sim: bfin: stricter insn decoding
[external/binutils.git] / sim / bfin / dv-bfin_mmu.c
1 /* Blackfin Memory Management Unit (MMU) model.
2
3    Copyright (C) 2010-2013 Free Software Foundation, Inc.
4    Contributed by Analog Devices, Inc.
5
6    This file is part of simulators.
7
8    This program is free software; you can redistribute it and/or modify
9    it under the terms of the GNU General Public License as published by
10    the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or
11    (at your option) any later version.
12
13    This program is distributed in the hope that it will be useful,
14    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
16    GNU General Public License for more details.
17
18    You should have received a copy of the GNU General Public License
19    along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.  */
20
21 #include "config.h"
22
23 #include "sim-main.h"
24 #include "sim-options.h"
25 #include "devices.h"
26 #include "dv-bfin_mmu.h"
27 #include "dv-bfin_cec.h"
28
29 /* XXX: Should this really be two blocks of registers ?  PRM describes
30         these as two Content Addressable Memory (CAM) blocks.  */
31
32 struct bfin_mmu
33 {
34   bu32 base;
35
36   /* Order after here is important -- matches hardware MMR layout.  */
37   bu32 sram_base_address;
38
39   bu32 dmem_control, dcplb_fault_status, dcplb_fault_addr;
40   char _dpad0[0x100 - 0x0 - (4 * 4)];
41   bu32 dcplb_addr[16];
42   char _dpad1[0x200 - 0x100 - (4 * 16)];
43   bu32 dcplb_data[16];
44   char _dpad2[0x300 - 0x200 - (4 * 16)];
45   bu32 dtest_command;
46   char _dpad3[0x400 - 0x300 - (4 * 1)];
47   bu32 dtest_data[2];
48
49   char _dpad4[0x1000 - 0x400 - (4 * 2)];
50
51   bu32 idk;     /* Filler MMR; hardware simply ignores.  */
52   bu32 imem_control, icplb_fault_status, icplb_fault_addr;
53   char _ipad0[0x100 - 0x0 - (4 * 4)];
54   bu32 icplb_addr[16];
55   char _ipad1[0x200 - 0x100 - (4 * 16)];
56   bu32 icplb_data[16];
57   char _ipad2[0x300 - 0x200 - (4 * 16)];
58   bu32 itest_command;
59   char _ipad3[0x400 - 0x300 - (4 * 1)];
60   bu32 itest_data[2];
61 };
62 #define mmr_base()      offsetof(struct bfin_mmu, sram_base_address)
63 #define mmr_offset(mmr) (offsetof(struct bfin_mmu, mmr) - mmr_base())
64 #define mmr_idx(mmr)    (mmr_offset (mmr) / 4)
65
66 static const char * const mmr_names[BFIN_COREMMR_MMU_SIZE / 4] =
67 {
68   "SRAM_BASE_ADDRESS", "DMEM_CONTROL", "DCPLB_FAULT_STATUS", "DCPLB_FAULT_ADDR",
69   [mmr_idx (dcplb_addr[0])] = "DCPLB_ADDR0",
70   "DCPLB_ADDR1", "DCPLB_ADDR2", "DCPLB_ADDR3", "DCPLB_ADDR4", "DCPLB_ADDR5",
71   "DCPLB_ADDR6", "DCPLB_ADDR7", "DCPLB_ADDR8", "DCPLB_ADDR9", "DCPLB_ADDR10",
72   "DCPLB_ADDR11", "DCPLB_ADDR12", "DCPLB_ADDR13", "DCPLB_ADDR14", "DCPLB_ADDR15",
73   [mmr_idx (dcplb_data[0])] = "DCPLB_DATA0",
74   "DCPLB_DATA1", "DCPLB_DATA2", "DCPLB_DATA3", "DCPLB_DATA4", "DCPLB_DATA5",
75   "DCPLB_DATA6", "DCPLB_DATA7", "DCPLB_DATA8", "DCPLB_DATA9", "DCPLB_DATA10",
76   "DCPLB_DATA11", "DCPLB_DATA12", "DCPLB_DATA13", "DCPLB_DATA14", "DCPLB_DATA15",
77   [mmr_idx (dtest_command)] = "DTEST_COMMAND",
78   [mmr_idx (dtest_data[0])] = "DTEST_DATA0", "DTEST_DATA1",
79   [mmr_idx (imem_control)] = "IMEM_CONTROL", "ICPLB_FAULT_STATUS", "ICPLB_FAULT_ADDR",
80   [mmr_idx (icplb_addr[0])] = "ICPLB_ADDR0",
81   "ICPLB_ADDR1", "ICPLB_ADDR2", "ICPLB_ADDR3", "ICPLB_ADDR4", "ICPLB_ADDR5",
82   "ICPLB_ADDR6", "ICPLB_ADDR7", "ICPLB_ADDR8", "ICPLB_ADDR9", "ICPLB_ADDR10",
83   "ICPLB_ADDR11", "ICPLB_ADDR12", "ICPLB_ADDR13", "ICPLB_ADDR14", "ICPLB_ADDR15",
84   [mmr_idx (icplb_data[0])] = "ICPLB_DATA0",
85   "ICPLB_DATA1", "ICPLB_DATA2", "ICPLB_DATA3", "ICPLB_DATA4", "ICPLB_DATA5",
86   "ICPLB_DATA6", "ICPLB_DATA7", "ICPLB_DATA8", "ICPLB_DATA9", "ICPLB_DATA10",
87   "ICPLB_DATA11", "ICPLB_DATA12", "ICPLB_DATA13", "ICPLB_DATA14", "ICPLB_DATA15",
88   [mmr_idx (itest_command)] = "ITEST_COMMAND",
89   [mmr_idx (itest_data[0])] = "ITEST_DATA0", "ITEST_DATA1",
90 };
91 #define mmr_name(off) (mmr_names[(off) / 4] ? : "<INV>")
92
93 static bool bfin_mmu_skip_cplbs = false;
94
95 static unsigned
96 bfin_mmu_io_write_buffer (struct hw *me, const void *source,
97                           int space, address_word addr, unsigned nr_bytes)
98 {
99   struct bfin_mmu *mmu = hw_data (me);
100   bu32 mmr_off;
101   bu32 value;
102   bu32 *valuep;
103
104   value = dv_load_4 (source);
105
106   mmr_off = addr - mmu->base;
107   valuep = (void *)((unsigned long)mmu + mmr_base() + mmr_off);
108
109   HW_TRACE_WRITE ();
110
111   switch (mmr_off)
112     {
113     case mmr_offset(dmem_control):
114     case mmr_offset(imem_control):
115       /* XXX: IMC/DMC bit should add/remove L1 cache regions ...  */
116     case mmr_offset(dtest_data[0]) ... mmr_offset(dtest_data[1]):
117     case mmr_offset(itest_data[0]) ... mmr_offset(itest_data[1]):
118     case mmr_offset(dcplb_addr[0]) ... mmr_offset(dcplb_addr[15]):
119     case mmr_offset(dcplb_data[0]) ... mmr_offset(dcplb_data[15]):
120     case mmr_offset(icplb_addr[0]) ... mmr_offset(icplb_addr[15]):
121     case mmr_offset(icplb_data[0]) ... mmr_offset(icplb_data[15]):
122       *valuep = value;
123       break;
124     case mmr_offset(sram_base_address):
125     case mmr_offset(dcplb_fault_status):
126     case mmr_offset(dcplb_fault_addr):
127     case mmr_offset(idk):
128     case mmr_offset(icplb_fault_status):
129     case mmr_offset(icplb_fault_addr):
130       /* Discard writes to these.  */
131       break;
132     case mmr_offset(itest_command):
133       /* XXX: Not supported atm.  */
134       if (value)
135         hw_abort (me, "ITEST_COMMAND unimplemented");
136       break;
137     case mmr_offset(dtest_command):
138       /* Access L1 memory indirectly.  */
139       *valuep = value;
140       if (value)
141         {
142           bu32 addr = mmu->sram_base_address   |
143             ((value >> (26 - 11)) & (1 << 11)) | /* addr bit 11 (Way0/Way1)   */
144             ((value >> (24 - 21)) & (1 << 21)) | /* addr bit 21 (Data/Inst)   */
145             ((value >> (23 - 15)) & (1 << 15)) | /* addr bit 15 (Data Bank)   */
146             ((value >> (16 - 12)) & (3 << 12)) | /* addr bits 13:12 (Subbank) */
147             (value & 0x47F8);                    /* addr bits 14 & 10:3       */
148
149           if (!(value & TEST_DATA_ARRAY))
150             hw_abort (me, "DTEST_COMMAND tag array unimplemented");
151           if (value & 0xfa7cb801)
152             hw_abort (me, "DTEST_COMMAND bits undefined");
153
154           if (value & TEST_WRITE)
155             sim_write (hw_system (me), addr, (void *)mmu->dtest_data, 8);
156           else
157             sim_read (hw_system (me), addr, (void *)mmu->dtest_data, 8);
158         }
159       break;
160     default:
161       dv_bfin_mmr_invalid (me, addr, nr_bytes, true);
162       break;
163     }
164
165   return nr_bytes;
166 }
167
168 static unsigned
169 bfin_mmu_io_read_buffer (struct hw *me, void *dest,
170                          int space, address_word addr, unsigned nr_bytes)
171 {
172   struct bfin_mmu *mmu = hw_data (me);
173   bu32 mmr_off;
174   bu32 *valuep;
175
176   mmr_off = addr - mmu->base;
177   valuep = (void *)((unsigned long)mmu + mmr_base() + mmr_off);
178
179   HW_TRACE_READ ();
180
181   switch (mmr_off)
182     {
183     case mmr_offset(dmem_control):
184     case mmr_offset(imem_control):
185     case mmr_offset(dtest_command):
186     case mmr_offset(dtest_data[0]) ... mmr_offset(dtest_data[2]):
187     case mmr_offset(itest_command):
188     case mmr_offset(itest_data[0]) ... mmr_offset(itest_data[2]):
189       /* XXX: should do something here.  */
190     case mmr_offset(dcplb_addr[0]) ... mmr_offset(dcplb_addr[15]):
191     case mmr_offset(dcplb_data[0]) ... mmr_offset(dcplb_data[15]):
192     case mmr_offset(icplb_addr[0]) ... mmr_offset(icplb_addr[15]):
193     case mmr_offset(icplb_data[0]) ... mmr_offset(icplb_data[15]):
194     case mmr_offset(sram_base_address):
195     case mmr_offset(dcplb_fault_status):
196     case mmr_offset(dcplb_fault_addr):
197     case mmr_offset(idk):
198     case mmr_offset(icplb_fault_status):
199     case mmr_offset(icplb_fault_addr):
200       dv_store_4 (dest, *valuep);
201       break;
202     default:
203       while (1) /* Core MMRs -> exception -> doesn't return.  */
204         dv_bfin_mmr_invalid (me, addr, nr_bytes, false);
205       break;
206     }
207
208   return nr_bytes;
209 }
210
211 static void
212 attach_bfin_mmu_regs (struct hw *me, struct bfin_mmu *mmu)
213 {
214   address_word attach_address;
215   int attach_space;
216   unsigned attach_size;
217   reg_property_spec reg;
218
219   if (hw_find_property (me, "reg") == NULL)
220     hw_abort (me, "Missing \"reg\" property");
221
222   if (!hw_find_reg_array_property (me, "reg", 0, &reg))
223     hw_abort (me, "\"reg\" property must contain three addr/size entries");
224
225   hw_unit_address_to_attach_address (hw_parent (me),
226                                      &reg.address,
227                                      &attach_space, &attach_address, me);
228   hw_unit_size_to_attach_size (hw_parent (me), &reg.size, &attach_size, me);
229
230   if (attach_size != BFIN_COREMMR_MMU_SIZE)
231     hw_abort (me, "\"reg\" size must be %#x", BFIN_COREMMR_MMU_SIZE);
232
233   hw_attach_address (hw_parent (me),
234                      0, attach_space, attach_address, attach_size, me);
235
236   mmu->base = attach_address;
237 }
238
239 static void
240 bfin_mmu_finish (struct hw *me)
241 {
242   struct bfin_mmu *mmu;
243
244   mmu = HW_ZALLOC (me, struct bfin_mmu);
245
246   set_hw_data (me, mmu);
247   set_hw_io_read_buffer (me, bfin_mmu_io_read_buffer);
248   set_hw_io_write_buffer (me, bfin_mmu_io_write_buffer);
249
250   attach_bfin_mmu_regs (me, mmu);
251
252   /* Initialize the MMU.  */
253   mmu->sram_base_address = 0xff800000 - 0;
254                            /*(4 * 1024 * 1024 * CPU_INDEX (hw_system_cpu (me)));*/
255   mmu->dmem_control = 0x00000001;
256   mmu->imem_control = 0x00000001;
257 }
258
259 const struct hw_descriptor dv_bfin_mmu_descriptor[] =
260 {
261   {"bfin_mmu", bfin_mmu_finish,},
262   {NULL, NULL},
263 };
264 \f
265 /* Device option parsing.  */
266
267 static DECLARE_OPTION_HANDLER (bfin_mmu_option_handler);
268
269 enum {
270   OPTION_MMU_SKIP_TABLES = OPTION_START,
271 };
272
273 const OPTION bfin_mmu_options[] =
274 {
275   { {"mmu-skip-cplbs", no_argument, NULL, OPTION_MMU_SKIP_TABLES },
276       '\0', NULL, "Skip parsing of CPLB tables (big speed increase)",
277       bfin_mmu_option_handler, NULL },
278
279   { {NULL, no_argument, NULL, 0}, '\0', NULL, NULL, NULL, NULL }
280 };
281
282 static SIM_RC
283 bfin_mmu_option_handler (SIM_DESC sd, sim_cpu *current_cpu, int opt,
284                          char *arg, int is_command)
285 {
286   switch (opt)
287     {
288     case OPTION_MMU_SKIP_TABLES:
289       bfin_mmu_skip_cplbs = true;
290       return SIM_RC_OK;
291
292     default:
293       sim_io_eprintf (sd, "Unknown Blackfin MMU option %d\n", opt);
294       return SIM_RC_FAIL;
295     }
296 }
297 \f
298 #define MMU_STATE(cpu) DV_STATE_CACHED (cpu, mmu)
299
300 static void
301 _mmu_log_ifault (SIM_CPU *cpu, struct bfin_mmu *mmu, bu32 pc, bool supv)
302 {
303   mmu->icplb_fault_addr = pc;
304   mmu->icplb_fault_status = supv << 17;
305 }
306
307 void
308 mmu_log_ifault (SIM_CPU *cpu)
309 {
310   _mmu_log_ifault (cpu, MMU_STATE (cpu), PCREG, cec_get_ivg (cpu) >= 0);
311 }
312
313 static void
314 _mmu_log_fault (SIM_CPU *cpu, struct bfin_mmu *mmu, bu32 addr, bool write,
315                 bool inst, bool miss, bool supv, bool dag1, bu32 faults)
316 {
317   bu32 *fault_status, *fault_addr;
318
319   /* No logging in non-OS mode.  */
320   if (!mmu)
321     return;
322
323   fault_status = inst ? &mmu->icplb_fault_status : &mmu->dcplb_fault_status;
324   fault_addr = inst ? &mmu->icplb_fault_addr : &mmu->dcplb_fault_addr;
325   /* ICPLB regs always get updated.  */
326   if (!inst)
327     _mmu_log_ifault (cpu, mmu, PCREG, supv);
328
329   *fault_addr = addr;
330   *fault_status =
331         (miss << 19) |
332         (dag1 << 18) |
333         (supv << 17) |
334         (write << 16) |
335         faults;
336 }
337
338 static void
339 _mmu_process_fault (SIM_CPU *cpu, struct bfin_mmu *mmu, bu32 addr, bool write,
340                     bool inst, bool unaligned, bool miss, bool supv, bool dag1)
341 {
342   int excp;
343
344   /* See order in mmu_check_addr() */
345   if (unaligned)
346     excp = inst ? VEC_MISALI_I : VEC_MISALI_D;
347   else if (addr >= BFIN_SYSTEM_MMR_BASE)
348     excp = VEC_ILL_RES;
349   else if (!mmu)
350     excp = inst ? VEC_CPLB_I_M : VEC_CPLB_M;
351   else
352     {
353       /* Misses are hardware errors.  */
354       cec_hwerr (cpu, HWERR_EXTERN_ADDR);
355       return;
356     }
357
358   _mmu_log_fault (cpu, mmu, addr, write, inst, miss, supv, dag1, 0);
359   cec_exception (cpu, excp);
360 }
361
362 void
363 mmu_process_fault (SIM_CPU *cpu, bu32 addr, bool write, bool inst,
364                    bool unaligned, bool miss)
365 {
366   SIM_DESC sd = CPU_STATE (cpu);
367   struct bfin_mmu *mmu;
368
369   if (STATE_ENVIRONMENT (sd) != OPERATING_ENVIRONMENT)
370     mmu = NULL;
371   else
372     mmu = MMU_STATE (cpu);
373
374   _mmu_process_fault (cpu, mmu, addr, write, inst, unaligned, miss,
375                       cec_is_supervisor_mode (cpu),
376                       BFIN_CPU_STATE.multi_pc == PCREG + 6);
377 }
378
379 /* Return values:
380     -2: no known problems
381     -1: valid
382      0: miss
383      1: protection violation
384      2: multiple hits
385      3: unaligned
386      4: miss; hwerr  */
387 static int
388 mmu_check_implicit_addr (SIM_CPU *cpu, bu32 addr, bool inst, int size,
389                          bool supv, bool dag1)
390 {
391   bool l1 = ((addr & 0xFF000000) == 0xFF000000);
392   bu32 amask = (addr & 0xFFF00000);
393
394   if (addr & (size - 1))
395     return 3;
396
397   /* MMRs may never be executable or accessed from usermode.  */
398   if (addr >= BFIN_SYSTEM_MMR_BASE)
399     {
400       if (inst)
401         return 0;
402       else if (!supv || dag1)
403         return 1;
404       else
405         return -1;
406     }
407   else if (inst)
408     {
409       /* Some regions are not executable.  */
410       /* XXX: Should this be in the model data ?  Core B 561 ?  */
411       if (l1)
412         return (amask == 0xFFA00000) ? -1 : 1;
413     }
414   else
415     {
416       /* Some regions are not readable.  */
417       /* XXX: Should this be in the model data ?  Core B 561 ?  */
418       if (l1)
419         return (amask != 0xFFA00000) ? -1 : 4;
420     }
421
422   return -2;
423 }
424
425 /* Exception order per the PRM (first has highest):
426      Inst Multiple CPLB Hits
427      Inst Misaligned Access
428      Inst Protection Violation
429      Inst CPLB Miss
430   Only the alignment matters in non-OS mode though.  */
431 static int
432 _mmu_check_addr (SIM_CPU *cpu, bu32 addr, bool write, bool inst, int size)
433 {
434   SIM_DESC sd = CPU_STATE (cpu);
435   struct bfin_mmu *mmu;
436   bu32 *fault_status, *fault_addr, *mem_control, *cplb_addr, *cplb_data;
437   bu32 faults;
438   bool supv, do_excp, dag1;
439   int i, hits;
440
441   supv = cec_is_supervisor_mode (cpu);
442   dag1 = (BFIN_CPU_STATE.multi_pc == PCREG + 6);
443
444   if (STATE_ENVIRONMENT (sd) != OPERATING_ENVIRONMENT || bfin_mmu_skip_cplbs)
445     {
446       int ret = mmu_check_implicit_addr (cpu, addr, inst, size, supv, dag1);
447       /* Valid hits and misses are OK in non-OS envs.  */
448       if (ret < 0)
449         return 0;
450       _mmu_process_fault (cpu, NULL, addr, write, inst, (ret == 3), false, supv, dag1);
451     }
452
453   mmu = MMU_STATE (cpu);
454   fault_status = inst ? &mmu->icplb_fault_status : &mmu->dcplb_fault_status;
455   fault_addr = inst ? &mmu->icplb_fault_addr : &mmu->dcplb_fault_addr;
456   mem_control = inst ? &mmu->imem_control : &mmu->dmem_control;
457   cplb_addr = inst ? &mmu->icplb_addr[0] : &mmu->dcplb_addr[0];
458   cplb_data = inst ? &mmu->icplb_data[0] : &mmu->dcplb_data[0];
459
460   faults = 0;
461   hits = 0;
462   do_excp = false;
463
464   /* CPLBs disabled -> little to do.  */
465   if (!(*mem_control & ENCPLB))
466     {
467       hits = 1;
468       goto implicit_check;
469     }
470
471   /* Check all the CPLBs first.  */
472   for (i = 0; i < 16; ++i)
473     {
474       const bu32 pages[4] = { 0x400, 0x1000, 0x100000, 0x400000 };
475       bu32 addr_lo, addr_hi;
476
477       /* Skip invalid entries.  */
478       if (!(cplb_data[i] & CPLB_VALID))
479         continue;
480
481       /* See if this entry covers this address.  */
482       addr_lo = cplb_addr[i];
483       addr_hi = cplb_addr[i] + pages[(cplb_data[i] & PAGE_SIZE) >> 16];
484       if (addr < addr_lo || addr >= addr_hi)
485         continue;
486
487       ++hits;
488       faults |= (1 << i);
489       if (write)
490         {
491           if (!supv && !(cplb_data[i] & CPLB_USER_WR))
492             do_excp = true;
493           if (supv && !(cplb_data[i] & CPLB_SUPV_WR))
494             do_excp = true;
495           if ((cplb_data[i] & (CPLB_WT | CPLB_L1_CHBL | CPLB_DIRTY)) == CPLB_L1_CHBL)
496             do_excp = true;
497         }
498       else
499         {
500           if (!supv && !(cplb_data[i] & CPLB_USER_RD))
501             do_excp = true;
502         }
503     }
504
505   /* Handle default/implicit CPLBs.  */
506   if (!do_excp && hits < 2)
507     {
508       int ihits;
509  implicit_check:
510       ihits = mmu_check_implicit_addr (cpu, addr, inst, size, supv, dag1);
511       switch (ihits)
512         {
513         /* No faults and one match -> good to go.  */
514         case -1: return 0;
515         case -2:
516           if (hits == 1)
517             return 0;
518           break;
519         case 4:
520           cec_hwerr (cpu, HWERR_EXTERN_ADDR);
521           return 0;
522         default:
523           hits = ihits;
524         }
525     }
526   else
527     /* Normalize hit count so hits==2 is always multiple hit exception.  */
528     hits = MIN (2, hits);
529
530   _mmu_log_fault (cpu, mmu, addr, write, inst, hits == 0, supv, dag1, faults);
531
532   if (inst)
533     {
534       int iexcps[] = { VEC_CPLB_I_M, VEC_CPLB_I_VL, VEC_CPLB_I_MHIT, VEC_MISALI_I };
535       return iexcps[hits];
536     }
537   else
538     {
539       int dexcps[] = { VEC_CPLB_M, VEC_CPLB_VL, VEC_CPLB_MHIT, VEC_MISALI_D };
540       return dexcps[hits];
541     }
542 }
543
544 void
545 mmu_check_addr (SIM_CPU *cpu, bu32 addr, bool write, bool inst, int size)
546 {
547   int excp = _mmu_check_addr (cpu, addr, write, inst, size);
548   if (excp)
549     cec_exception (cpu, excp);
550 }
551
552 void
553 mmu_check_cache_addr (SIM_CPU *cpu, bu32 addr, bool write, bool inst)
554 {
555   bu32 cacheaddr;
556   int excp;
557
558   cacheaddr = addr & ~(BFIN_L1_CACHE_BYTES - 1);
559   excp = _mmu_check_addr (cpu, cacheaddr, write, inst, BFIN_L1_CACHE_BYTES);
560   if (excp == 0)
561     return;
562
563   /* Most exceptions are ignored with cache funcs.  */
564   /* XXX: Not sure if we should be ignoring CPLB misses.  */
565   if (inst)
566     {
567       if (excp == VEC_CPLB_I_VL)
568         return;
569     }
570   else
571     {
572       if (excp == VEC_CPLB_VL)
573         return;
574     }
575   cec_exception (cpu, excp);
576 }