src/arm/simulator-arm.h

   1 // Copyright 2011 the V8 project authors. All rights reserved.
   2 // Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   3 // modification, are permitted provided that the following conditions are
   4 // met:
   5 //
   6 //     * Redistributions of source code must retain the above copyright
   7 //       notice, this list of conditions and the following disclaimer.
   8 //     * Redistributions in binary form must reproduce the above
   9 //       copyright notice, this list of conditions and the following
  10 //       disclaimer in the documentation and/or other materials provided
  11 //       with the distribution.
  12 //     * Neither the name of Google Inc. nor the names of its
  13 //       contributors may be used to endorse or promote products derived
  14 //       from this software without specific prior written permission.
  15 //
  16 // THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  17 // "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  18 // LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
  19 // A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
  20 // OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
  21 // SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
  22 // LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  23 // DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  24 // THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  25 // (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
  26 // OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  27
  28
  29 // Declares a Simulator for ARM instructions if we are not generating a native
  30 // ARM binary. This Simulator allows us to run and debug ARM code generation on
  31 // regular desktop machines.
  32 // V8 calls into generated code by "calling" the CALL_GENERATED_CODE macro,
  33 // which will start execution in the Simulator or forwards to the real entry
  34 // on a ARM HW platform.
  35
  36 #ifndef V8_ARM_SIMULATOR_ARM_H_
  37 #define V8_ARM_SIMULATOR_ARM_H_
  38
  39 #include "allocation.h"
  40
  41 #if !defined(USE_SIMULATOR)
  42 // Running without a simulator on a native arm platform.
  43
  44 namespace v8 {
  45 namespace internal {
  46
  47 // When running without a simulator we call the entry directly.
  48 #define CALL_GENERATED_CODE(entry, p0, p1, p2, p3, p4) \
  49   (entry(p0, p1, p2, p3, p4))
  50
  51 typedef int (*arm_regexp_matcher)(String*, int, const byte*, const byte*,
  52                                   void*, int*, Address, int, Isolate*);
  53
  54
  55 // Call the generated regexp code directly. The code at the entry address
  56 // should act as a function matching the type arm_regexp_matcher.
  57 // The fifth argument is a dummy that reserves the space used for
  58 // the return address added by the ExitFrame in native calls.
  59 #define CALL_GENERATED_REGEXP_CODE(entry, p0, p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7) \
  60   (FUNCTION_CAST<arm_regexp_matcher>(entry)(                              \
  61       p0, p1, p2, p3, NULL, p4, p5, p6, p7))
  62
  63 #define TRY_CATCH_FROM_ADDRESS(try_catch_address) \
  64   reinterpret_cast<TryCatch*>(try_catch_address)
  65
  66 // The stack limit beyond which we will throw stack overflow errors in
  67 // generated code. Because generated code on arm uses the C stack, we
  68 // just use the C stack limit.
  69 class SimulatorStack : public v8::internal::AllStatic {
  70  public:
  71   static inline uintptr_t JsLimitFromCLimit(uintptr_t c_limit) {
  72     return c_limit;
  73   }
  74
  75   static inline uintptr_t RegisterCTryCatch(uintptr_t try_catch_address) {
  76     return try_catch_address;
  77   }
  78
  79   static inline void UnregisterCTryCatch() { }
  80 };
  81
  82 } }  // namespace v8::internal
  83
  84 #else  // !defined(USE_SIMULATOR)
  85 // Running with a simulator.
  86
  87 #include "constants-arm.h"
  88 #include "hashmap.h"
  89 #include "assembler.h"
  90
  91 namespace v8 {
  92 namespace internal {
  93
  94 class CachePage {
  95  public:
  96   static const int LINE_VALID = 0;
  97   static const int LINE_INVALID = 1;
  98
  99   static const int kPageShift = 12;
 100   static const int kPageSize = 1 << kPageShift;
 101   static const int kPageMask = kPageSize - 1;
 102   static const int kLineShift = 2;  // The cache line is only 4 bytes right now.
 103   static const int kLineLength = 1 << kLineShift;
 104   static const int kLineMask = kLineLength - 1;
 105
 106   CachePage() {
 107     memset(&validity_map_, LINE_INVALID, sizeof(validity_map_));
 108   }
 109
 110   char* ValidityByte(int offset) {
 111     return &validity_map_[offset >> kLineShift];
 112   }
 113
 114   char* CachedData(int offset) {
 115     return &data_[offset];
 116   }
 117
 118  private:
 119   char data_[kPageSize];   // The cached data.
 120   static const int kValidityMapSize = kPageSize >> kLineShift;
 121   char validity_map_[kValidityMapSize];  // One byte per line.
 122 };
 123
 124
 125 class Simulator {
 126  public:
 127   friend class ArmDebugger;
 128   enum Register {
 129     no_reg = -1,
 130     r0 = 0, r1, r2, r3, r4, r5, r6, r7,
 131     r8, r9, r10, r11, r12, r13, r14, r15,
 132     num_registers,
 133     sp = 13,
 134     lr = 14,
 135     pc = 15,
 136     s0 = 0, s1, s2, s3, s4, s5, s6, s7,
 137     s8, s9, s10, s11, s12, s13, s14, s15,
 138     s16, s17, s18, s19, s20, s21, s22, s23,
 139     s24, s25, s26, s27, s28, s29, s30, s31,
 140     num_s_registers = 32,
 141     d0 = 0, d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7,
 142     d8, d9, d10, d11, d12, d13, d14, d15,
 143     num_d_registers = 16
 144   };
 145
 146   Simulator();
 147   ~Simulator();
 148
 149   // The currently executing Simulator instance. Potentially there can be one
 150   // for each native thread.
 151   static Simulator* current(v8::internal::Isolate* isolate);
 152
 153   // Accessors for register state. Reading the pc value adheres to the ARM
 154   // architecture specification and is off by a 8 from the currently executing
 155   // instruction.
 156   void set_register(int reg, int32_t value);
 157   int32_t get_register(int reg) const;
 158   double get_double_from_register_pair(int reg);
 159   void set_dw_register(int dreg, const int* dbl);
 160
 161   // Support for VFP.
 162   void set_s_register(int reg, unsigned int value);
 163   unsigned int get_s_register(int reg) const;
 164   void set_d_register_from_double(int dreg, const double& dbl);
 165   double get_double_from_d_register(int dreg);
 166   void set_s_register_from_float(int sreg, const float dbl);
 167   float get_float_from_s_register(int sreg);
 168   void set_s_register_from_sinteger(int reg, const int value);
 169   int get_sinteger_from_s_register(int reg);
 170
 171   // Special case of set_register and get_register to access the raw PC value.
 172   void set_pc(int32_t value);
 173   int32_t get_pc() const;
 174
 175   // Accessor to the internal simulator stack area.
 176   uintptr_t StackLimit() const;
 177
 178   // Executes ARM instructions until the PC reaches end_sim_pc.
 179   void Execute();
 180
 181   // Call on program start.
 182   static void Initialize();
 183
 184   // V8 generally calls into generated JS code with 5 parameters and into
 185   // generated RegExp code with 7 parameters. This is a convenience function,
 186   // which sets up the simulator state and grabs the result on return.
 187   int32_t Call(byte* entry, int argument_count, ...);
 188
 189   // Push an address onto the JS stack.
 190   uintptr_t PushAddress(uintptr_t address);
 191
 192   // Pop an address from the JS stack.
 193   uintptr_t PopAddress();
 194
 195   // ICache checking.
 196   static void FlushICache(v8::internal::HashMap* i_cache, void* start,
 197                           size_t size);
 198
 199   // Returns true if pc register contains one of the 'special_values' defined
 200   // below (bad_lr, end_sim_pc).
 201   bool has_bad_pc() const;
 202
 203   // EABI variant for double arguments in use.
 204   bool use_eabi_hardfloat() {
 205 #if USE_EABI_HARDFLOAT
 206     return true;
 207 #else
 208     return false;
 209 #endif
 210   }
 211
 212  private:
 213   enum special_values {
 214     // Known bad pc value to ensure that the simulator does not execute
 215     // without being properly setup.
 216     bad_lr = -1,
 217     // A pc value used to signal the simulator to stop execution.  Generally
 218     // the lr is set to this value on transition from native C code to
 219     // simulated execution, so that the simulator can "return" to the native
 220     // C code.
 221     end_sim_pc = -2
 222   };
 223
 224   // Unsupported instructions use Format to print an error and stop execution.
 225   void Format(Instruction* instr, const char* format);
 226
 227   // Checks if the current instruction should be executed based on its
 228   // condition bits.
 229   bool ConditionallyExecute(Instruction* instr);
 230
 231   // Helper functions to set the conditional flags in the architecture state.
 232   void SetNZFlags(int32_t val);
 233   void SetCFlag(bool val);
 234   void SetVFlag(bool val);
 235   bool CarryFrom(int32_t left, int32_t right, int32_t carry = 0);
 236   bool BorrowFrom(int32_t left, int32_t right);
 237   bool OverflowFrom(int32_t alu_out,
 238                     int32_t left,
 239                     int32_t right,
 240                     bool addition);
 241
 242   inline int GetCarry() {
 243     return c_flag_ ? 1 : 0;
 244   };
 245
 246   // Support for VFP.
 247   void Compute_FPSCR_Flags(double val1, double val2);
 248   void Copy_FPSCR_to_APSR();
 249
 250   // Helper functions to decode common "addressing" modes
 251   int32_t GetShiftRm(Instruction* instr, bool* carry_out);
 252   int32_t GetImm(Instruction* instr, bool* carry_out);
 253   void ProcessPUW(Instruction* instr,
 254                   int num_regs,
 255                   int operand_size,
 256                   intptr_t* start_address,
 257                   intptr_t* end_address);
 258   void HandleRList(Instruction* instr, bool load);
 259   void HandleVList(Instruction* inst);
 260   void SoftwareInterrupt(Instruction* instr);
 261
 262   // Stop helper functions.
 263   inline bool isStopInstruction(Instruction* instr);
 264   inline bool isWatchedStop(uint32_t bkpt_code);
 265   inline bool isEnabledStop(uint32_t bkpt_code);
 266   inline void EnableStop(uint32_t bkpt_code);
 267   inline void DisableStop(uint32_t bkpt_code);
 268   inline void IncreaseStopCounter(uint32_t bkpt_code);
 269   void PrintStopInfo(uint32_t code);
 270
 271   // Read and write memory.
 272   inline uint8_t ReadBU(int32_t addr);
 273   inline int8_t ReadB(int32_t addr);
 274   inline void WriteB(int32_t addr, uint8_t value);
 275   inline void WriteB(int32_t addr, int8_t value);
 276
 277   inline uint16_t ReadHU(int32_t addr, Instruction* instr);
 278   inline int16_t ReadH(int32_t addr, Instruction* instr);
 279   // Note: Overloaded on the sign of the value.
 280   inline void WriteH(int32_t addr, uint16_t value, Instruction* instr);
 281   inline void WriteH(int32_t addr, int16_t value, Instruction* instr);
 282
 283   inline int ReadW(int32_t addr, Instruction* instr);
 284   inline void WriteW(int32_t addr, int value, Instruction* instr);
 285
 286   int32_t* ReadDW(int32_t addr);
 287   void WriteDW(int32_t addr, int32_t value1, int32_t value2);
 288
 289   // Executing is handled based on the instruction type.
 290   // Both type 0 and type 1 rolled into one.
 291   void DecodeType01(Instruction* instr);
 292   void DecodeType2(Instruction* instr);
 293   void DecodeType3(Instruction* instr);
 294   void DecodeType4(Instruction* instr);
 295   void DecodeType5(Instruction* instr);
 296   void DecodeType6(Instruction* instr);
 297   void DecodeType7(Instruction* instr);
 298
 299   // Support for VFP.
 300   void DecodeTypeVFP(Instruction* instr);
 301   void DecodeType6CoprocessorIns(Instruction* instr);
 302
 303   void DecodeVMOVBetweenCoreAndSinglePrecisionRegisters(Instruction* instr);
 304   void DecodeVCMP(Instruction* instr);
 305   void DecodeVCVTBetweenDoubleAndSingle(Instruction* instr);
 306   void DecodeVCVTBetweenFloatingPointAndInteger(Instruction* instr);
 307
 308   // Executes one instruction.
 309   void InstructionDecode(Instruction* instr);
 310
 311   // ICache.
 312   static void CheckICache(v8::internal::HashMap* i_cache, Instruction* instr);
 313   static void FlushOnePage(v8::internal::HashMap* i_cache, intptr_t start,
 314                            int size);
 315   static CachePage* GetCachePage(v8::internal::HashMap* i_cache, void* page);
 316
 317   // Runtime call support.
 318   static void* RedirectExternalReference(
 319       void* external_function,
 320       v8::internal::ExternalReference::Type type);
 321
 322   // For use in calls that take double value arguments.
 323   void GetFpArgs(double* x, double* y);
 324   void GetFpArgs(double* x);
 325   void GetFpArgs(double* x, int32_t* y);
 326   void SetFpResult(const double& result);
 327   void TrashCallerSaveRegisters();
 328
 329   // Architecture state.
 330   // Saturating instructions require a Q flag to indicate saturation.
 331   // There is currently no way to read the CPSR directly, and thus read the Q
 332   // flag, so this is left unimplemented.
 333   int32_t registers_[16];
 334   bool n_flag_;
 335   bool z_flag_;
 336   bool c_flag_;
 337   bool v_flag_;
 338
 339   // VFP architecture state.
 340   unsigned int vfp_register[num_s_registers];
 341   bool n_flag_FPSCR_;
 342   bool z_flag_FPSCR_;
 343   bool c_flag_FPSCR_;
 344   bool v_flag_FPSCR_;
 345
 346   // VFP rounding mode. See ARM DDI 0406B Page A2-29.
 347   VFPRoundingMode FPSCR_rounding_mode_;
 348
 349   // VFP FP exception flags architecture state.
 350   bool inv_op_vfp_flag_;
 351   bool div_zero_vfp_flag_;
 352   bool overflow_vfp_flag_;
 353   bool underflow_vfp_flag_;
 354   bool inexact_vfp_flag_;
 355
 356   // Simulator support.
 357   char* stack_;
 358   bool pc_modified_;
 359   int icount_;
 360
 361   // Icache simulation
 362   v8::internal::HashMap* i_cache_;
 363
 364   // Registered breakpoints.
 365   Instruction* break_pc_;
 366   Instr break_instr_;
 367
 368   v8::internal::Isolate* isolate_;
 369
 370   // A stop is watched if its code is less than kNumOfWatchedStops.
 371   // Only watched stops support enabling/disabling and the counter feature.
 372   static const uint32_t kNumOfWatchedStops = 256;
 373
 374   // Breakpoint is disabled if bit 31 is set.
 375   static const uint32_t kStopDisabledBit = 1 << 31;
 376
 377   // A stop is enabled, meaning the simulator will stop when meeting the
 378   // instruction, if bit 31 of watched_stops[code].count is unset.
 379   // The value watched_stops[code].count & ~(1 << 31) indicates how many times
 380   // the breakpoint was hit or gone through.
 381   struct StopCountAndDesc {
 382     uint32_t count;
 383     char* desc;
 384   };
 385   StopCountAndDesc watched_stops[kNumOfWatchedStops];
 386 };
 387
 388
 389 // When running with the simulator transition into simulated execution at this
 390 // point.
 391 #define CALL_GENERATED_CODE(entry, p0, p1, p2, p3, p4) \
 392   reinterpret_cast<Object*>(Simulator::current(Isolate::Current())->Call( \
 393       FUNCTION_ADDR(entry), 5, p0, p1, p2, p3, p4))
 394
 395 #define CALL_GENERATED_REGEXP_CODE(entry, p0, p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7) \
 396   Simulator::current(Isolate::Current())->Call( \
 397       entry, 9, p0, p1, p2, p3, NULL, p4, p5, p6, p7)
 398
 399 #define TRY_CATCH_FROM_ADDRESS(try_catch_address)                              \
 400   try_catch_address == NULL ?                                                  \
 401       NULL : *(reinterpret_cast<TryCatch**>(try_catch_address))
 402
 403
 404 // The simulator has its own stack. Thus it has a different stack limit from
 405 // the C-based native code.  Setting the c_limit to indicate a very small
 406 // stack cause stack overflow errors, since the simulator ignores the input.
 407 // This is unlikely to be an issue in practice, though it might cause testing
 408 // trouble down the line.
 409 class SimulatorStack : public v8::internal::AllStatic {
 410  public:
 411   static inline uintptr_t JsLimitFromCLimit(uintptr_t c_limit) {
 412     return Simulator::current(Isolate::Current())->StackLimit();
 413   }
 414
 415   static inline uintptr_t RegisterCTryCatch(uintptr_t try_catch_address) {
 416     Simulator* sim = Simulator::current(Isolate::Current());
 417     return sim->PushAddress(try_catch_address);
 418   }
 419
 420   static inline void UnregisterCTryCatch() {
 421     Simulator::current(Isolate::Current())->PopAddress();
 422   }
 423 };
 424
 425 } }  // namespace v8::internal
 426
 427 #endif  // !defined(USE_SIMULATOR)
 428 #endif  // V8_ARM_SIMULATOR_ARM_H_