Recognize V9 stores and CAS accesses as writes
[qemu] / target-sh4 / helper.c
1 /*
2  *  SH4 emulation
3  *
4  *  Copyright (c) 2005 Samuel Tardieu
5  *
6  * This library is free software; you can redistribute it and/or
7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
8  * License as published by the Free Software Foundation; either
9  * version 2 of the License, or (at your option) any later version.
10  *
11  * This library is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
14  * Lesser General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
17  * License along with this library; if not, write to the Free Software
18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston MA  02110-1301 USA
19  */
20 #include <stdarg.h>
21 #include <stdlib.h>
22 #include <stdio.h>
23 #include <string.h>
24 #include <inttypes.h>
25 #include <signal.h>
26 #include <assert.h>
27
28 #include "cpu.h"
29 #include "exec-all.h"
30 #include "hw/sh_intc.h"
31
32 #if defined(CONFIG_USER_ONLY)
33
34 void do_interrupt (CPUState *env)
35 {
36   env->exception_index = -1;
37 }
38
39 int cpu_sh4_handle_mmu_fault(CPUState * env, target_ulong address, int rw,
40                              int mmu_idx, int is_softmmu)
41 {
42     env->tea = address;
43     env->exception_index = 0;
44     switch (rw) {
45     case 0:
46         env->exception_index = 0x0a0;
47         break;
48     case 1:
49         env->exception_index = 0x0c0;
50         break;
51     case 2:
52         env->exception_index = 0x0a0;
53         break;
54     }
55     return 1;
56 }
57
58 target_phys_addr_t cpu_get_phys_page_debug(CPUState * env, target_ulong addr)
59 {
60     return addr;
61 }
62
63 int cpu_sh4_is_cached(CPUSH4State * env, target_ulong addr)
64 {
65     /* For user mode, only U0 area is cachable. */
66     return !(addr & 0x80000000);
67 }
68
69 #else /* !CONFIG_USER_ONLY */
70
71 #define MMU_OK                   0
72 #define MMU_ITLB_MISS            (-1)
73 #define MMU_ITLB_MULTIPLE        (-2)
74 #define MMU_ITLB_VIOLATION       (-3)
75 #define MMU_DTLB_MISS_READ       (-4)
76 #define MMU_DTLB_MISS_WRITE      (-5)
77 #define MMU_DTLB_INITIAL_WRITE   (-6)
78 #define MMU_DTLB_VIOLATION_READ  (-7)
79 #define MMU_DTLB_VIOLATION_WRITE (-8)
80 #define MMU_DTLB_MULTIPLE        (-9)
81 #define MMU_DTLB_MISS            (-10)
82 #define MMU_IADDR_ERROR          (-11)
83 #define MMU_DADDR_ERROR_READ     (-12)
84 #define MMU_DADDR_ERROR_WRITE    (-13)
85
86 void do_interrupt(CPUState * env)
87 {
88     int do_irq = env->interrupt_request & CPU_INTERRUPT_HARD;
89     int do_exp, irq_vector = env->exception_index;
90
91     /* prioritize exceptions over interrupts */
92
93     do_exp = env->exception_index != -1;
94     do_irq = do_irq && (env->exception_index == -1);
95
96     if (env->sr & SR_BL) {
97         if (do_exp && env->exception_index != 0x1e0) {
98             env->exception_index = 0x000; /* masked exception -> reset */
99         }
100         if (do_irq && !env->intr_at_halt) {
101             return; /* masked */
102         }
103         env->intr_at_halt = 0;
104     }
105
106     if (do_irq) {
107         irq_vector = sh_intc_get_pending_vector(env->intc_handle,
108                                                 (env->sr >> 4) & 0xf);
109         if (irq_vector == -1) {
110             return; /* masked */
111         }
112     }
113
114     if (qemu_loglevel_mask(CPU_LOG_INT)) {
115         const char *expname;
116         switch (env->exception_index) {
117         case 0x0e0:
118             expname = "addr_error";
119             break;
120         case 0x040:
121             expname = "tlb_miss";
122             break;
123         case 0x0a0:
124             expname = "tlb_violation";
125             break;
126         case 0x180:
127             expname = "illegal_instruction";
128             break;
129         case 0x1a0:
130             expname = "slot_illegal_instruction";
131             break;
132         case 0x800:
133             expname = "fpu_disable";
134             break;
135         case 0x820:
136             expname = "slot_fpu";
137             break;
138         case 0x100:
139             expname = "data_write";
140             break;
141         case 0x060:
142             expname = "dtlb_miss_write";
143             break;
144         case 0x0c0:
145             expname = "dtlb_violation_write";
146             break;
147         case 0x120:
148             expname = "fpu_exception";
149             break;
150         case 0x080:
151             expname = "initial_page_write";
152             break;
153         case 0x160:
154             expname = "trapa";
155             break;
156         default:
157             expname = do_irq ? "interrupt" : "???";
158             break;
159         }
160         qemu_log("exception 0x%03x [%s] raised\n",
161                   irq_vector, expname);
162         log_cpu_state(env, 0);
163     }
164
165     env->ssr = env->sr;
166     env->spc = env->pc;
167     env->sgr = env->gregs[15];
168     env->sr |= SR_BL | SR_MD | SR_RB;
169
170     if (env->flags & (DELAY_SLOT | DELAY_SLOT_CONDITIONAL)) {
171         /* Branch instruction should be executed again before delay slot. */
172         env->spc -= 2;
173         /* Clear flags for exception/interrupt routine. */
174         env->flags &= ~(DELAY_SLOT | DELAY_SLOT_CONDITIONAL | DELAY_SLOT_TRUE);
175     }
176     if (env->flags & DELAY_SLOT_CLEARME)
177         env->flags = 0;
178
179     if (do_exp) {
180         env->expevt = env->exception_index;
181         switch (env->exception_index) {
182         case 0x000:
183         case 0x020:
184         case 0x140:
185             env->sr &= ~SR_FD;
186             env->sr |= 0xf << 4; /* IMASK */
187             env->pc = 0xa0000000;
188             break;
189         case 0x040:
190         case 0x060:
191             env->pc = env->vbr + 0x400;
192             break;
193         case 0x160:
194             env->spc += 2; /* special case for TRAPA */
195             /* fall through */
196         default:
197             env->pc = env->vbr + 0x100;
198             break;
199         }
200         return;
201     }
202
203     if (do_irq) {
204         env->intevt = irq_vector;
205         env->pc = env->vbr + 0x600;
206         return;
207     }
208 }
209
210 static void update_itlb_use(CPUState * env, int itlbnb)
211 {
212     uint8_t or_mask = 0, and_mask = (uint8_t) - 1;
213
214     switch (itlbnb) {
215     case 0:
216         and_mask = 0x1f;
217         break;
218     case 1:
219         and_mask = 0xe7;
220         or_mask = 0x80;
221         break;
222     case 2:
223         and_mask = 0xfb;
224         or_mask = 0x50;
225         break;
226     case 3:
227         or_mask = 0x2c;
228         break;
229     }
230
231     env->mmucr &= (and_mask << 24) | 0x00ffffff;
232     env->mmucr |= (or_mask << 24);
233 }
234
235 static int itlb_replacement(CPUState * env)
236 {
237     if ((env->mmucr & 0xe0000000) == 0xe0000000)
238         return 0;
239     if ((env->mmucr & 0x98000000) == 0x18000000)
240         return 1;
241     if ((env->mmucr & 0x54000000) == 0x04000000)
242         return 2;
243     if ((env->mmucr & 0x2c000000) == 0x00000000)
244         return 3;
245     assert(0);
246 }
247
248 /* Find the corresponding entry in the right TLB
249    Return entry, MMU_DTLB_MISS or MMU_DTLB_MULTIPLE
250 */
251 static int find_tlb_entry(CPUState * env, target_ulong address,
252                           tlb_t * entries, uint8_t nbtlb, int use_asid)
253 {
254     int match = MMU_DTLB_MISS;
255     uint32_t start, end;
256     uint8_t asid;
257     int i;
258
259     asid = env->pteh & 0xff;
260
261     for (i = 0; i < nbtlb; i++) {
262         if (!entries[i].v)
263             continue;           /* Invalid entry */
264         if (!entries[i].sh && use_asid && entries[i].asid != asid)
265             continue;           /* Bad ASID */
266 #if 0
267         switch (entries[i].sz) {
268         case 0:
269             size = 1024;        /* 1kB */
270             break;
271         case 1:
272             size = 4 * 1024;    /* 4kB */
273             break;
274         case 2:
275             size = 64 * 1024;   /* 64kB */
276             break;
277         case 3:
278             size = 1024 * 1024; /* 1MB */
279             break;
280         default:
281             assert(0);
282         }
283 #endif
284         start = (entries[i].vpn << 10) & ~(entries[i].size - 1);
285         end = start + entries[i].size - 1;
286         if (address >= start && address <= end) {       /* Match */
287             if (match != MMU_DTLB_MISS)
288                 return MMU_DTLB_MULTIPLE;       /* Multiple match */
289             match = i;
290         }
291     }
292     return match;
293 }
294
295 static int same_tlb_entry_exists(const tlb_t * haystack, uint8_t nbtlb,
296                                  const tlb_t * needle)
297 {
298     int i;
299     for (i = 0; i < nbtlb; i++)
300         if (!memcmp(&haystack[i], needle, sizeof(tlb_t)))
301             return 1;
302     return 0;
303 }
304
305 static void increment_urc(CPUState * env)
306 {
307     uint8_t urb, urc;
308
309     /* Increment URC */
310     urb = ((env->mmucr) >> 18) & 0x3f;
311     urc = ((env->mmucr) >> 10) & 0x3f;
312     urc++;
313     if ((urb > 0 && urc > urb) || urc > (UTLB_SIZE - 1))
314         urc = 0;
315     env->mmucr = (env->mmucr & 0xffff03ff) | (urc << 10);
316 }
317
318 /* Find itlb entry - update itlb from utlb if necessary and asked for
319    Return entry, MMU_ITLB_MISS, MMU_ITLB_MULTIPLE or MMU_DTLB_MULTIPLE
320    Update the itlb from utlb if update is not 0
321 */
322 static int find_itlb_entry(CPUState * env, target_ulong address,
323                            int use_asid, int update)
324 {
325     int e, n;
326
327     e = find_tlb_entry(env, address, env->itlb, ITLB_SIZE, use_asid);
328     if (e == MMU_DTLB_MULTIPLE)
329         e = MMU_ITLB_MULTIPLE;
330     else if (e == MMU_DTLB_MISS && update) {
331         e = find_tlb_entry(env, address, env->utlb, UTLB_SIZE, use_asid);
332         if (e >= 0) {
333             tlb_t * ientry;
334             n = itlb_replacement(env);
335             ientry = &env->itlb[n];
336             if (ientry->v) {
337                 if (!same_tlb_entry_exists(env->utlb, UTLB_SIZE, ientry))
338                     tlb_flush_page(env, ientry->vpn << 10);
339             }
340             *ientry = env->utlb[e];
341             e = n;
342         } else if (e == MMU_DTLB_MISS)
343             e = MMU_ITLB_MISS;
344     } else if (e == MMU_DTLB_MISS)
345         e = MMU_ITLB_MISS;
346     if (e >= 0)
347         update_itlb_use(env, e);
348     return e;
349 }
350
351 /* Find utlb entry
352    Return entry, MMU_DTLB_MISS, MMU_DTLB_MULTIPLE */
353 static int find_utlb_entry(CPUState * env, target_ulong address, int use_asid)
354 {
355     /* per utlb access */
356     increment_urc(env);
357
358     /* Return entry */
359     return find_tlb_entry(env, address, env->utlb, UTLB_SIZE, use_asid);
360 }
361
362 /* Match address against MMU
363    Return MMU_OK, MMU_DTLB_MISS_READ, MMU_DTLB_MISS_WRITE,
364    MMU_DTLB_INITIAL_WRITE, MMU_DTLB_VIOLATION_READ,
365    MMU_DTLB_VIOLATION_WRITE, MMU_ITLB_MISS,
366    MMU_ITLB_MULTIPLE, MMU_ITLB_VIOLATION,
367    MMU_IADDR_ERROR, MMU_DADDR_ERROR_READ, MMU_DADDR_ERROR_WRITE.
368 */
369 static int get_mmu_address(CPUState * env, target_ulong * physical,
370                            int *prot, target_ulong address,
371                            int rw, int access_type)
372 {
373     int use_asid, n;
374     tlb_t *matching = NULL;
375
376     use_asid = (env->mmucr & MMUCR_SV) == 0 || (env->sr & SR_MD) == 0;
377
378     if (rw == 2) {
379         n = find_itlb_entry(env, address, use_asid, 1);
380         if (n >= 0) {
381             matching = &env->itlb[n];
382             if ((env->sr & SR_MD) & !(matching->pr & 2))
383                 n = MMU_ITLB_VIOLATION;
384             else
385                 *prot = PAGE_READ;
386         }
387     } else {
388         n = find_utlb_entry(env, address, use_asid);
389         if (n >= 0) {
390             matching = &env->utlb[n];
391             switch ((matching->pr << 1) | ((env->sr & SR_MD) ? 1 : 0)) {
392             case 0:             /* 000 */
393             case 2:             /* 010 */
394                 n = (rw == 1) ? MMU_DTLB_VIOLATION_WRITE :
395                     MMU_DTLB_VIOLATION_READ;
396                 break;
397             case 1:             /* 001 */
398             case 4:             /* 100 */
399             case 5:             /* 101 */
400                 if (rw == 1)
401                     n = MMU_DTLB_VIOLATION_WRITE;
402                 else
403                     *prot = PAGE_READ;
404                 break;
405             case 3:             /* 011 */
406             case 6:             /* 110 */
407             case 7:             /* 111 */
408                 *prot = (rw == 1)? PAGE_WRITE : PAGE_READ;
409                 break;
410             }
411         } else if (n == MMU_DTLB_MISS) {
412             n = (rw == 1) ? MMU_DTLB_MISS_WRITE :
413                 MMU_DTLB_MISS_READ;
414         }
415     }
416     if (n >= 0) {
417         *physical = ((matching->ppn << 10) & ~(matching->size - 1)) |
418             (address & (matching->size - 1));
419         if ((rw == 1) & !matching->d)
420             n = MMU_DTLB_INITIAL_WRITE;
421         else
422             n = MMU_OK;
423     }
424     return n;
425 }
426
427 static int get_physical_address(CPUState * env, target_ulong * physical,
428                                 int *prot, target_ulong address,
429                                 int rw, int access_type)
430 {
431     /* P1, P2 and P4 areas do not use translation */
432     if ((address >= 0x80000000 && address < 0xc0000000) ||
433         address >= 0xe0000000) {
434         if (!(env->sr & SR_MD)
435             && (address < 0xe0000000 || address > 0xe4000000)) {
436             /* Unauthorized access in user mode (only store queues are available) */
437             fprintf(stderr, "Unauthorized access\n");
438             if (rw == 0)
439                 return MMU_DADDR_ERROR_READ;
440             else if (rw == 1)
441                 return MMU_DADDR_ERROR_WRITE;
442             else
443                 return MMU_IADDR_ERROR;
444         }
445         if (address >= 0x80000000 && address < 0xc0000000) {
446             /* Mask upper 3 bits for P1 and P2 areas */
447             *physical = address & 0x1fffffff;
448         } else {
449             *physical = address;
450         }
451         *prot = PAGE_READ | PAGE_WRITE;
452         return MMU_OK;
453     }
454
455     /* If MMU is disabled, return the corresponding physical page */
456     if (!env->mmucr & MMUCR_AT) {
457         *physical = address & 0x1FFFFFFF;
458         *prot = PAGE_READ | PAGE_WRITE;
459         return MMU_OK;
460     }
461
462     /* We need to resort to the MMU */
463     return get_mmu_address(env, physical, prot, address, rw, access_type);
464 }
465
466 int cpu_sh4_handle_mmu_fault(CPUState * env, target_ulong address, int rw,
467                              int mmu_idx, int is_softmmu)
468 {
469     target_ulong physical, page_offset, page_size;
470     int prot, ret, access_type;
471
472     access_type = ACCESS_INT;
473     ret =
474         get_physical_address(env, &physical, &prot, address, rw,
475                              access_type);
476
477     if (ret != MMU_OK) {
478         env->tea = address;
479         switch (ret) {
480         case MMU_ITLB_MISS:
481         case MMU_DTLB_MISS_READ:
482             env->exception_index = 0x040;
483             break;
484         case MMU_DTLB_MULTIPLE:
485         case MMU_ITLB_MULTIPLE:
486             env->exception_index = 0x140;
487             break;
488         case MMU_ITLB_VIOLATION:
489             env->exception_index = 0x0a0;
490             break;
491         case MMU_DTLB_MISS_WRITE:
492             env->exception_index = 0x060;
493             break;
494         case MMU_DTLB_INITIAL_WRITE:
495             env->exception_index = 0x080;
496             break;
497         case MMU_DTLB_VIOLATION_READ:
498             env->exception_index = 0x0a0;
499             break;
500         case MMU_DTLB_VIOLATION_WRITE:
501             env->exception_index = 0x0c0;
502             break;
503         case MMU_IADDR_ERROR:
504         case MMU_DADDR_ERROR_READ:
505             env->exception_index = 0x0c0;
506             break;
507         case MMU_DADDR_ERROR_WRITE:
508             env->exception_index = 0x100;
509             break;
510         default:
511             assert(0);
512         }
513         return 1;
514     }
515
516     page_size = TARGET_PAGE_SIZE;
517     page_offset =
518         (address - (address & TARGET_PAGE_MASK)) & ~(page_size - 1);
519     address = (address & TARGET_PAGE_MASK) + page_offset;
520     physical = (physical & TARGET_PAGE_MASK) + page_offset;
521
522     return tlb_set_page(env, address, physical, prot, mmu_idx, is_softmmu);
523 }
524
525 target_phys_addr_t cpu_get_phys_page_debug(CPUState * env, target_ulong addr)
526 {
527     target_ulong physical;
528     int prot;
529
530     get_physical_address(env, &physical, &prot, addr, 0, 0);
531     return physical;
532 }
533
534 void cpu_load_tlb(CPUSH4State * env)
535 {
536     int n = cpu_mmucr_urc(env->mmucr);
537     tlb_t * entry = &env->utlb[n];
538
539     if (entry->v) {
540         /* Overwriting valid entry in utlb. */
541         target_ulong address = entry->vpn << 10;
542         if (!same_tlb_entry_exists(env->itlb, ITLB_SIZE, entry)) {
543             tlb_flush_page(env, address);
544         }
545     }
546
547     /* Take values into cpu status from registers. */
548     entry->asid = (uint8_t)cpu_pteh_asid(env->pteh);
549     entry->vpn  = cpu_pteh_vpn(env->pteh);
550     entry->v    = (uint8_t)cpu_ptel_v(env->ptel);
551     entry->ppn  = cpu_ptel_ppn(env->ptel);
552     entry->sz   = (uint8_t)cpu_ptel_sz(env->ptel);
553     switch (entry->sz) {
554     case 0: /* 00 */
555         entry->size = 1024; /* 1K */
556         break;
557     case 1: /* 01 */
558         entry->size = 1024 * 4; /* 4K */
559         break;
560     case 2: /* 10 */
561         entry->size = 1024 * 64; /* 64K */
562         break;
563     case 3: /* 11 */
564         entry->size = 1024 * 1024; /* 1M */
565         break;
566     default:
567         assert(0);
568         break;
569     }
570     entry->sh   = (uint8_t)cpu_ptel_sh(env->ptel);
571     entry->c    = (uint8_t)cpu_ptel_c(env->ptel);
572     entry->pr   = (uint8_t)cpu_ptel_pr(env->ptel);
573     entry->d    = (uint8_t)cpu_ptel_d(env->ptel);
574     entry->wt   = (uint8_t)cpu_ptel_wt(env->ptel);
575     entry->sa   = (uint8_t)cpu_ptea_sa(env->ptea);
576     entry->tc   = (uint8_t)cpu_ptea_tc(env->ptea);
577 }
578
579 void cpu_sh4_write_mmaped_utlb_addr(CPUSH4State *s, target_phys_addr_t addr,
580                                     uint32_t mem_value)
581 {
582     int associate = addr & 0x0000080;
583     uint32_t vpn = (mem_value & 0xfffffc00) >> 10;
584     uint8_t d = (uint8_t)((mem_value & 0x00000200) >> 9);
585     uint8_t v = (uint8_t)((mem_value & 0x00000100) >> 8);
586     uint8_t asid = (uint8_t)(mem_value & 0x000000ff);
587     int use_asid = (s->mmucr & MMUCR_SV) == 0 || (s->sr & SR_MD) == 0;
588
589     if (associate) {
590         int i;
591         tlb_t * utlb_match_entry = NULL;
592         int needs_tlb_flush = 0;
593
594         /* search UTLB */
595         for (i = 0; i < UTLB_SIZE; i++) {
596             tlb_t * entry = &s->utlb[i];
597             if (!entry->v)
598                 continue;
599
600             if (entry->vpn == vpn
601                 && (!use_asid || entry->asid == asid || entry->sh)) {
602                 if (utlb_match_entry) {
603                     /* Multiple TLB Exception */
604                     s->exception_index = 0x140;
605                     s->tea = addr;
606                     break;
607                 }
608                 if (entry->v && !v)
609                     needs_tlb_flush = 1;
610                 entry->v = v;
611                 entry->d = d;
612                 utlb_match_entry = entry;
613             }
614             increment_urc(s); /* per utlb access */
615         }
616
617         /* search ITLB */
618         for (i = 0; i < ITLB_SIZE; i++) {
619             tlb_t * entry = &s->itlb[i];
620             if (entry->vpn == vpn
621                 && (!use_asid || entry->asid == asid || entry->sh)) {
622                 if (entry->v && !v)
623                     needs_tlb_flush = 1;
624                 if (utlb_match_entry)
625                     *entry = *utlb_match_entry;
626                 else
627                     entry->v = v;
628                 break;
629             }
630         }
631
632         if (needs_tlb_flush)
633             tlb_flush_page(s, vpn << 10);
634         
635     } else {
636         int index = (addr & 0x00003f00) >> 8;
637         tlb_t * entry = &s->utlb[index];
638         if (entry->v) {
639             /* Overwriting valid entry in utlb. */
640             target_ulong address = entry->vpn << 10;
641             if (!same_tlb_entry_exists(s->itlb, ITLB_SIZE, entry)) {
642                 tlb_flush_page(s, address);
643             }
644         }
645         entry->asid = asid;
646         entry->vpn = vpn;
647         entry->d = d;
648         entry->v = v;
649         increment_urc(s);
650     }
651 }
652
653 int cpu_sh4_is_cached(CPUSH4State * env, target_ulong addr)
654 {
655     int n;
656     int use_asid = (env->mmucr & MMUCR_SV) == 0 || (env->sr & SR_MD) == 0;
657
658     /* check area */
659     if (env->sr & SR_MD) {
660         /* For previledged mode, P2 and P4 area is not cachable. */
661         if ((0xA0000000 <= addr && addr < 0xC0000000) || 0xE0000000 <= addr)
662             return 0;
663     } else {
664         /* For user mode, only U0 area is cachable. */
665         if (0x80000000 <= addr)
666             return 0;
667     }
668
669     /*
670      * TODO : Evaluate CCR and check if the cache is on or off.
671      *        Now CCR is not in CPUSH4State, but in SH7750State.
672      *        When you move the ccr inot CPUSH4State, the code will be
673      *        as follows.
674      */
675 #if 0
676     /* check if operand cache is enabled or not. */
677     if (!(env->ccr & 1))
678         return 0;
679 #endif
680
681     /* if MMU is off, no check for TLB. */
682     if (env->mmucr & MMUCR_AT)
683         return 1;
684
685     /* check TLB */
686     n = find_tlb_entry(env, addr, env->itlb, ITLB_SIZE, use_asid);
687     if (n >= 0)
688         return env->itlb[n].c;
689
690     n = find_tlb_entry(env, addr, env->utlb, UTLB_SIZE, use_asid);
691     if (n >= 0)
692         return env->utlb[n].c;
693
694     return 0;
695 }
696
697 #endif