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(v8::internal::Isolate* isolate,
  72                                             uintptr_t c_limit) {
  73     USE(isolate);
  74     return c_limit;
  75   }
  76
  77   static inline uintptr_t RegisterCTryCatch(uintptr_t try_catch_address) {
  78     return try_catch_address;
  79   }
  80
  81   static inline void UnregisterCTryCatch() { }
  82 };
  83
  84 } }  // namespace v8::internal
  85
  86 #else  // !defined(USE_SIMULATOR)
  87 // Running with a simulator.
  88
  89 #include "constants-arm.h"
  90 #include "hashmap.h"
  91 #include "assembler.h"
  92
  93 namespace v8 {
  94 namespace internal {
  95
  96 class CachePage {
  97  public:
  98   static const int LINE_VALID = 0;
  99   static const int LINE_INVALID = 1;
 100
 101   static const int kPageShift = 12;
 102   static const int kPageSize = 1 << kPageShift;
 103   static const int kPageMask = kPageSize - 1;
 104   static const int kLineShift = 2;  // The cache line is only 4 bytes right now.
 105   static const int kLineLength = 1 << kLineShift;
 106   static const int kLineMask = kLineLength - 1;
 107
 108   CachePage() {
 109     memset(&validity_map_, LINE_INVALID, sizeof(validity_map_));
 110   }
 111
 112   char* ValidityByte(int offset) {
 113     return &validity_map_[offset >> kLineShift];
 114   }
 115
 116   char* CachedData(int offset) {
 117     return &data_[offset];
 118   }
 119
 120  private:
 121   char data_[kPageSize];   // The cached data.
 122   static const int kValidityMapSize = kPageSize >> kLineShift;
 123   char validity_map_[kValidityMapSize];  // One byte per line.
 124 };
 125
 126
 127 class Simulator {
 128  public:
 129   friend class ArmDebugger;
 130   enum Register {
 131     no_reg = -1,
 132     r0 = 0, r1, r2, r3, r4, r5, r6, r7,
 133     r8, r9, r10, r11, r12, r13, r14, r15,
 134     num_registers,
 135     sp = 13,
 136     lr = 14,
 137     pc = 15,
 138     s0 = 0, s1, s2, s3, s4, s5, s6, s7,
 139     s8, s9, s10, s11, s12, s13, s14, s15,
 140     s16, s17, s18, s19, s20, s21, s22, s23,
 141     s24, s25, s26, s27, s28, s29, s30, s31,
 142     num_s_registers = 32,
 143     d0 = 0, d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7,
 144     d8, d9, d10, d11, d12, d13, d14, d15,
 145     num_d_registers = 16
 146   };
 147
 148   explicit Simulator(Isolate* isolate);
 149   ~Simulator();
 150
 151   // The currently executing Simulator instance. Potentially there can be one
 152   // for each native thread.
 153   static Simulator* current(v8::internal::Isolate* isolate);
 154
 155   // Accessors for register state. Reading the pc value adheres to the ARM
 156   // architecture specification and is off by a 8 from the currently executing
 157   // instruction.
 158   void set_register(int reg, int32_t value);
 159   int32_t get_register(int reg) const;
 160   double get_double_from_register_pair(int reg);
 161   void set_dw_register(int dreg, const int* dbl);
 162
 163   // Support for VFP.
 164   void set_s_register(int reg, unsigned int value);
 165   unsigned int get_s_register(int reg) const;
 166   void set_d_register_from_double(int dreg, const double& dbl);
 167   double get_double_from_d_register(int dreg);
 168   void set_s_register_from_float(int sreg, const float dbl);
 169   float get_float_from_s_register(int sreg);
 170   void set_s_register_from_sinteger(int reg, const int value);
 171   int get_sinteger_from_s_register(int reg);
 172
 173   // Special case of set_register and get_register to access the raw PC value.
 174   void set_pc(int32_t value);
 175   int32_t get_pc() const;
 176
 177   // Accessor to the internal simulator stack area.
 178   uintptr_t StackLimit() const;
 179
 180   // Executes ARM instructions until the PC reaches end_sim_pc.
 181   void Execute();
 182
 183   // Call on program start.
 184   static void Initialize(Isolate* isolate);
 185
 186   // V8 generally calls into generated JS code with 5 parameters and into
 187   // generated RegExp code with 7 parameters. This is a convenience function,
 188   // which sets up the simulator state and grabs the result on return.
 189   int32_t Call(byte* entry, int argument_count, ...);
 190
 191   // Push an address onto the JS stack.
 192   uintptr_t PushAddress(uintptr_t address);
 193
 194   // Pop an address from the JS stack.
 195   uintptr_t PopAddress();
 196
 197   // Debugger input.
 198   void set_last_debugger_input(char* input);
 199   char* last_debugger_input() { return last_debugger_input_; }
 200
 201   // ICache checking.
 202   static void FlushICache(v8::internal::HashMap* i_cache, void* start,
 203                           size_t size);
 204
 205   // Returns true if pc register contains one of the 'special_values' defined
 206   // below (bad_lr, end_sim_pc).
 207   bool has_bad_pc() const;
 208
 209   // EABI variant for double arguments in use.
 210   bool use_eabi_hardfloat() {
 211 #if USE_EABI_HARDFLOAT
 212     return true;
 213 #else
 214     return false;
 215 #endif
 216   }
 217
 218  private:
 219   enum special_values {
 220     // Known bad pc value to ensure that the simulator does not execute
 221     // without being properly setup.
 222     bad_lr = -1,
 223     // A pc value used to signal the simulator to stop execution.  Generally
 224     // the lr is set to this value on transition from native C code to
 225     // simulated execution, so that the simulator can "return" to the native
 226     // C code.
 227     end_sim_pc = -2
 228   };
 229
 230   // Unsupported instructions use Format to print an error and stop execution.
 231   void Format(Instruction* instr, const char* format);
 232
 233   // Checks if the current instruction should be executed based on its
 234   // condition bits.
 235   bool ConditionallyExecute(Instruction* instr);
 236
 237   // Helper functions to set the conditional flags in the architecture state.
 238   void SetNZFlags(int32_t val);
 239   void SetCFlag(bool val);
 240   void SetVFlag(bool val);
 241   bool CarryFrom(int32_t left, int32_t right, int32_t carry = 0);
 242   bool BorrowFrom(int32_t left, int32_t right);
 243   bool OverflowFrom(int32_t alu_out,
 244                     int32_t left,
 245                     int32_t right,
 246                     bool addition);
 247
 248   inline int GetCarry() {
 249     return c_flag_ ? 1 : 0;
 250   };
 251
 252   // Support for VFP.
 253   void Compute_FPSCR_Flags(double val1, double val2);
 254   void Copy_FPSCR_to_APSR();
 255
 256   // Helper functions to decode common "addressing" modes
 257   int32_t GetShiftRm(Instruction* instr, bool* carry_out);
 258   int32_t GetImm(Instruction* instr, bool* carry_out);
 259   void ProcessPUW(Instruction* instr,
 260                   int num_regs,
 261                   int operand_size,
 262                   intptr_t* start_address,
 263                   intptr_t* end_address);
 264   void HandleRList(Instruction* instr, bool load);
 265   void HandleVList(Instruction* inst);
 266   void SoftwareInterrupt(Instruction* instr);
 267
 268   // Stop helper functions.
 269   inline bool isStopInstruction(Instruction* instr);
 270   inline bool isWatchedStop(uint32_t bkpt_code);
 271   inline bool isEnabledStop(uint32_t bkpt_code);
 272   inline void EnableStop(uint32_t bkpt_code);
 273   inline void DisableStop(uint32_t bkpt_code);
 274   inline void IncreaseStopCounter(uint32_t bkpt_code);
 275   void PrintStopInfo(uint32_t code);
 276
 277   // Read and write memory.
 278   inline uint8_t ReadBU(int32_t addr);
 279   inline int8_t ReadB(int32_t addr);
 280   inline void WriteB(int32_t addr, uint8_t value);
 281   inline void WriteB(int32_t addr, int8_t value);
 282
 283   inline uint16_t ReadHU(int32_t addr, Instruction* instr);
 284   inline int16_t ReadH(int32_t addr, Instruction* instr);
 285   // Note: Overloaded on the sign of the value.
 286   inline void WriteH(int32_t addr, uint16_t value, Instruction* instr);
 287   inline void WriteH(int32_t addr, int16_t value, Instruction* instr);
 288
 289   inline int ReadW(int32_t addr, Instruction* instr);
 290   inline void WriteW(int32_t addr, int value, Instruction* instr);
 291
 292   int32_t* ReadDW(int32_t addr);
 293   void WriteDW(int32_t addr, int32_t value1, int32_t value2);
 294
 295   // Executing is handled based on the instruction type.
 296   // Both type 0 and type 1 rolled into one.
 297   void DecodeType01(Instruction* instr);
 298   void DecodeType2(Instruction* instr);
 299   void DecodeType3(Instruction* instr);
 300   void DecodeType4(Instruction* instr);
 301   void DecodeType5(Instruction* instr);
 302   void DecodeType6(Instruction* instr);
 303   void DecodeType7(Instruction* instr);
 304
 305   // Support for VFP.
 306   void DecodeTypeVFP(Instruction* instr);
 307   void DecodeType6CoprocessorIns(Instruction* instr);
 308
 309   void DecodeVMOVBetweenCoreAndSinglePrecisionRegisters(Instruction* instr);
 310   void DecodeVCMP(Instruction* instr);
 311   void DecodeVCVTBetweenDoubleAndSingle(Instruction* instr);
 312   void DecodeVCVTBetweenFloatingPointAndInteger(Instruction* instr);
 313
 314   // Executes one instruction.
 315   void InstructionDecode(Instruction* instr);
 316
 317   // ICache.
 318   static void CheckICache(v8::internal::HashMap* i_cache, Instruction* instr);
 319   static void FlushOnePage(v8::internal::HashMap* i_cache, intptr_t start,
 320                            int size);
 321   static CachePage* GetCachePage(v8::internal::HashMap* i_cache, void* page);
 322
 323   // Runtime call support.
 324   static void* RedirectExternalReference(
 325       void* external_function,
 326       v8::internal::ExternalReference::Type type);
 327
 328   // For use in calls that take double value arguments.
 329   void GetFpArgs(double* x, double* y);
 330   void GetFpArgs(double* x);
 331   void GetFpArgs(double* x, int32_t* y);
 332   void SetFpResult(const double& result);
 333   void TrashCallerSaveRegisters();
 334
 335   // Architecture state.
 336   // Saturating instructions require a Q flag to indicate saturation.
 337   // There is currently no way to read the CPSR directly, and thus read the Q
 338   // flag, so this is left unimplemented.
 339   int32_t registers_[16];
 340   bool n_flag_;
 341   bool z_flag_;
 342   bool c_flag_;
 343   bool v_flag_;
 344
 345   // VFP architecture state.
 346   unsigned int vfp_register[num_s_registers];
 347   bool n_flag_FPSCR_;
 348   bool z_flag_FPSCR_;
 349   bool c_flag_FPSCR_;
 350   bool v_flag_FPSCR_;
 351
 352   // VFP rounding mode. See ARM DDI 0406B Page A2-29.
 353   VFPRoundingMode FPSCR_rounding_mode_;
 354
 355   // VFP FP exception flags architecture state.
 356   bool inv_op_vfp_flag_;
 357   bool div_zero_vfp_flag_;
 358   bool overflow_vfp_flag_;
 359   bool underflow_vfp_flag_;
 360   bool inexact_vfp_flag_;
 361
 362   // Simulator support.
 363   char* stack_;
 364   bool pc_modified_;
 365   int icount_;
 366
 367   // Debugger input.
 368   char* last_debugger_input_;
 369
 370   // Icache simulation
 371   v8::internal::HashMap* i_cache_;
 372
 373   // Registered breakpoints.
 374   Instruction* break_pc_;
 375   Instr break_instr_;
 376
 377   v8::internal::Isolate* isolate_;
 378
 379   // A stop is watched if its code is less than kNumOfWatchedStops.
 380   // Only watched stops support enabling/disabling and the counter feature.
 381   static const uint32_t kNumOfWatchedStops = 256;
 382
 383   // Breakpoint is disabled if bit 31 is set.
 384   static const uint32_t kStopDisabledBit = 1 << 31;
 385
 386   // A stop is enabled, meaning the simulator will stop when meeting the
 387   // instruction, if bit 31 of watched_stops[code].count is unset.
 388   // The value watched_stops[code].count & ~(1 << 31) indicates how many times
 389   // the breakpoint was hit or gone through.
 390   struct StopCountAndDesc {
 391     uint32_t count;
 392     char* desc;
 393   };
 394   StopCountAndDesc watched_stops[kNumOfWatchedStops];
 395 };
 396
 397
 398 // When running with the simulator transition into simulated execution at this
 399 // point.
 400 #define CALL_GENERATED_CODE(entry, p0, p1, p2, p3, p4) \
 401   reinterpret_cast<Object*>(Simulator::current(Isolate::Current())->Call( \
 402       FUNCTION_ADDR(entry), 5, p0, p1, p2, p3, p4))
 403
 404 #define CALL_GENERATED_REGEXP_CODE(entry, p0, p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7) \
 405   Simulator::current(Isolate::Current())->Call( \
 406       entry, 9, p0, p1, p2, p3, NULL, p4, p5, p6, p7)
 407
 408 #define TRY_CATCH_FROM_ADDRESS(try_catch_address)                              \
 409   try_catch_address == NULL ?                                                  \
 410       NULL : *(reinterpret_cast<TryCatch**>(try_catch_address))
 411
 412
 413 // The simulator has its own stack. Thus it has a different stack limit from
 414 // the C-based native code.  Setting the c_limit to indicate a very small
 415 // stack cause stack overflow errors, since the simulator ignores the input.
 416 // This is unlikely to be an issue in practice, though it might cause testing
 417 // trouble down the line.
 418 class SimulatorStack : public v8::internal::AllStatic {
 419  public:
 420   static inline uintptr_t JsLimitFromCLimit(v8::internal::Isolate* isolate,
 421                                             uintptr_t c_limit) {
 422     return Simulator::current(isolate)->StackLimit();
 423   }
 424
 425   static inline uintptr_t RegisterCTryCatch(uintptr_t try_catch_address) {
 426     Simulator* sim = Simulator::current(Isolate::Current());
 427     return sim->PushAddress(try_catch_address);
 428   }
 429
 430   static inline void UnregisterCTryCatch() {
 431     Simulator::current(Isolate::Current())->PopAddress();
 432   }
 433 };
 434
 435 } }  // namespace v8::internal
 436
 437 #endif  // !defined(USE_SIMULATOR)
 438 #endif  // V8_ARM_SIMULATOR_ARM_H_