Update trap/break handling in nios2 prologue analyzer.
[external/binutils.git] / gdb / nios2-tdep.c
1 /* Target-machine dependent code for Nios II, for GDB.
2    Copyright (C) 2012-2015 Free Software Foundation, Inc.
3    Contributed by Peter Brookes (pbrookes@altera.com)
4    and Andrew Draper (adraper@altera.com).
5    Contributed by Mentor Graphics, Inc.
6
7    This file is part of GDB.
8
9    This program is free software; you can redistribute it and/or modify
10    it under the terms of the GNU General Public License as published by
11    the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or
12    (at your option) any later version.
13
14    This program is distributed in the hope that it will be useful,
15    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
17    GNU General Public License for more details.
18
19    You should have received a copy of the GNU General Public License
20    along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.  */
21
22 #include "defs.h"
23 #include "frame.h"
24 #include "frame-unwind.h"
25 #include "frame-base.h"
26 #include "trad-frame.h"
27 #include "dwarf2-frame.h"
28 #include "symtab.h"
29 #include "inferior.h"
30 #include "gdbtypes.h"
31 #include "gdbcore.h"
32 #include "gdbcmd.h"
33 #include "osabi.h"
34 #include "target.h"
35 #include "dis-asm.h"
36 #include "regcache.h"
37 #include "value.h"
38 #include "symfile.h"
39 #include "arch-utils.h"
40 #include "floatformat.h"
41 #include "infcall.h"
42 #include "regset.h"
43 #include "target-descriptions.h"
44
45 /* To get entry_point_address.  */
46 #include "objfiles.h"
47
48 /* Nios II ISA specific encodings and macros.  */
49 #include "opcode/nios2.h"
50
51 /* Nios II specific header.  */
52 #include "nios2-tdep.h"
53
54 #include "features/nios2.c"
55
56 /* Control debugging information emitted in this file.  */
57
58 static int nios2_debug = 0;
59
60 /* The following structures are used in the cache for prologue
61    analysis; see the reg_value and reg_saved tables in
62    struct nios2_unwind_cache, respectively.  */
63
64 /* struct reg_value is used to record that a register has the same value
65    as reg at the given offset from the start of a function.  */
66
67 struct reg_value
68 {
69   int reg;
70   unsigned int offset;
71 };
72
73 /* struct reg_saved is used to record that a register value has been saved at
74    basereg + addr, for basereg >= 0.  If basereg < 0, that indicates
75    that the register is not known to have been saved.  Note that when
76    basereg == NIOS2_Z_REGNUM (that is, r0, which holds value 0),
77    addr is an absolute address.  */
78
79 struct reg_saved
80 {
81   int basereg;
82   CORE_ADDR addr;
83 };
84
85 struct nios2_unwind_cache
86 {
87   /* The frame's base, optionally used by the high-level debug info.  */
88   CORE_ADDR base;
89
90   /* The previous frame's inner most stack address.  Used as this
91      frame ID's stack_addr.  */
92   CORE_ADDR cfa;
93
94   /* The address of the first instruction in this function.  */
95   CORE_ADDR pc;
96
97   /* Which register holds the return address for the frame.  */
98   int return_regnum;
99
100   /* Table indicating what changes have been made to each register.  */
101   struct reg_value reg_value[NIOS2_NUM_REGS];
102
103   /* Table indicating where each register has been saved.  */
104   struct reg_saved reg_saved[NIOS2_NUM_REGS];
105 };
106
107
108 /* This array is a mapping from Dwarf-2 register numbering to GDB's.  */
109
110 static int nios2_dwarf2gdb_regno_map[] =
111 {
112   0, 1, 2, 3,
113   4, 5, 6, 7,
114   8, 9, 10, 11,
115   12, 13, 14, 15,
116   16, 17, 18, 19,
117   20, 21, 22, 23,
118   24, 25,
119   NIOS2_GP_REGNUM,        /* 26 */
120   NIOS2_SP_REGNUM,        /* 27 */
121   NIOS2_FP_REGNUM,        /* 28 */
122   NIOS2_EA_REGNUM,        /* 29 */
123   NIOS2_BA_REGNUM,        /* 30 */
124   NIOS2_RA_REGNUM,        /* 31 */
125   NIOS2_PC_REGNUM,        /* 32 */
126   NIOS2_STATUS_REGNUM,    /* 33 */
127   NIOS2_ESTATUS_REGNUM,   /* 34 */
128   NIOS2_BSTATUS_REGNUM,   /* 35 */
129   NIOS2_IENABLE_REGNUM,   /* 36 */
130   NIOS2_IPENDING_REGNUM,  /* 37 */
131   NIOS2_CPUID_REGNUM,     /* 38 */
132   39, /* CTL6 */          /* 39 */
133   NIOS2_EXCEPTION_REGNUM, /* 40 */
134   NIOS2_PTEADDR_REGNUM,   /* 41 */
135   NIOS2_TLBACC_REGNUM,    /* 42 */
136   NIOS2_TLBMISC_REGNUM,   /* 43 */
137   NIOS2_ECCINJ_REGNUM,    /* 44 */
138   NIOS2_BADADDR_REGNUM,   /* 45 */
139   NIOS2_CONFIG_REGNUM,    /* 46 */
140   NIOS2_MPUBASE_REGNUM,   /* 47 */
141   NIOS2_MPUACC_REGNUM     /* 48 */
142 };
143
144
145 /* Implement the dwarf2_reg_to_regnum gdbarch method.  */
146
147 static int
148 nios2_dwarf_reg_to_regnum (struct gdbarch *gdbarch, int dw_reg)
149 {
150   if (dw_reg < 0 || dw_reg > NIOS2_NUM_REGS)
151     {
152       warning (_("Dwarf-2 uses unmapped register #%d"), dw_reg);
153       return dw_reg;
154     }
155
156   return nios2_dwarf2gdb_regno_map[dw_reg];
157 }
158
159 /* Canonical names for the 49 registers.  */
160
161 static const char *const nios2_reg_names[NIOS2_NUM_REGS] =
162 {
163   "zero", "at", "r2", "r3", "r4", "r5", "r6", "r7",
164   "r8", "r9", "r10", "r11", "r12", "r13", "r14", "r15",
165   "r16", "r17", "r18", "r19", "r20", "r21", "r22", "r23",
166   "et", "bt", "gp", "sp", "fp", "ea", "sstatus", "ra",
167   "pc",
168   "status", "estatus", "bstatus", "ienable",
169   "ipending", "cpuid", "ctl6", "exception",
170   "pteaddr", "tlbacc", "tlbmisc", "eccinj",
171   "badaddr", "config", "mpubase", "mpuacc"
172 };
173
174 /* Implement the register_name gdbarch method.  */
175
176 static const char *
177 nios2_register_name (struct gdbarch *gdbarch, int regno)
178 {
179   /* Use mnemonic aliases for GPRs.  */
180   if (regno >= 0 && regno < NIOS2_NUM_REGS)
181     return nios2_reg_names[regno];
182   else
183     return tdesc_register_name (gdbarch, regno);
184 }
185
186 /* Implement the register_type gdbarch method.  */
187
188 static struct type *
189 nios2_register_type (struct gdbarch *gdbarch, int regno)
190 {
191   /* If the XML description has register information, use that to
192      determine the register type.  */
193   if (tdesc_has_registers (gdbarch_target_desc (gdbarch)))
194     return tdesc_register_type (gdbarch, regno);
195
196   if (regno == NIOS2_PC_REGNUM)
197     return builtin_type (gdbarch)->builtin_func_ptr;
198   else if (regno == NIOS2_SP_REGNUM)
199     return builtin_type (gdbarch)->builtin_data_ptr;
200   else
201     return builtin_type (gdbarch)->builtin_uint32;
202 }
203
204 /* Given a return value in REGCACHE with a type VALTYPE,
205    extract and copy its value into VALBUF.  */
206
207 static void
208 nios2_extract_return_value (struct gdbarch *gdbarch, struct type *valtype,
209                             struct regcache *regcache, gdb_byte *valbuf)
210 {
211   int len = TYPE_LENGTH (valtype);
212
213   /* Return values of up to 8 bytes are returned in $r2 $r3.  */
214   if (len <= register_size (gdbarch, NIOS2_R2_REGNUM))
215     regcache_cooked_read (regcache, NIOS2_R2_REGNUM, valbuf);
216   else
217     {
218       gdb_assert (len <= (register_size (gdbarch, NIOS2_R2_REGNUM)
219                           + register_size (gdbarch, NIOS2_R3_REGNUM)));
220       regcache_cooked_read (regcache, NIOS2_R2_REGNUM, valbuf);
221       regcache_cooked_read (regcache, NIOS2_R3_REGNUM, valbuf + 4);
222     }
223 }
224
225 /* Write into appropriate registers a function return value
226    of type TYPE, given in virtual format.  */
227
228 static void
229 nios2_store_return_value (struct gdbarch *gdbarch, struct type *valtype,
230                           struct regcache *regcache, const gdb_byte *valbuf)
231 {
232   int len = TYPE_LENGTH (valtype);
233
234   /* Return values of up to 8 bytes are returned in $r2 $r3.  */
235   if (len <= register_size (gdbarch, NIOS2_R2_REGNUM))
236     regcache_cooked_write (regcache, NIOS2_R2_REGNUM, valbuf);
237   else
238     {
239       gdb_assert (len <= (register_size (gdbarch, NIOS2_R2_REGNUM)
240                           + register_size (gdbarch, NIOS2_R3_REGNUM)));
241       regcache_cooked_write (regcache, NIOS2_R2_REGNUM, valbuf);
242       regcache_cooked_write (regcache, NIOS2_R3_REGNUM, valbuf + 4);
243     }
244 }
245
246
247 /* Set up the default values of the registers.  */
248
249 static void
250 nios2_setup_default (struct nios2_unwind_cache *cache)
251 {
252   int i;
253
254   for (i = 0; i < NIOS2_NUM_REGS; i++)
255   {
256     /* All registers start off holding their previous values.  */
257     cache->reg_value[i].reg    = i;
258     cache->reg_value[i].offset = 0;
259
260     /* All registers start off not saved.  */
261     cache->reg_saved[i].basereg = -1;
262     cache->reg_saved[i].addr    = 0;
263   }
264 }
265
266 /* Initialize the unwind cache.  */
267
268 static void
269 nios2_init_cache (struct nios2_unwind_cache *cache, CORE_ADDR pc)
270 {
271   cache->base = 0;
272   cache->cfa = 0;
273   cache->pc = pc;
274   cache->return_regnum = NIOS2_RA_REGNUM;
275   nios2_setup_default (cache);
276 }
277
278 /* Read and identify an instruction at PC.  If INSNP is non-null,
279    store the instruction word into that location.  Return the opcode
280    pointer or NULL if the memory couldn't be read or disassembled.  */
281
282 static const struct nios2_opcode *
283 nios2_fetch_insn (struct gdbarch *gdbarch, CORE_ADDR pc,
284                   unsigned int *insnp)
285 {
286   LONGEST memword;
287   unsigned long mach = gdbarch_bfd_arch_info (gdbarch)->mach;
288   unsigned int insn;
289
290   if (!safe_read_memory_integer (pc, NIOS2_OPCODE_SIZE,
291                                  gdbarch_byte_order (gdbarch), &memword))
292     return NULL;
293
294   insn = (unsigned int) memword;
295   if (insnp)
296     *insnp = insn;
297   return nios2_find_opcode_hash (insn, mach);
298 }
299
300
301 /* Match and disassemble an ADD-type instruction, with 3 register operands.
302    Returns true on success, and fills in the operand pointers.  */
303
304 static int
305 nios2_match_add (uint32_t insn, const struct nios2_opcode *op,
306                  unsigned long mach, int *ra, int *rb, int *rc)
307 {
308   if (op->match == MATCH_R1_ADD || op->match == MATCH_R1_MOV)
309     {
310       *ra = GET_IW_R_A (insn);
311       *rb = GET_IW_R_B (insn);
312       *rc = GET_IW_R_C (insn);
313       return 1;
314     }
315   return 0;
316 }
317
318 /* Match and disassemble a SUB-type instruction, with 3 register operands.
319    Returns true on success, and fills in the operand pointers.  */
320
321 static int
322 nios2_match_sub (uint32_t insn, const struct nios2_opcode *op,
323                  unsigned long mach, int *ra, int *rb, int *rc)
324 {
325   if (op->match == MATCH_R1_SUB)
326     {
327       *ra = GET_IW_R_A (insn);
328       *rb = GET_IW_R_B (insn);
329       *rc = GET_IW_R_C (insn);
330       return 1;
331     }
332   return 0;
333 }
334
335 /* Match and disassemble an ADDI-type instruction, with 2 register operands
336    and one immediate operand.
337    Returns true on success, and fills in the operand pointers.  */
338
339 static int
340 nios2_match_addi (uint32_t insn, const struct nios2_opcode *op,
341                   unsigned long mach, int *ra, int *rb, int *imm)
342 {
343   if (op->match == MATCH_R1_ADDI)
344     {
345       *ra = GET_IW_I_A (insn);
346       *rb = GET_IW_I_B (insn);
347       *imm = (signed) (GET_IW_I_IMM16 (insn) << 16) >> 16;
348       return 1;
349     }
350   return 0;
351 }
352
353 /* Match and disassemble an ORHI-type instruction, with 2 register operands
354    and one unsigned immediate operand.
355    Returns true on success, and fills in the operand pointers.  */
356
357 static int
358 nios2_match_orhi (uint32_t insn, const struct nios2_opcode *op,
359                   unsigned long mach, int *ra, int *rb, unsigned int *uimm)
360 {
361   if (op->match == MATCH_R1_ORHI)
362     {
363       *ra = GET_IW_I_A (insn);
364       *rb = GET_IW_I_B (insn);
365       *uimm = GET_IW_I_IMM16 (insn);
366       return 1;
367     }
368   return 0;
369 }
370
371 /* Match and disassemble a STW-type instruction, with 2 register operands
372    and one immediate operand.
373    Returns true on success, and fills in the operand pointers.  */
374
375 static int
376 nios2_match_stw (uint32_t insn, const struct nios2_opcode *op,
377                  unsigned long mach, int *ra, int *rb, int *imm)
378 {
379   if (op->match == MATCH_R1_STW || op->match == MATCH_R1_STWIO)
380     {
381       *ra = GET_IW_I_A (insn);
382       *rb = GET_IW_I_B (insn);
383       *imm = (signed) (GET_IW_I_IMM16 (insn) << 16) >> 16;
384       return 1;
385     }
386   return 0;
387 }
388
389 /* Match and disassemble a LDW-type instruction, with 2 register operands
390    and one immediate operand.
391    Returns true on success, and fills in the operand pointers.  */
392
393 static int
394 nios2_match_ldw (uint32_t insn, const struct nios2_opcode *op,
395                  unsigned long mach, int *ra, int *rb, int *imm)
396 {
397   if (op->match == MATCH_R1_LDW || op->match == MATCH_R1_LDWIO)
398     {
399       *ra = GET_IW_I_A (insn);
400       *rb = GET_IW_I_B (insn);
401       *imm = (signed) (GET_IW_I_IMM16 (insn) << 16) >> 16;
402       return 1;
403     }
404   return 0;
405 }
406
407 /* Match and disassemble a RDCTL instruction, with 2 register operands.
408    Returns true on success, and fills in the operand pointers.  */
409
410 static int
411 nios2_match_rdctl (uint32_t insn, const struct nios2_opcode *op,
412                    unsigned long mach, int *ra, int *rc)
413 {
414   if (op->match == MATCH_R1_RDCTL)
415     {
416       *ra = GET_IW_R_IMM5 (insn);
417       *rc = GET_IW_R_C (insn);
418       return 1;
419     }
420   return 0;
421 }
422
423
424 /* Match and disassemble a branch instruction, with (potentially)
425    2 register operands and one immediate operand.
426    Returns true on success, and fills in the operand pointers.  */
427
428 enum branch_condition {
429   branch_none,
430   branch_eq,
431   branch_ne,
432   branch_ge,
433   branch_geu,
434   branch_lt,
435   branch_ltu
436 };
437   
438 static int
439 nios2_match_branch (uint32_t insn, const struct nios2_opcode *op,
440                     unsigned long mach, int *ra, int *rb, int *imm,
441                     enum branch_condition *cond)
442 {
443   switch (op->match)
444     {
445     case MATCH_R1_BR:
446       *cond = branch_none;
447       break;
448     case MATCH_R1_BEQ:
449       *cond = branch_eq;
450       break;
451     case MATCH_R1_BNE:
452       *cond = branch_ne;
453       break;
454     case MATCH_R1_BGE:
455       *cond = branch_ge;
456       break;
457     case MATCH_R1_BGEU:
458       *cond = branch_geu;
459       break;
460     case MATCH_R1_BLT:
461       *cond = branch_lt;
462       break;
463     case MATCH_R1_BLTU:
464       *cond = branch_ltu;
465       break;
466     default:
467       return 0;
468     }
469   *imm = (signed) (GET_IW_I_IMM16 (insn) << 16) >> 16;
470   *ra = GET_IW_I_A (insn);
471   *rb = GET_IW_I_B (insn);
472   return 1;
473 }
474
475 /* Match and disassemble a direct jump instruction, with an
476    unsigned operand.  Returns true on success, and fills in the operand
477    pointer.  */
478
479 static int
480 nios2_match_jmpi (uint32_t insn, const struct nios2_opcode *op,
481                   unsigned long mach, unsigned int *uimm)
482 {
483   if (op->match == MATCH_R1_JMPI)
484     {
485       *uimm = GET_IW_J_IMM26 (insn) << 2;
486       return 1;
487     }
488   return 0;
489 }
490
491 /* Match and disassemble a direct call instruction, with an
492    unsigned operand.  Returns true on success, and fills in the operand
493    pointer.  */
494
495 static int
496 nios2_match_calli (uint32_t insn, const struct nios2_opcode *op,
497                    unsigned long mach, unsigned int *uimm)
498 {
499   if (op->match == MATCH_R1_CALL)
500     {
501       *uimm = GET_IW_J_IMM26 (insn) << 2;
502       return 1;
503     }
504   return 0;
505 }
506
507 /* Match and disassemble an indirect jump instruction, with a
508    (possibly implicit) register operand.  Returns true on success, and fills
509    in the operand pointer.  */
510
511 static int
512 nios2_match_jmpr (uint32_t insn, const struct nios2_opcode *op,
513                   unsigned long mach, int *ra)
514 {
515   switch (op->match)
516     {
517     case MATCH_R1_JMP:
518       *ra = GET_IW_I_A (insn);
519       return 1;
520     case MATCH_R1_RET:
521       *ra = NIOS2_RA_REGNUM;
522       return 1;
523     case MATCH_R1_ERET:
524       *ra = NIOS2_EA_REGNUM;
525       return 1;
526     case MATCH_R1_BRET:
527       *ra = NIOS2_BA_REGNUM;
528       return 1;
529     default:
530       return 0;
531     }
532 }
533
534 /* Match and disassemble an indirect call instruction, with a register
535    operand.  Returns true on success, and fills in the operand pointer.  */
536
537 static int
538 nios2_match_callr (uint32_t insn, const struct nios2_opcode *op,
539                    unsigned long mach, int *ra)
540 {
541   if (op->match == MATCH_R1_CALLR)
542     {
543       *ra = GET_IW_I_A (insn);
544       return 1;
545     }
546   return 0;
547 }
548
549 /* Match and disassemble a break instruction, with an unsigned operand.
550    Returns true on success, and fills in the operand pointer.  */
551
552 static int
553 nios2_match_break (uint32_t insn, const struct nios2_opcode *op,
554                   unsigned long mach, unsigned int *uimm)
555 {
556   if (op->match == MATCH_R1_BREAK)
557     {
558       *uimm = GET_IW_R_IMM5 (insn);
559       return 1;
560     }
561   return 0;
562 }
563
564 /* Match and disassemble a trap instruction, with an unsigned operand.
565    Returns true on success, and fills in the operand pointer.  */
566
567 static int
568 nios2_match_trap (uint32_t insn, const struct nios2_opcode *op,
569                   unsigned long mach, unsigned int *uimm)
570 {
571   if (op->match == MATCH_R1_TRAP)
572     {
573       *uimm = GET_IW_R_IMM5 (insn);
574       return 1;
575     }
576   return 0;
577 }
578
579 /* Helper function to identify when we're in a function epilogue;
580    that is, the part of the function from the point at which the
581    stack adjustments are made, to the return or sibcall.
582    Note that we may have several stack adjustment instructions, and
583    this function needs to test whether the stack teardown has already
584    started before current_pc, not whether it has completed.  */
585
586 static int
587 nios2_in_epilogue_p (struct gdbarch *gdbarch,
588                      CORE_ADDR current_pc,
589                      CORE_ADDR start_pc)
590 {
591   unsigned long mach = gdbarch_bfd_arch_info (gdbarch)->mach;
592   /* Maximum number of possibly-epilogue instructions to check.
593      Note that this number should not be too large, else we can
594      potentially end up iterating through unmapped memory.  */
595   int ninsns, max_insns = 5;
596   unsigned int insn;
597   const struct nios2_opcode *op = NULL;
598   unsigned int uimm;
599   int imm;
600   int ra, rb, rc;
601   enum branch_condition cond;
602   CORE_ADDR pc;
603
604   /* There has to be a previous instruction in the function.  */
605   if (current_pc <= start_pc)
606     return 0;
607
608   /* Find the previous instruction before current_pc.
609      For the moment we will assume that all instructions are the
610      same size here.  */
611   pc = current_pc - NIOS2_OPCODE_SIZE;
612
613   /* Beginning with the previous instruction we just located, check whether
614      we are in a sequence of at least one stack adjustment instruction.
615      Possible instructions here include:
616          ADDI sp, sp, n
617          ADD sp, sp, rn
618          LDW sp, n(sp)  */
619   for (ninsns = 0; ninsns < max_insns; ninsns++)
620     {
621       int ok = 0;
622
623       /* Fetch the insn at pc.  */
624       op = nios2_fetch_insn (gdbarch, pc, &insn);
625       if (op == NULL)
626         return 0;
627       pc += op->size;
628
629       /* Was it a stack adjustment?  */
630       if (nios2_match_addi (insn, op, mach, &ra, &rb, &imm))
631         ok = (rb == NIOS2_SP_REGNUM);
632       else if (nios2_match_add (insn, op, mach, &ra, &rb, &rc))
633         ok = (rc == NIOS2_SP_REGNUM);
634       else if (nios2_match_ldw (insn, op, mach, &ra, &rb, &imm))
635         ok = (rb == NIOS2_SP_REGNUM);
636       if (!ok)
637         break;
638     }
639
640   /* No stack adjustments found.  */
641   if (ninsns == 0)
642     return 0;
643
644   /* We found more stack adjustments than we expect GCC to be generating.
645      Since it looks like a stack unwind might be in progress tell GDB to
646      treat it as such.  */
647   if (ninsns == max_insns)
648     return 1;
649
650   /* The next instruction following the stack adjustments must be a
651      return, jump, or unconditional branch.  */
652   if (nios2_match_jmpr (insn, op, mach, &ra)
653       || nios2_match_jmpi (insn, op, mach, &uimm)
654       || (nios2_match_branch (insn, op, mach, &ra, &rb, &imm, &cond)
655           && cond == branch_none))
656     return 1;
657
658   return 0;
659 }
660
661 /* Implement the stack_frame_destroyed_p gdbarch method.  */
662
663 static int
664 nios2_stack_frame_destroyed_p (struct gdbarch *gdbarch, CORE_ADDR pc)
665 {
666   CORE_ADDR func_addr;
667
668   if (find_pc_partial_function (pc, NULL, &func_addr, NULL))
669     return nios2_in_epilogue_p (gdbarch, pc, func_addr);
670
671   return 0;
672 }
673
674 /* Do prologue analysis, returning the PC of the first instruction
675    after the function prologue.  Assumes CACHE has already been
676    initialized.  THIS_FRAME can be null, in which case we are only
677    interested in skipping the prologue.  Otherwise CACHE is filled in
678    from the frame information.
679
680    The prologue may consist of the following parts:
681      1) Profiling instrumentation.  For non-PIC code it looks like:
682           mov    r8, ra
683           call   mcount
684           mov    ra, r8
685
686      2) A stack adjustment and save of R4-R7 for varargs functions.
687         This is typically merged with item 3.
688
689      3) A stack adjustment and save of the callee-saved registers;
690         typically an explicit SP decrement and individual register
691         saves.
692
693         There may also be a stack switch here in an exception handler
694         in place of a stack adjustment.  It looks like:
695           movhi  rx, %hiadj(newstack)
696           addhi  rx, rx, %lo(newstack)
697           stw    sp, constant(rx)
698           mov    sp, rx
699
700      4) A frame pointer save, which can be either a MOV or ADDI.
701
702      5) A further stack pointer adjustment.  This is normally included
703         adjustment in step 3 unless the total adjustment is too large
704         to be done in one step.
705
706      7) A stack overflow check, which can take either of these forms:
707           bgeu   sp, rx, +8
708           trap  3
709         or
710           bltu   sp, rx, .Lstack_overflow
711           ...
712         .Lstack_overflow:
713           trap  3
714           
715         Older versions of GCC emitted "break 3" instead of "trap 3" here,
716         so we check for both cases.
717
718         Older GCC versions emitted stack overflow checks after the SP
719         adjustments in both steps 3 and 4.  Starting with GCC 6, there is
720         at most one overflow check, which is placed before the first
721         stack adjustment for R2 CDX and after the first stack adjustment
722         otherwise.
723
724     The prologue instructions may be combined or interleaved with other
725     instructions.
726
727     To cope with all this variability we decode all the instructions
728     from the start of the prologue until we hit an instruction that
729     cannot possibly be a prologue instruction, such as a branch, call,
730     return, or epilogue instruction.  The prologue is considered to end
731     at the last instruction that can definitely be considered a
732     prologue instruction.  */
733
734 static CORE_ADDR
735 nios2_analyze_prologue (struct gdbarch *gdbarch, const CORE_ADDR start_pc,
736                         const CORE_ADDR current_pc,
737                         struct nios2_unwind_cache *cache,
738                         struct frame_info *this_frame)
739 {
740   /* Maximum number of possibly-prologue instructions to check.
741      Note that this number should not be too large, else we can
742      potentially end up iterating through unmapped memory.  */
743   int ninsns, max_insns = 50;
744   int regno;
745   enum bfd_endian byte_order = gdbarch_byte_order (gdbarch);
746   unsigned long mach = gdbarch_bfd_arch_info (gdbarch)->mach;
747
748   /* Does the frame set up the FP register?  */
749   int base_reg = 0;
750
751   struct reg_value *value = cache->reg_value;
752   struct reg_value temp_value[NIOS2_NUM_REGS];
753
754   int i;
755
756   /* Save the starting PC so we can correct the pc after running
757      through the prolog, using symbol info.  */
758   CORE_ADDR pc = start_pc;
759
760   /* Is this an exception handler?  */
761   int exception_handler = 0;
762
763   /* What was the original value of SP (or fake original value for
764      functions which switch stacks?  */
765   CORE_ADDR frame_high;
766
767   /* The last definitely-prologue instruction seen.  */
768   CORE_ADDR prologue_end;
769
770   /* Is this the innermost function?  */
771   int innermost = (this_frame ? (frame_relative_level (this_frame) == 0) : 1);
772
773   if (nios2_debug)
774     fprintf_unfiltered (gdb_stdlog,
775                         "{ nios2_analyze_prologue start=%s, current=%s ",
776                         paddress (gdbarch, start_pc),
777                         paddress (gdbarch, current_pc));
778
779   /* Set up the default values of the registers.  */
780   nios2_setup_default (cache);
781
782   /* Find the prologue instructions.  */
783   prologue_end = start_pc;
784   for (ninsns = 0; ninsns < max_insns; ninsns++)
785     {
786       /* Present instruction.  */
787       uint32_t insn;
788       const struct nios2_opcode *op;
789       int ra, rb, rc, imm;
790       unsigned int uimm;
791       unsigned int reglist;
792       int wb, ret;
793       enum branch_condition cond;
794
795       if (pc == current_pc)
796       {
797         /* When we reach the current PC we must save the current
798            register state (for the backtrace) but keep analysing
799            because there might be more to find out (eg. is this an
800            exception handler).  */
801         memcpy (temp_value, value, sizeof (temp_value));
802         value = temp_value;
803         if (nios2_debug)
804           fprintf_unfiltered (gdb_stdlog, "*");
805       }
806
807       op = nios2_fetch_insn (gdbarch, pc, &insn);
808
809       /* Unknown opcode?  Stop scanning.  */
810       if (op == NULL)
811         break;
812       pc += op->size;
813
814       if (nios2_debug)
815         fprintf_unfiltered (gdb_stdlog, "[%08X]", insn);
816
817       /* The following instructions can appear in the prologue.  */
818
819       if (nios2_match_add (insn, op, mach, &ra, &rb, &rc))
820         {
821           /* ADD   rc, ra, rb  (also used for MOV) */
822           if (rc == NIOS2_SP_REGNUM
823               && rb == 0
824               && value[ra].reg == cache->reg_saved[NIOS2_SP_REGNUM].basereg)
825             {
826               /* If the previous value of SP is available somewhere
827                  near the new stack pointer value then this is a
828                  stack switch.  */
829
830               /* If any registers were saved on the stack before then
831                  we can't backtrace into them now.  */
832               for (i = 0 ; i < NIOS2_NUM_REGS ; i++)
833                 {
834                   if (cache->reg_saved[i].basereg == NIOS2_SP_REGNUM)
835                     cache->reg_saved[i].basereg = -1;
836                   if (value[i].reg == NIOS2_SP_REGNUM)
837                     value[i].reg = -1;
838                 }
839
840               /* Create a fake "high water mark" 4 bytes above where SP
841                  was stored and fake up the registers to be consistent
842                  with that.  */
843               value[NIOS2_SP_REGNUM].reg = NIOS2_SP_REGNUM;
844               value[NIOS2_SP_REGNUM].offset
845                 = (value[ra].offset
846                    - cache->reg_saved[NIOS2_SP_REGNUM].addr
847                    - 4);
848               cache->reg_saved[NIOS2_SP_REGNUM].basereg = NIOS2_SP_REGNUM;
849               cache->reg_saved[NIOS2_SP_REGNUM].addr = -4;
850             }
851
852           else if (rc == NIOS2_SP_REGNUM && ra == NIOS2_FP_REGNUM)
853             /* This is setting SP from FP.  This only happens in the
854                function epilogue.  */
855             break;
856
857           else if (rc != 0)
858             {
859               if (value[rb].reg == 0)
860                 value[rc].reg = value[ra].reg;
861               else if (value[ra].reg == 0)
862                 value[rc].reg = value[rb].reg;
863               else
864                 value[rc].reg = -1;
865               value[rc].offset = value[ra].offset + value[rb].offset;
866             }
867
868           /* The add/move is only considered a prologue instruction
869              if the destination is SP or FP.  */
870           if (rc == NIOS2_SP_REGNUM || rc == NIOS2_FP_REGNUM)
871             prologue_end = pc;
872         }
873       
874       else if (nios2_match_sub (insn, op, mach, &ra, &rb, &rc))
875         {
876           /* SUB   rc, ra, rb */
877           if (rc == NIOS2_SP_REGNUM && rb == NIOS2_SP_REGNUM
878               && value[rc].reg != 0)
879             /* If we are decrementing the SP by a non-constant amount,
880                this is alloca, not part of the prologue.  */
881             break;
882           else if (rc != 0)
883             {
884               if (value[rb].reg == 0)
885                 value[rc].reg = value[ra].reg;
886               else
887                 value[rc].reg = -1;
888               value[rc].offset = value[ra].offset - value[rb].offset;
889             }
890         }
891
892       else if (nios2_match_addi (insn, op, mach, &ra, &rb, &imm))
893         {
894           /* ADDI    rb, ra, imm */
895
896           /* A positive stack adjustment has to be part of the epilogue.  */
897           if (rb == NIOS2_SP_REGNUM
898               && (imm > 0 || value[ra].reg != NIOS2_SP_REGNUM))
899             break;
900
901           /* Likewise restoring SP from FP.  */
902           else if (rb == NIOS2_SP_REGNUM && ra == NIOS2_FP_REGNUM)
903             break;
904
905           if (rb != 0)
906             {
907               value[rb].reg    = value[ra].reg;
908               value[rb].offset = value[ra].offset + imm;
909             }
910
911           /* The add is only considered a prologue instruction
912              if the destination is SP or FP.  */
913           if (rb == NIOS2_SP_REGNUM || rb == NIOS2_FP_REGNUM)
914             prologue_end = pc;
915         }
916
917       else if (nios2_match_orhi (insn, op, mach, &ra, &rb, &uimm))
918         {
919           /* ORHI  rb, ra, uimm   (also used for MOVHI) */
920           if (rb != 0)
921             {
922               value[rb].reg    = (value[ra].reg == 0) ? 0 : -1;
923               value[rb].offset = value[ra].offset | (uimm << 16);
924             }
925         }
926
927       else if (nios2_match_stw (insn, op, mach, &ra, &rb, &imm))
928         {
929           /* STW rb, imm(ra) */
930
931           /* Are we storing the original value of a register to the stack?
932              For exception handlers the value of EA-4 (return
933              address from interrupts etc) is sometimes stored.  */
934           int orig = value[rb].reg;
935           if (orig > 0
936               && (value[rb].offset == 0
937                   || (orig == NIOS2_EA_REGNUM && value[rb].offset == -4))
938               && ((value[ra].reg == NIOS2_SP_REGNUM
939                    && cache->reg_saved[orig].basereg != NIOS2_SP_REGNUM)
940                   || cache->reg_saved[orig].basereg == -1))
941             {
942               if (pc < current_pc)
943                 {
944                   /* Save off callee saved registers.  */
945                   cache->reg_saved[orig].basereg = value[ra].reg;
946                   cache->reg_saved[orig].addr = value[ra].offset + imm;
947                 }
948               
949               prologue_end = pc;
950               
951               if (orig == NIOS2_EA_REGNUM || orig == NIOS2_ESTATUS_REGNUM)
952                 exception_handler = 1;
953             }
954           else
955             /* Non-stack memory writes cannot appear in the prologue.  */
956             break;
957         }
958
959       else if (nios2_match_rdctl (insn, op, mach, &ra, &rc))
960         {
961           /* RDCTL rC, ctlN
962              This can appear in exception handlers in combination with
963              a subsequent save to the stack frame.  */
964           if (rc != 0)
965             {
966               value[rc].reg    = NIOS2_STATUS_REGNUM + ra;
967               value[rc].offset = 0;
968             }
969         }
970
971       else if (nios2_match_calli (insn, op, mach, &uimm))
972         {
973           if (value[8].reg == NIOS2_RA_REGNUM
974               && value[8].offset == 0
975               && value[NIOS2_SP_REGNUM].reg == NIOS2_SP_REGNUM
976               && value[NIOS2_SP_REGNUM].offset == 0)
977             {
978               /* A CALL instruction.  This is treated as a call to mcount
979                  if ra has been stored into r8 beforehand and if it's
980                  before the stack adjust.
981                  Note mcount corrupts r2-r3, r9-r15 & ra.  */
982               for (i = 2 ; i <= 3 ; i++)
983                 value[i].reg = -1;
984               for (i = 9 ; i <= 15 ; i++)
985                 value[i].reg = -1;
986               value[NIOS2_RA_REGNUM].reg = -1;
987
988               prologue_end = pc;
989             }
990
991           /* Other calls are not part of the prologue.  */
992           else
993             break;
994         }
995
996       else if (nios2_match_branch (insn, op, mach, &ra, &rb, &imm, &cond))
997         {
998           /* Branches not involving a stack overflow check aren't part of
999              the prologue.  */
1000           if (ra != NIOS2_SP_REGNUM)
1001             break;
1002           else if (cond == branch_geu)
1003             {
1004               /* BGEU sp, rx, +8
1005                  TRAP 3  (or BREAK 3)
1006                  This instruction sequence is used in stack checking;
1007                  we can ignore it.  */
1008               unsigned int next_insn;
1009               const struct nios2_opcode *next_op
1010                 = nios2_fetch_insn (gdbarch, pc, &next_insn);
1011               if (next_op != NULL
1012                   && (nios2_match_trap (next_insn, op, mach, &uimm)
1013                       || nios2_match_break (next_insn, op, mach, &uimm)))
1014                 pc += next_op->size;
1015               else
1016                 break;
1017             }
1018           else if (cond == branch_ltu)
1019             {
1020               /* BLTU sp, rx, .Lstackoverflow
1021                  If the location branched to holds a TRAP or BREAK
1022                  instruction then this is also stack overflow detection.  */
1023               unsigned int next_insn;
1024               const struct nios2_opcode *next_op
1025                 = nios2_fetch_insn (gdbarch, pc + imm, &next_insn);
1026               if (next_op != NULL
1027                   && (nios2_match_trap (next_insn, op, mach, &uimm)
1028                       || nios2_match_break (next_insn, op, mach, &uimm)))
1029                 ;
1030               else
1031                 break;
1032             }
1033           else
1034             break;
1035         }
1036
1037       /* All other calls, jumps, returns, TRAPs, or BREAKs terminate
1038          the prologue.  */
1039       else if (nios2_match_callr (insn, op, mach, &ra)
1040                || nios2_match_jmpr (insn, op, mach, &ra)
1041                || nios2_match_jmpi (insn, op, mach, &uimm)
1042                || nios2_match_trap (insn, op, mach, &uimm)
1043                || nios2_match_break (insn, op, mach, &uimm))
1044         break;
1045     }
1046
1047   /* If THIS_FRAME is NULL, we are being called from skip_prologue
1048      and are only interested in the PROLOGUE_END value, so just
1049      return that now and skip over the cache updates, which depend
1050      on having frame information.  */
1051   if (this_frame == NULL)
1052     return prologue_end;
1053
1054   /* If we are in the function epilogue and have already popped
1055      registers off the stack in preparation for returning, then we
1056      want to go back to the original register values.  */
1057   if (innermost && nios2_in_epilogue_p (gdbarch, current_pc, start_pc))
1058     nios2_setup_default (cache);
1059
1060   /* Exception handlers use a different return address register.  */
1061   if (exception_handler)
1062     cache->return_regnum = NIOS2_EA_REGNUM;
1063
1064   if (nios2_debug)
1065     fprintf_unfiltered (gdb_stdlog, "\n-> retreg=%d, ", cache->return_regnum);
1066
1067   if (cache->reg_value[NIOS2_FP_REGNUM].reg == NIOS2_SP_REGNUM)
1068     /* If the FP now holds an offset from the CFA then this is a
1069        normal frame which uses the frame pointer.  */
1070     base_reg = NIOS2_FP_REGNUM;
1071   else if (cache->reg_value[NIOS2_SP_REGNUM].reg == NIOS2_SP_REGNUM)
1072     /* FP doesn't hold an offset from the CFA.  If SP still holds an
1073        offset from the CFA then we might be in a function which omits
1074        the frame pointer, or we might be partway through the prologue.
1075        In both cases we can find the CFA using SP.  */
1076     base_reg = NIOS2_SP_REGNUM;
1077   else
1078     {
1079       /* Somehow the stack pointer has been corrupted.
1080          We can't return.  */
1081       if (nios2_debug)
1082         fprintf_unfiltered (gdb_stdlog, "<can't reach cfa> }\n");
1083       return 0;
1084     }
1085
1086   if (cache->reg_value[base_reg].offset == 0
1087       || cache->reg_saved[NIOS2_RA_REGNUM].basereg != NIOS2_SP_REGNUM
1088       || cache->reg_saved[cache->return_regnum].basereg != NIOS2_SP_REGNUM)
1089     {
1090       /* If the frame didn't adjust the stack, didn't save RA or
1091          didn't save EA in an exception handler then it must either
1092          be a leaf function (doesn't call any other functions) or it
1093          can't return.  If it has called another function then it
1094          can't be a leaf, so set base == 0 to indicate that we can't
1095          backtrace past it.  */
1096
1097       if (!innermost)
1098         {
1099           /* If it isn't the innermost function then it can't be a
1100              leaf, unless it was interrupted.  Check whether RA for
1101              this frame is the same as PC.  If so then it probably
1102              wasn't interrupted.  */
1103           CORE_ADDR ra
1104             = get_frame_register_unsigned (this_frame, NIOS2_RA_REGNUM);
1105
1106           if (ra == current_pc)
1107             {
1108               if (nios2_debug)
1109                 fprintf_unfiltered
1110                   (gdb_stdlog,
1111                    "<noreturn ADJUST %s, r31@r%d+?>, r%d@r%d+?> }\n",
1112                    paddress (gdbarch, cache->reg_value[base_reg].offset),
1113                    cache->reg_saved[NIOS2_RA_REGNUM].basereg,
1114                    cache->return_regnum,
1115                    cache->reg_saved[cache->return_regnum].basereg);
1116               return 0;
1117             }
1118         }
1119     }
1120
1121   /* Get the value of whichever register we are using for the
1122      base.  */
1123   cache->base = get_frame_register_unsigned (this_frame, base_reg);
1124
1125   /* What was the value of SP at the start of this function (or just
1126      after the stack switch).  */
1127   frame_high = cache->base - cache->reg_value[base_reg].offset;
1128
1129   /* Adjust all the saved registers such that they contain addresses
1130      instead of offsets.  */
1131   for (i = 0; i < NIOS2_NUM_REGS; i++)
1132     if (cache->reg_saved[i].basereg == NIOS2_SP_REGNUM)
1133       {
1134         cache->reg_saved[i].basereg = NIOS2_Z_REGNUM;
1135         cache->reg_saved[i].addr += frame_high;
1136       }
1137
1138   for (i = 0; i < NIOS2_NUM_REGS; i++)
1139     if (cache->reg_saved[i].basereg == NIOS2_GP_REGNUM)
1140       {
1141         CORE_ADDR gp = get_frame_register_unsigned (this_frame,
1142                                                     NIOS2_GP_REGNUM);
1143
1144         for ( ; i < NIOS2_NUM_REGS; i++)
1145           if (cache->reg_saved[i].basereg == NIOS2_GP_REGNUM)
1146             {
1147               cache->reg_saved[i].basereg = NIOS2_Z_REGNUM;
1148               cache->reg_saved[i].addr += gp;
1149             }
1150       }
1151
1152   /* Work out what the value of SP was on the first instruction of
1153      this function.  If we didn't switch stacks then this can be
1154      trivially computed from the base address.  */
1155   if (cache->reg_saved[NIOS2_SP_REGNUM].basereg == NIOS2_Z_REGNUM)
1156     cache->cfa
1157       = read_memory_unsigned_integer (cache->reg_saved[NIOS2_SP_REGNUM].addr,
1158                                       4, byte_order);
1159   else
1160     cache->cfa = frame_high;
1161
1162   /* Exception handlers restore ESTATUS into STATUS.  */
1163   if (exception_handler)
1164     {
1165       cache->reg_saved[NIOS2_STATUS_REGNUM]
1166         = cache->reg_saved[NIOS2_ESTATUS_REGNUM];
1167       cache->reg_saved[NIOS2_ESTATUS_REGNUM].basereg = -1;
1168     }
1169
1170   if (nios2_debug)
1171     fprintf_unfiltered (gdb_stdlog, "cfa=%s }\n",
1172                         paddress (gdbarch, cache->cfa));
1173
1174   return prologue_end;
1175 }
1176
1177 /* Implement the skip_prologue gdbarch hook.  */
1178
1179 static CORE_ADDR
1180 nios2_skip_prologue (struct gdbarch *gdbarch, CORE_ADDR start_pc)
1181 {
1182   CORE_ADDR func_addr;
1183
1184   struct nios2_unwind_cache cache;
1185
1186   /* See if we can determine the end of the prologue via the symbol
1187      table.  If so, then return either PC, or the PC after the
1188      prologue, whichever is greater.  */
1189   if (find_pc_partial_function (start_pc, NULL, &func_addr, NULL))
1190     {
1191       CORE_ADDR post_prologue_pc
1192         = skip_prologue_using_sal (gdbarch, func_addr);
1193
1194       if (post_prologue_pc != 0)
1195         return max (start_pc, post_prologue_pc);
1196     }
1197
1198   /* Prologue analysis does the rest....  */
1199   nios2_init_cache (&cache, start_pc);
1200   return nios2_analyze_prologue (gdbarch, start_pc, start_pc, &cache, NULL);
1201 }
1202
1203 /* Implement the breakpoint_from_pc gdbarch hook.
1204
1205    The Nios II ABI for Linux says: "Userspace programs should not use
1206    the break instruction and userspace debuggers should not insert
1207    one." and "Userspace breakpoints are accomplished using the trap
1208    instruction with immediate operand 31 (all ones)."
1209
1210    So, we use "trap 31" consistently as the breakpoint on bare-metal
1211    as well as Linux targets.  */
1212
1213 static const gdb_byte*
1214 nios2_breakpoint_from_pc (struct gdbarch *gdbarch, CORE_ADDR *bp_addr,
1215                           int *bp_size)
1216 {
1217   enum bfd_endian byte_order_for_code = gdbarch_byte_order_for_code (gdbarch);
1218   unsigned long mach = gdbarch_bfd_arch_info (gdbarch)->mach;
1219
1220   /* R1 trap encoding:
1221      ((0x1d << 17) | (0x2d << 11) | (0x1f << 6) | (0x3a << 0))
1222      0x003b6ffa */
1223   static const gdb_byte r1_breakpoint_le[] = {0xfa, 0x6f, 0x3b, 0x0};
1224   static const gdb_byte r1_breakpoint_be[] = {0x0, 0x3b, 0x6f, 0xfa};
1225   *bp_size = NIOS2_OPCODE_SIZE;
1226   if (byte_order_for_code == BFD_ENDIAN_BIG)
1227     return r1_breakpoint_be;
1228   else
1229     return r1_breakpoint_le;
1230 }
1231
1232 /* Implement the print_insn gdbarch method.  */
1233
1234 static int
1235 nios2_print_insn (bfd_vma memaddr, disassemble_info *info)
1236 {
1237   if (info->endian == BFD_ENDIAN_BIG)
1238     return print_insn_big_nios2 (memaddr, info);
1239   else
1240     return print_insn_little_nios2 (memaddr, info);
1241 }
1242
1243
1244 /* Implement the frame_align gdbarch method.  */
1245
1246 static CORE_ADDR
1247 nios2_frame_align (struct gdbarch *gdbarch, CORE_ADDR addr)
1248 {
1249   return align_down (addr, 4);
1250 }
1251
1252
1253 /* Implement the return_value gdbarch method.  */
1254
1255 static enum return_value_convention
1256 nios2_return_value (struct gdbarch *gdbarch, struct value *function,
1257                     struct type *type, struct regcache *regcache,
1258                     gdb_byte *readbuf, const gdb_byte *writebuf)
1259 {
1260   if (TYPE_LENGTH (type) > 8)
1261     return RETURN_VALUE_STRUCT_CONVENTION;
1262
1263   if (readbuf)
1264     nios2_extract_return_value (gdbarch, type, regcache, readbuf);
1265   if (writebuf)
1266     nios2_store_return_value (gdbarch, type, regcache, writebuf);
1267
1268   return RETURN_VALUE_REGISTER_CONVENTION;
1269 }
1270
1271 /* Implement the dummy_id gdbarch method.  */
1272
1273 static struct frame_id
1274 nios2_dummy_id (struct gdbarch *gdbarch, struct frame_info *this_frame)
1275 {
1276   return frame_id_build
1277     (get_frame_register_unsigned (this_frame, NIOS2_SP_REGNUM),
1278      get_frame_pc (this_frame));
1279 }
1280
1281 /* Implement the push_dummy_call gdbarch method.  */
1282
1283 static CORE_ADDR
1284 nios2_push_dummy_call (struct gdbarch *gdbarch, struct value *function,
1285                        struct regcache *regcache, CORE_ADDR bp_addr,
1286                        int nargs, struct value **args, CORE_ADDR sp,
1287                        int struct_return, CORE_ADDR struct_addr)
1288 {
1289   int argreg;
1290   int float_argreg;
1291   int argnum;
1292   int len = 0;
1293   int stack_offset = 0;
1294   CORE_ADDR func_addr = find_function_addr (function, NULL);
1295   enum bfd_endian byte_order = gdbarch_byte_order (gdbarch);
1296
1297   /* Set the return address register to point to the entry point of
1298      the program, where a breakpoint lies in wait.  */
1299   regcache_cooked_write_signed (regcache, NIOS2_RA_REGNUM, bp_addr);
1300
1301   /* Now make space on the stack for the args.  */
1302   for (argnum = 0; argnum < nargs; argnum++)
1303     len += align_up (TYPE_LENGTH (value_type (args[argnum])), 4);
1304   sp -= len;
1305
1306   /* Initialize the register pointer.  */
1307   argreg = NIOS2_FIRST_ARGREG;
1308
1309   /* The struct_return pointer occupies the first parameter-passing
1310      register.  */
1311   if (struct_return)
1312     regcache_cooked_write_unsigned (regcache, argreg++, struct_addr);
1313
1314   /* Now load as many as possible of the first arguments into
1315      registers, and push the rest onto the stack.  Loop through args
1316      from first to last.  */
1317   for (argnum = 0; argnum < nargs; argnum++)
1318     {
1319       const gdb_byte *val;
1320       gdb_byte valbuf[MAX_REGISTER_SIZE];
1321       struct value *arg = args[argnum];
1322       struct type *arg_type = check_typedef (value_type (arg));
1323       int len = TYPE_LENGTH (arg_type);
1324       enum type_code typecode = TYPE_CODE (arg_type);
1325
1326       val = value_contents (arg);
1327
1328       /* Copy the argument to general registers or the stack in
1329          register-sized pieces.  Large arguments are split between
1330          registers and stack.  */
1331       while (len > 0)
1332         {
1333           int partial_len = (len < 4 ? len : 4);
1334
1335           if (argreg <= NIOS2_LAST_ARGREG)
1336             {
1337               /* The argument is being passed in a register.  */
1338               CORE_ADDR regval = extract_unsigned_integer (val, partial_len,
1339                                                            byte_order);
1340
1341               regcache_cooked_write_unsigned (regcache, argreg, regval);
1342               argreg++;
1343             }
1344           else
1345             {
1346               /* The argument is being passed on the stack.  */
1347               CORE_ADDR addr = sp + stack_offset;
1348
1349               write_memory (addr, val, partial_len);
1350               stack_offset += align_up (partial_len, 4);
1351             }
1352
1353           len -= partial_len;
1354           val += partial_len;
1355         }
1356     }
1357
1358   regcache_cooked_write_signed (regcache, NIOS2_SP_REGNUM, sp);
1359
1360   /* Return adjusted stack pointer.  */
1361   return sp;
1362 }
1363
1364 /* Implement the unwind_pc gdbarch method.  */
1365
1366 static CORE_ADDR
1367 nios2_unwind_pc (struct gdbarch *gdbarch, struct frame_info *next_frame)
1368 {
1369   gdb_byte buf[4];
1370
1371   frame_unwind_register (next_frame, NIOS2_PC_REGNUM, buf);
1372   return extract_typed_address (buf, builtin_type (gdbarch)->builtin_func_ptr);
1373 }
1374
1375 /* Implement the unwind_sp gdbarch method.  */
1376
1377 static CORE_ADDR
1378 nios2_unwind_sp (struct gdbarch *gdbarch, struct frame_info *this_frame)
1379 {
1380   return frame_unwind_register_unsigned (this_frame, NIOS2_SP_REGNUM);
1381 }
1382
1383 /* Use prologue analysis to fill in the register cache
1384    *THIS_PROLOGUE_CACHE for THIS_FRAME.  This function initializes
1385    *THIS_PROLOGUE_CACHE first.  */
1386
1387 static struct nios2_unwind_cache *
1388 nios2_frame_unwind_cache (struct frame_info *this_frame,
1389                           void **this_prologue_cache)
1390 {
1391   struct gdbarch *gdbarch = get_frame_arch (this_frame);
1392   CORE_ADDR current_pc;
1393   struct nios2_unwind_cache *cache;
1394   int i;
1395
1396   if (*this_prologue_cache)
1397     return *this_prologue_cache;
1398
1399   cache = FRAME_OBSTACK_ZALLOC (struct nios2_unwind_cache);
1400   *this_prologue_cache = cache;
1401
1402   /* Zero all fields.  */
1403   nios2_init_cache (cache, get_frame_func (this_frame));
1404
1405   /* Prologue analysis does the rest...  */
1406   current_pc = get_frame_pc (this_frame);
1407   if (cache->pc != 0)
1408     nios2_analyze_prologue (gdbarch, cache->pc, current_pc, cache, this_frame);
1409
1410   return cache;
1411 }
1412
1413 /* Implement the this_id function for the normal unwinder.  */
1414
1415 static void
1416 nios2_frame_this_id (struct frame_info *this_frame, void **this_cache,
1417                      struct frame_id *this_id)
1418 {
1419   struct nios2_unwind_cache *cache =
1420     nios2_frame_unwind_cache (this_frame, this_cache);
1421
1422   /* This marks the outermost frame.  */
1423   if (cache->base == 0)
1424     return;
1425
1426   *this_id = frame_id_build (cache->cfa, cache->pc);
1427 }
1428
1429 /* Implement the prev_register function for the normal unwinder.  */
1430
1431 static struct value *
1432 nios2_frame_prev_register (struct frame_info *this_frame, void **this_cache,
1433                            int regnum)
1434 {
1435   struct nios2_unwind_cache *cache =
1436     nios2_frame_unwind_cache (this_frame, this_cache);
1437
1438   gdb_assert (regnum >= 0 && regnum < NIOS2_NUM_REGS);
1439
1440   /* The PC of the previous frame is stored in the RA register of
1441      the current frame.  Frob regnum so that we pull the value from
1442      the correct place.  */
1443   if (regnum == NIOS2_PC_REGNUM)
1444     regnum = cache->return_regnum;
1445
1446   if (regnum == NIOS2_SP_REGNUM && cache->cfa)
1447     return frame_unwind_got_constant (this_frame, regnum, cache->cfa);
1448
1449   /* If we've worked out where a register is stored then load it from
1450      there.  */
1451   if (cache->reg_saved[regnum].basereg == NIOS2_Z_REGNUM)
1452     return frame_unwind_got_memory (this_frame, regnum,
1453                                     cache->reg_saved[regnum].addr);
1454
1455   return frame_unwind_got_register (this_frame, regnum, regnum);
1456 }
1457
1458 /* Implement the this_base, this_locals, and this_args hooks
1459    for the normal unwinder.  */
1460
1461 static CORE_ADDR
1462 nios2_frame_base_address (struct frame_info *this_frame, void **this_cache)
1463 {
1464   struct nios2_unwind_cache *info
1465     = nios2_frame_unwind_cache (this_frame, this_cache);
1466
1467   return info->base;
1468 }
1469
1470 /* Data structures for the normal prologue-analysis-based
1471    unwinder.  */
1472
1473 static const struct frame_unwind nios2_frame_unwind =
1474 {
1475   NORMAL_FRAME,
1476   default_frame_unwind_stop_reason,
1477   nios2_frame_this_id,
1478   nios2_frame_prev_register,
1479   NULL,
1480   default_frame_sniffer
1481 };
1482
1483 static const struct frame_base nios2_frame_base =
1484 {
1485   &nios2_frame_unwind,
1486   nios2_frame_base_address,
1487   nios2_frame_base_address,
1488   nios2_frame_base_address
1489 };
1490
1491 /* Fill in the register cache *THIS_CACHE for THIS_FRAME for use
1492    in the stub unwinder.  */
1493
1494 static struct trad_frame_cache *
1495 nios2_stub_frame_cache (struct frame_info *this_frame, void **this_cache)
1496 {
1497   CORE_ADDR pc;
1498   CORE_ADDR start_addr;
1499   CORE_ADDR stack_addr;
1500   struct trad_frame_cache *this_trad_cache;
1501   struct gdbarch *gdbarch = get_frame_arch (this_frame);
1502   int num_regs = gdbarch_num_regs (gdbarch);
1503
1504   if (*this_cache != NULL)
1505     return *this_cache;
1506   this_trad_cache = trad_frame_cache_zalloc (this_frame);
1507   *this_cache = this_trad_cache;
1508
1509   /* The return address is in the link register.  */
1510   trad_frame_set_reg_realreg (this_trad_cache,
1511                               gdbarch_pc_regnum (gdbarch),
1512                               NIOS2_RA_REGNUM);
1513
1514   /* Frame ID, since it's a frameless / stackless function, no stack
1515      space is allocated and SP on entry is the current SP.  */
1516   pc = get_frame_pc (this_frame);
1517   find_pc_partial_function (pc, NULL, &start_addr, NULL);
1518   stack_addr = get_frame_register_unsigned (this_frame, NIOS2_SP_REGNUM);
1519   trad_frame_set_id (this_trad_cache, frame_id_build (start_addr, stack_addr));
1520   /* Assume that the frame's base is the same as the stack pointer.  */
1521   trad_frame_set_this_base (this_trad_cache, stack_addr);
1522
1523   return this_trad_cache;
1524 }
1525
1526 /* Implement the this_id function for the stub unwinder.  */
1527
1528 static void
1529 nios2_stub_frame_this_id (struct frame_info *this_frame, void **this_cache,
1530                           struct frame_id *this_id)
1531 {
1532   struct trad_frame_cache *this_trad_cache
1533     = nios2_stub_frame_cache (this_frame, this_cache);
1534
1535   trad_frame_get_id (this_trad_cache, this_id);
1536 }
1537
1538 /* Implement the prev_register function for the stub unwinder.  */
1539
1540 static struct value *
1541 nios2_stub_frame_prev_register (struct frame_info *this_frame,
1542                                 void **this_cache, int regnum)
1543 {
1544   struct trad_frame_cache *this_trad_cache
1545     = nios2_stub_frame_cache (this_frame, this_cache);
1546
1547   return trad_frame_get_register (this_trad_cache, this_frame, regnum);
1548 }
1549
1550 /* Implement the sniffer function for the stub unwinder.
1551    This unwinder is used for cases where the normal
1552    prologue-analysis-based unwinder can't work,
1553    such as PLT stubs.  */
1554
1555 static int
1556 nios2_stub_frame_sniffer (const struct frame_unwind *self,
1557                           struct frame_info *this_frame, void **cache)
1558 {
1559   gdb_byte dummy[4];
1560   struct obj_section *s;
1561   CORE_ADDR pc = get_frame_address_in_block (this_frame);
1562
1563   /* Use the stub unwinder for unreadable code.  */
1564   if (target_read_memory (get_frame_pc (this_frame), dummy, 4) != 0)
1565     return 1;
1566
1567   if (in_plt_section (pc))
1568     return 1;
1569
1570   return 0;
1571 }
1572
1573 /* Define the data structures for the stub unwinder.  */
1574
1575 static const struct frame_unwind nios2_stub_frame_unwind =
1576 {
1577   NORMAL_FRAME,
1578   default_frame_unwind_stop_reason,
1579   nios2_stub_frame_this_id,
1580   nios2_stub_frame_prev_register,
1581   NULL,
1582   nios2_stub_frame_sniffer
1583 };
1584
1585
1586
1587 /* Determine where to set a single step breakpoint while considering
1588    branch prediction.  */
1589
1590 static CORE_ADDR
1591 nios2_get_next_pc (struct frame_info *frame, CORE_ADDR pc)
1592 {
1593   struct gdbarch *gdbarch = get_frame_arch (frame);
1594   struct gdbarch_tdep *tdep = gdbarch_tdep (gdbarch);
1595   unsigned long mach = gdbarch_bfd_arch_info (gdbarch)->mach;
1596   unsigned int insn;
1597   const struct nios2_opcode *op = nios2_fetch_insn (gdbarch, pc, &insn);
1598   int ra;
1599   int rb;
1600   int imm;
1601   unsigned int uimm;
1602   int wb, ret;
1603   enum branch_condition cond;
1604
1605   /* Do something stupid if we can't disassemble the insn at pc.  */
1606   if (op == NULL)
1607     return pc + NIOS2_OPCODE_SIZE;
1608     
1609   if (nios2_match_branch (insn, op, mach, &ra, &rb, &imm, &cond))
1610     {
1611       int ras = get_frame_register_signed (frame, ra);
1612       int rbs = get_frame_register_signed (frame, rb);
1613       unsigned int rau = get_frame_register_unsigned (frame, ra);
1614       unsigned int rbu = get_frame_register_unsigned (frame, rb);
1615
1616       pc += op->size;
1617       switch (cond)
1618         {
1619         case branch_none:
1620           pc += imm;
1621           break;
1622         case branch_eq:
1623           if (ras == rbs)
1624             pc += imm;
1625           break;
1626         case branch_ne:
1627           if (ras != rbs)
1628             pc += imm;
1629           break;
1630         case branch_ge:
1631           if (ras >= rbs)
1632             pc += imm;
1633           break;
1634         case branch_geu:
1635           if (rau >= rbu)
1636             pc += imm;
1637           break;
1638         case branch_lt:
1639           if (ras < rbs)
1640             pc += imm;
1641           break;
1642         case branch_ltu:
1643           if (rau < rbu)
1644             pc += imm;
1645           break;
1646         default:
1647           break;
1648         }
1649     }
1650
1651   else if (nios2_match_jmpi (insn, op, mach, &uimm)
1652            || nios2_match_calli (insn, op, mach, &uimm))
1653     pc = (pc & 0xf0000000) | uimm;
1654
1655   else if (nios2_match_jmpr (insn, op, mach, &ra)
1656            || nios2_match_callr (insn, op, mach, &ra))
1657     pc = get_frame_register_unsigned (frame, ra);
1658
1659   else if (nios2_match_trap (insn, op, mach, &uimm))
1660     {
1661       if (tdep->syscall_next_pc != NULL)
1662         return tdep->syscall_next_pc (frame);
1663     }
1664
1665   else
1666     pc += op->size;
1667
1668   return pc;
1669 }
1670
1671 /* Implement the software_single_step gdbarch method.  */
1672
1673 static int
1674 nios2_software_single_step (struct frame_info *frame)
1675 {
1676   struct gdbarch *gdbarch = get_frame_arch (frame);
1677   struct address_space *aspace = get_frame_address_space (frame);
1678   CORE_ADDR next_pc = nios2_get_next_pc (frame, get_frame_pc (frame));
1679
1680   insert_single_step_breakpoint (gdbarch, aspace, next_pc);
1681
1682   return 1;
1683 }
1684
1685 /* Implement the get_longjump_target gdbarch method.  */
1686
1687 static int
1688 nios2_get_longjmp_target (struct frame_info *frame, CORE_ADDR *pc)
1689 {
1690   struct gdbarch *gdbarch = get_frame_arch (frame);
1691   struct gdbarch_tdep *tdep = gdbarch_tdep (gdbarch);
1692   enum bfd_endian byte_order = gdbarch_byte_order (gdbarch);
1693   CORE_ADDR jb_addr = get_frame_register_unsigned (frame, NIOS2_R4_REGNUM);
1694   gdb_byte buf[4];
1695
1696   if (target_read_memory (jb_addr + (tdep->jb_pc * 4), buf, 4))
1697     return 0;
1698
1699   *pc = extract_unsigned_integer (buf, 4, byte_order);
1700   return 1;
1701 }
1702
1703 /* Initialize the Nios II gdbarch.  */
1704
1705 static struct gdbarch *
1706 nios2_gdbarch_init (struct gdbarch_info info, struct gdbarch_list *arches)
1707 {
1708   struct gdbarch *gdbarch;
1709   struct gdbarch_tdep *tdep;
1710   int register_bytes, i;
1711   struct tdesc_arch_data *tdesc_data = NULL;
1712   const struct target_desc *tdesc = info.target_desc;
1713
1714   if (!tdesc_has_registers (tdesc))
1715     /* Pick a default target description.  */
1716     tdesc = tdesc_nios2;
1717
1718   /* Check any target description for validity.  */
1719   if (tdesc_has_registers (tdesc))
1720     {
1721       const struct tdesc_feature *feature;
1722       int valid_p;
1723
1724       feature = tdesc_find_feature (tdesc, "org.gnu.gdb.nios2.cpu");
1725       if (feature == NULL)
1726         return NULL;
1727
1728       tdesc_data = tdesc_data_alloc ();
1729
1730       valid_p = 1;
1731       
1732       for (i = 0; i < NIOS2_NUM_REGS; i++)
1733         valid_p &= tdesc_numbered_register (feature, tdesc_data, i,
1734                                             nios2_reg_names[i]);
1735
1736       if (!valid_p)
1737         {
1738           tdesc_data_cleanup (tdesc_data);
1739           return NULL;
1740         }
1741     }
1742
1743   /* Find a candidate among the list of pre-declared architectures.  */
1744   arches = gdbarch_list_lookup_by_info (arches, &info);
1745   if (arches != NULL)
1746     return arches->gdbarch;
1747
1748   /* None found, create a new architecture from the information
1749      provided.  */
1750   tdep = xcalloc (1, sizeof (struct gdbarch_tdep));
1751   gdbarch = gdbarch_alloc (&info, tdep);
1752
1753   /* longjmp support not enabled by default.  */
1754   tdep->jb_pc = -1;
1755
1756   /* Data type sizes.  */
1757   set_gdbarch_ptr_bit (gdbarch, 32);
1758   set_gdbarch_addr_bit (gdbarch, 32);
1759   set_gdbarch_short_bit (gdbarch, 16);
1760   set_gdbarch_int_bit (gdbarch, 32);
1761   set_gdbarch_long_bit (gdbarch, 32);
1762   set_gdbarch_long_long_bit (gdbarch, 64);
1763   set_gdbarch_float_bit (gdbarch, 32);
1764   set_gdbarch_double_bit (gdbarch, 64);
1765
1766   set_gdbarch_float_format (gdbarch, floatformats_ieee_single);
1767   set_gdbarch_double_format (gdbarch, floatformats_ieee_double);
1768
1769   /* The register set.  */
1770   set_gdbarch_num_regs (gdbarch, NIOS2_NUM_REGS);
1771   set_gdbarch_sp_regnum (gdbarch, NIOS2_SP_REGNUM);
1772   set_gdbarch_pc_regnum (gdbarch, NIOS2_PC_REGNUM);     /* Pseudo register PC */
1773
1774   set_gdbarch_register_name (gdbarch, nios2_register_name);
1775   set_gdbarch_register_type (gdbarch, nios2_register_type);
1776
1777   /* Provide register mappings for stabs and dwarf2.  */
1778   set_gdbarch_stab_reg_to_regnum (gdbarch, nios2_dwarf_reg_to_regnum);
1779   set_gdbarch_dwarf2_reg_to_regnum (gdbarch, nios2_dwarf_reg_to_regnum);
1780
1781   set_gdbarch_inner_than (gdbarch, core_addr_lessthan);
1782
1783   /* Call dummy code.  */
1784   set_gdbarch_frame_align (gdbarch, nios2_frame_align);
1785
1786   set_gdbarch_return_value (gdbarch, nios2_return_value);
1787
1788   set_gdbarch_skip_prologue (gdbarch, nios2_skip_prologue);
1789   set_gdbarch_stack_frame_destroyed_p (gdbarch, nios2_stack_frame_destroyed_p);
1790   set_gdbarch_breakpoint_from_pc (gdbarch, nios2_breakpoint_from_pc);
1791
1792   set_gdbarch_dummy_id (gdbarch, nios2_dummy_id);
1793   set_gdbarch_unwind_pc (gdbarch, nios2_unwind_pc);
1794   set_gdbarch_unwind_sp (gdbarch, nios2_unwind_sp);
1795
1796   /* The dwarf2 unwinder will normally produce the best results if
1797      the debug information is available, so register it first.  */
1798   dwarf2_append_unwinders (gdbarch);
1799   frame_unwind_append_unwinder (gdbarch, &nios2_stub_frame_unwind);
1800   frame_unwind_append_unwinder (gdbarch, &nios2_frame_unwind);
1801
1802   /* Single stepping.  */
1803   set_gdbarch_software_single_step (gdbarch, nios2_software_single_step);
1804
1805   /* Hook in ABI-specific overrides, if they have been registered.  */
1806   gdbarch_init_osabi (info, gdbarch);
1807
1808   if (tdep->jb_pc >= 0)
1809     set_gdbarch_get_longjmp_target (gdbarch, nios2_get_longjmp_target);
1810
1811   frame_base_set_default (gdbarch, &nios2_frame_base);
1812
1813   set_gdbarch_print_insn (gdbarch, nios2_print_insn);
1814
1815   /* Enable inferior call support.  */
1816   set_gdbarch_push_dummy_call (gdbarch, nios2_push_dummy_call);
1817
1818   if (tdesc_data)
1819     tdesc_use_registers (gdbarch, tdesc, tdesc_data);
1820
1821   return gdbarch;
1822 }
1823
1824 extern initialize_file_ftype _initialize_nios2_tdep; /* -Wmissing-prototypes */
1825
1826 void
1827 _initialize_nios2_tdep (void)
1828 {
1829   gdbarch_register (bfd_arch_nios2, nios2_gdbarch_init, NULL);
1830   initialize_tdesc_nios2 ();
1831
1832   /* Allow debugging this file's internals.  */
1833   add_setshow_boolean_cmd ("nios2", class_maintenance, &nios2_debug,
1834                            _("Set Nios II debugging."),
1835                            _("Show Nios II debugging."),
1836                            _("When on, Nios II specific debugging is enabled."),
1837                            NULL,
1838                            NULL,
1839                            &setdebuglist, &showdebuglist);
1840 }