus;
-    s = set_field(s, MSTATUS_MPIE, get_field(s, MSTATUS_UIE << state.prv));
+    s = set_field(s, MSTATUS_MPIE, get_field(s, MSTATUS_MIE));
     s = set_field(s, MSTATUS_MPP, state.prv);
     s = set_field(s, MSTATUS_MIE, 0);
     set_csr(CSR_MSTATUS, s);
@@ -261,8 +305,19 @@ void processor_t::take_trap(trap_t& t, reg_t epc)
 void processor_t::disasm(insn_t insn)
 {
   uint64_t bits = insn.bits() & ((1ULL << (8 * insn_length(insn.bits()))) - 1);
-  fprintf(stderr, "core %3d: 0x%016" PRIx64 " (0x%08" PRIx64 ") %s\n",
-          id, state.pc, bits, disassembler->disassemble(insn).c_str());
+  if (last_pc != state.pc || last_bits != bits) {
+    if (executions != 1) {
+      fprintf(stderr, "core %3d: Executed %" PRIx64 " times\n", id, executions);
+    }
+
+    fprintf(stderr, "core %3d: 0x%016" PRIx64 " (0x%08" PRIx64 ") %s\n",
+            id, state.pc, bits, disassembler->disassemble(insn).c_str());
+    last_pc = state.pc;
+    last_bits = bits;
+    executions = 1;
+  } else {
+    executions++;
+  }
 }
 
 int processor_t::paddr_bits()
@@ -293,12 +348,19 @@ void processor_t::set_csr(int which, reg_t val)
       break;
     case CSR_MSTATUS: {
       if ((val ^ state.mstatus) &
-          (MSTATUS_MPP | MSTATUS_MPRV | MSTATUS_PUM | MSTATUS_MXR))
+          (MSTATUS_MPP | MSTATUS_MPRV | MSTATUS_SUM | MSTATUS_MXR))
         mmu->flush_tlb();
 
       reg_t mask = MSTATUS_SIE | MSTATUS_SPIE | MSTATUS_MIE | MSTATUS_MPIE
-                 | MSTATUS_SPP | MSTATUS_FS | MSTATUS_MPRV | MSTATUS_PUM
-                 | MSTATUS_MPP | MSTATUS_MXR | (ext ? MSTATUS_XS : 0);
+                 | MSTATUS_FS | MSTATUS_MPRV | MSTATUS_SUM
+                 | MSTATUS_MXR | MSTATUS_TW | MSTATUS_TVM
+                 | MSTATUS_TSR | MSTATUS_UXL | MSTATUS_SXL |
+                 (ext ? MSTATUS_XS : 0);
+
+      reg_t requested_mpp = legalize_privilege(get_field(val, MSTATUS_MPP));
+      state.mstatus = set_field(state.mstatus, MSTATUS_MPP, requested_mpp);
+      if (supports_extension('S'))
+        mask |= MSTATUS_SPP;
 
       state.mstatus = (state.mstatus & ~mask) | (val & mask);
 
@@ -309,8 +371,10 @@ void processor_t::set_csr(int which, reg_t val)
       else
         state.mstatus = set_field(state.mstatus, MSTATUS64_SD, dirty);
 
-      // spike supports the notion of xlen < max_xlen, but current priv spec
-      // doesn't provide a mechanism to run RV32 software on an RV64 machine
+      state.mstatus = set_field(state.mstatus, MSTATUS_UXL, xlen_to_uxl(max_xlen));
+      state.mstatus = set_field(state.mstatus, MSTATUS_UXL, xlen_to_uxl(max_xlen));
+      state.mstatus = set_field(state.mstatus, MSTATUS_SXL, xlen_to_uxl(max_xlen));
+      // U-XLEN == S-XLEN == M-XLEN
       xlen = max_xlen;
       break;
     }
@@ -326,10 +390,13 @@ void processor_t::set_csr(int which, reg_t val)
       state.mideleg = (state.mideleg & ~delegable_ints) | (val & delegable_ints);
       break;
     case CSR_MEDELEG: {
-      reg_t mask = 0;
-#define DECLARE_CAUSE(name, value) mask |= 1ULL << (value);
-#include "encoding.h"
-#undef DECLARE_CAUSE
+      reg_t mask =
+        (1 << CAUSE_MISALIGNED_FETCH) |
+        (1 << CAUSE_BREAKPOINT) |
+        (1 << CAUSE_USER_ECALL) |
+        (1 << CAUSE_FETCH_PAGE_FAULT) |
+        (1 << CAUSE_LOAD_PAGE_FAULT) |
+        (1 << CAUSE_STORE_PAGE_FAULT);
       state.medeleg = (state.medeleg & ~mask) | (val & mask);
       break;
     }
@@ -344,15 +411,15 @@ void processor_t::set_csr(int which, reg_t val)
     case CSR_MCYCLEH:
       state.minstret = (val << 32) | (state.minstret << 32 >> 32);
       break;
-    case CSR_MUCOUNTEREN:
-      state.mucounteren = val;
+    case CSR_SCOUNTEREN:
+      state.scounteren = val;
       break;
-    case CSR_MSCOUNTEREN:
-      state.mscounteren = val;
+    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;
+                 | SSTATUS_XS | SSTATUS_SUM | SSTATUS_MXR;
       return set_csr(CSR_MSTATUS, (state.mstatus & ~mask) | (val & mask));
     }
     case CSR_SIP: {
@@ -362,25 +429,26 @@ void processor_t::set_csr(int which, reg_t val)
     case CSR_SIE:
       return set_csr(CSR_MIE,
                      (state.mie & ~state.mideleg) | (val & state.mideleg));
-    case CSR_SPTBR: {
+    case CSR_SATP: {
       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))
-        state.sptbr = val & (SPTBR64_PPN | SPTBR64_MODE);
+        state.satp = val & (SATP32_PPN | SATP32_MODE);
+      if (max_xlen == 64 && (get_field(val, SATP64_MODE) == SATP_MODE_OFF ||
+                             get_field(val, SATP64_MODE) == SATP_MODE_SV39 ||
+                             get_field(val, SATP64_MODE) == SATP_MODE_SV48))
+        state.satp = val & (SATP64_PPN | SATP64_MODE);
       break;
     }
-    case CSR_SEPC: state.sepc = val; break;
+    case CSR_SEPC: state.sepc = val & ~(reg_t)1; break;
     case CSR_STVEC: state.stvec = val >> 2 << 2; break;
     case CSR_SSCRATCH: state.sscratch = val; break;
     case CSR_SCAUSE: state.scause = val; break;
-    case CSR_SBADADDR: state.sbadaddr = val; break;
-    case CSR_MEPC: state.mepc = val; break;
-    case CSR_MTVEC: state.mtvec = val >> 2 << 2; break;
+    case CSR_STVAL: state.stval = val; break;
+    case CSR_MEPC: state.mepc = val & ~(reg_t)1; break;
+    case CSR_MTVEC: state.mtvec = val & ~(reg_t)2; break;
     case CSR_MSCRATCH: state.mscratch = val; break;
     case CSR_MCAUSE: state.mcause = val; break;
-    case CSR_MBADADDR: state.mbadaddr = val; break;
+    case CSR_MTVAL: state.mtval = val; break;
     case CSR_MISA: {
       if (!(val & (1L << ('F' - 'A'))))
         val &= ~(1L << ('D' - 'A'));
@@ -394,7 +462,7 @@ void processor_t::set_csr(int which, reg_t val)
       mask |= 1L << ('C' - 'A');
       mask &= max_isa;
 
-      isa = (val & mask) | (isa & ~mask);
+      state.misa = (val & mask) | (state.misa & ~mask);
       break;
     }
     case CSR_TSELECT:
@@ -446,7 +514,7 @@ void processor_t::set_csr(int which, reg_t val)
       state.dcsr.halt = get_field(val, DCSR_HALT);
       break;
     case CSR_DPC:
-      state.dpc = val;
+      state.dpc = val & ~(reg_t)1;
       break;
     case CSR_DSCRATCH:
       state.dscratch = val;
@@ -456,8 +524,11 @@ void processor_t::set_csr(int which, reg_t val)
 
 reg_t processor_t::get_csr(int which)
 {
-  reg_t ctr_en = state.prv == PRV_U ? state.mucounteren :
-                 state.prv == PRV_S ? state.mscounteren : -1U;
+  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) {
@@ -468,7 +539,7 @@ reg_t processor_t::get_csr(int which)
   }
   if (which >= CSR_MHPMCOUNTER3 && which <= CSR_MHPMCOUNTER31)
     return 0;
-  if (xlen == 32 && which >= CSR_MHPMCOUNTER3 && which <= CSR_MHPMCOUNTER31)
+  if (xlen == 32 && which >= CSR_MHPMCOUNTER3H && which <= CSR_MHPMCOUNTER31H)
     return 0;
   if (which >= CSR_MHPMEVENT3 && which <= CSR_MHPMEVENT31)
     return 0;
@@ -498,16 +569,21 @@ reg_t processor_t::get_csr(int which)
     case CSR_MINSTRET:
     case CSR_MCYCLE:
       return state.minstret;
+    case CSR_INSTRETH:
+    case CSR_CYCLEH:
+      if (ctr_ok && xlen == 32)
+        return state.minstret >> 32;
+      break;
     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_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;
+                 | SSTATUS_XS | SSTATUS_SUM | SSTATUS_UXL;
       reg_t sstatus = state.mstatus & mask;
       if ((sstatus & SSTATUS_FS) == SSTATUS_FS ||
           (sstatus & SSTATUS_XS) == SSTATUS_XS)
@@ -517,13 +593,16 @@ reg_t processor_t::get_csr(int which)
     case CSR_SIP: return state.mip & state.mideleg;
     case CSR_SIE: return state.mie & state.mideleg;
     case CSR_SEPC: return state.sepc;
-    case CSR_SBADADDR: return state.sbadaddr;
+    case CSR_STVAL: return state.stval;
     case CSR_STVEC: return state.stvec;
     case CSR_SCAUSE:
       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_SATP:
+      if (get_field(state.mstatus, MSTATUS_TVM))
+        require_privilege(PRV_M);
+      return state.satp;
     case CSR_SSCRATCH: return state.sscratch;
     case CSR_MSTATUS: return state.mstatus;
     case CSR_MIP: return state.mip;
@@ -531,8 +610,8 @@ reg_t processor_t::get_csr(int which)
     case CSR_MEPC: return state.mepc;
     case CSR_MSCRATCH: return state.mscratch;
     case CSR_MCAUSE: return state.mcause;
-    case CSR_MBADADDR: return state.mbadaddr;
-    case CSR_MISA: return isa;
+    case CSR_MTVAL: return state.mtval;
+    case CSR_MISA: return state.misa;
     case CSR_MARCHID: return 0;
     case CSR_MIMPID: return 0;
     case CSR_MVENDORID: return 0;
@@ -577,19 +656,15 @@ reg_t processor_t::get_csr(int which)
       {
         uint32_t v = 0;
         v = set_field(v, DCSR_XDEBUGVER, 1);
-        v = set_field(v, DCSR_NDRESET, 0);
-        v = set_field(v, DCSR_FULLRESET, 0);
-        v = set_field(v, DCSR_PRV, state.dcsr.prv);
-        v = set_field(v, DCSR_STEP, state.dcsr.step);
-        v = set_field(v, DCSR_DEBUGINT, sim->debug_module.get_interrupt(id));
-        v = set_field(v, DCSR_STOPCYCLE, 0);
-        v = set_field(v, DCSR_STOPTIME, 0);
         v = set_field(v, DCSR_EBREAKM, state.dcsr.ebreakm);
         v = set_field(v, DCSR_EBREAKH, state.dcsr.ebreakh);
         v = set_field(v, DCSR_EBREAKS, state.dcsr.ebreaks);
         v = set_field(v, DCSR_EBREAKU, state.dcsr.ebreaku);
-        v = set_field(v, DCSR_HALT, state.dcsr.halt);
+        v = set_field(v, DCSR_STOPCYCLE, 0);
+        v = set_field(v, DCSR_STOPTIME, 0);
         v = set_field(v, DCSR_CAUSE, state.dcsr.cause);
+        v = set_field(v, DCSR_STEP, state.dcsr.step);
+        v = set_field(v, DCSR_PRV, state.dcsr.prv);
         return v;
       }
     case CSR_DPC:
@@ -597,12 +672,12 @@ reg_t processor_t::get_csr(int which)
     case CSR_DSCRATCH:
       return state.dscratch;
   }
-  throw trap_illegal_instruction();
+  throw trap_illegal_instruction(0);
 }
 
 reg_t illegal_instruction(processor_t* p, insn_t insn, reg_t pc)
 {
-  throw trap_illegal_instruction();
+  throw trap_illegal_instruction(0);
 }
 
 insn_func_t processor_t::decode_insn(insn_t insn)