git.maemo.org Git - qemu/blob - target-arm/cpu.h

   1 /*
   2  * ARM virtual CPU header
   3  *
   4  *  Copyright (c) 2003 Fabrice Bellard
   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 #ifndef CPU_ARM_H
  21 #define CPU_ARM_H
  22
  23 #define TARGET_LONG_BITS 32
  24
  25 #define ELF_MACHINE     EM_ARM
  26
  27 #define CPUState struct CPUARMState
  28
  29 #include "cpu-defs.h"
  30
  31 #include "softfloat.h"
  32
  33 #define TARGET_HAS_ICE 1
  34
  35 #define EXCP_UDEF            1   /* undefined instruction */
  36 #define EXCP_SWI             2   /* software interrupt */
  37 #define EXCP_PREFETCH_ABORT  3
  38 #define EXCP_DATA_ABORT      4
  39 #define EXCP_IRQ             5
  40 #define EXCP_FIQ             6
  41 #define EXCP_BKPT            7
  42 #define EXCP_EXCEPTION_EXIT  8   /* Return from v7M exception.  */
  43 #define EXCP_KERNEL_TRAP     9   /* Jumped to kernel code page.  */
  44
  45 #define ARMV7M_EXCP_RESET   1
  46 #define ARMV7M_EXCP_NMI     2
  47 #define ARMV7M_EXCP_HARD    3
  48 #define ARMV7M_EXCP_MEM     4
  49 #define ARMV7M_EXCP_BUS     5
  50 #define ARMV7M_EXCP_USAGE   6
  51 #define ARMV7M_EXCP_SVC     11
  52 #define ARMV7M_EXCP_DEBUG   12
  53 #define ARMV7M_EXCP_PENDSV  14
  54 #define ARMV7M_EXCP_SYSTICK 15
  55
  56 typedef void ARMWriteCPFunc(void *opaque, int cp_info,
  57                             int srcreg, int operand, uint32_t value);
  58 typedef uint32_t ARMReadCPFunc(void *opaque, int cp_info,
  59                                int dstreg, int operand);
  60
  61 struct arm_boot_info;
  62
  63 #define NB_MMU_MODES 2
  64
  65 /* We currently assume float and double are IEEE single and double
  66    precision respectively.
  67    Doing runtime conversions is tricky because VFP registers may contain
  68    integer values (eg. as the result of a FTOSI instruction).
  69    s<2n> maps to the least significant half of d<n>
  70    s<2n+1> maps to the most significant half of d<n>
  71  */
  72
  73 typedef struct CPUARMState {
  74     /* Regs for current mode.  */
  75     uint32_t regs[16];
  76     /* Frequently accessed CPSR bits are stored separately for efficiently.
  77        This contains all the other bits.  Use cpsr_{read,write} to access
  78        the whole CPSR.  */
  79     uint32_t uncached_cpsr;
  80     uint32_t spsr;
  81
  82     /* Banked registers.  */
  83     uint32_t banked_spsr[6];
  84     uint32_t banked_r13[6];
  85     uint32_t banked_r14[6];
  86
  87     /* These hold r8-r12.  */
  88     uint32_t usr_regs[5];
  89     uint32_t fiq_regs[5];
  90
  91     /* cpsr flag cache for faster execution */
  92     uint32_t CF; /* 0 or 1 */
  93     uint32_t VF; /* V is the bit 31. All other bits are undefined */
  94     uint32_t NF; /* N is bit 31. All other bits are undefined.  */
  95     uint32_t ZF; /* Z set if zero.  */
  96     uint32_t QF; /* 0 or 1 */
  97     uint32_t GE; /* cpsr[19:16] */
  98     uint32_t thumb; /* cpsr[5]. 0 = arm mode, 1 = thumb mode. */
  99     uint32_t condexec_bits; /* IT bits.  cpsr[15:10,26:25].  */
 100
 101     /* System control coprocessor (cp15) */
 102     struct {
 103         uint32_t c0_cpuid;
 104         uint32_t c0_cachetype;
 105         uint32_t c0_ccsid[16]; /* Cache size.  */
 106         uint32_t c0_clid; /* Cache level.  */
 107         uint32_t c0_cssel; /* Cache size selection.  */
 108         uint32_t c0_c1[8]; /* Feature registers.  */
 109         uint32_t c0_c2[8]; /* Instruction set registers.  */
 110         uint32_t c1_sys; /* System control register.  */
 111         uint32_t c1_coproc; /* Coprocessor access register.  */
 112         uint32_t c1_xscaleauxcr; /* XScale auxiliary control register.  */
 113         uint32_t c1_secfg; /* Secure configuration register. */
 114         uint32_t c1_sedbg; /* Secure debug enable register. */
 115         uint32_t c1_nseac; /* Non-secure access control register. */
 116         uint32_t c2_base0; /* MMU translation table base 0.  */
 117         uint32_t c2_base1; /* MMU translation table base 1.  */
 118         uint32_t c2_control; /* MMU translation table base control.  */
 119         uint32_t c2_mask; /* MMU translation table base selection mask.  */
 120         uint32_t c2_base_mask; /* MMU translation table base 0 mask. */
 121         uint32_t c2_data; /* MPU data cachable bits.  */
 122         uint32_t c2_insn; /* MPU instruction cachable bits.  */
 123         uint32_t c3; /* MMU domain access control register
 124                         MPU write buffer control.  */
 125         uint32_t c5_insn; /* Fault status registers.  */
 126         uint32_t c5_data;
 127         uint32_t c6_region[8]; /* MPU base/size registers.  */
 128         uint32_t c6_insn; /* Fault address registers.  */
 129         uint32_t c6_data;
 130         uint32_t c9_insn; /* Cache lockdown registers.  */
 131         uint32_t c9_data;
 132         uint32_t c13_fcse; /* FCSE PID.  */
 133         uint32_t c13_context; /* Context ID.  */
 134         uint32_t c13_tls1; /* User RW Thread register.  */
 135         uint32_t c13_tls2; /* User RO Thread register.  */
 136         uint32_t c13_tls3; /* Privileged Thread register.  */
 137         uint32_t c15_cpar; /* XScale Coprocessor Access Register */
 138         uint32_t c15_ticonfig; /* TI925T configuration byte.  */
 139         uint32_t c15_i_max; /* Maximum D-cache dirty line index.  */
 140         uint32_t c15_i_min; /* Minimum D-cache dirty line index.  */
 141         uint32_t c15_threadid; /* TI debugger thread-ID.  */
 142     } cp15;
 143
 144     struct {
 145         uint32_t other_sp;
 146         uint32_t vecbase;
 147         uint32_t basepri;
 148         uint32_t control;
 149         int current_sp;
 150         int exception;
 151         int pending_exception;
 152         void *nvic;
 153     } v7m;
 154
 155     /* Coprocessor IO used by peripherals */
 156     struct {
 157         ARMReadCPFunc *cp_read;
 158         ARMWriteCPFunc *cp_write;
 159         void *opaque;
 160     } cp[15];
 161
 162     /* Thumb-2 EE state.  */
 163     uint32_t teecr;
 164     uint32_t teehbr;
 165
 166     /* Internal CPU feature flags.  */
 167     uint32_t features;
 168
 169     /* Callback for vectored interrupt controller.  */
 170     int (*get_irq_vector)(struct CPUARMState *);
 171     void *irq_opaque;
 172
 173     /* VFP coprocessor state.  */
 174     struct {
 175         float64 regs[32];
 176
 177         uint32_t xregs[16];
 178         /* We store these fpcsr fields separately for convenience.  */
 179         int vec_len;
 180         int vec_stride;
 181
 182         /* scratch space when Tn are not sufficient.  */
 183         uint32_t scratch[8];
 184
 185         float_status fp_status;
 186     } vfp;
 187 #if defined(CONFIG_USER_ONLY)
 188     struct mmon_state *mmon_entry;
 189 #else
 190     uint32_t mmon_addr;
 191 #endif
 192
 193     /* iwMMXt coprocessor state.  */
 194     struct {
 195         uint64_t regs[16];
 196         uint64_t val;
 197
 198         uint32_t cregs[16];
 199     } iwmmxt;
 200
 201 #if defined(CONFIG_USER_ONLY)
 202     /* For usermode syscall translation.  */
 203     int eabi;
 204 #endif
 205
 206     CPU_COMMON
 207
 208     /* These fields after the common ones so they are preserved on reset.  */
 209     struct arm_boot_info *boot_info;
 210 } CPUARMState;
 211
 212 CPUARMState *cpu_arm_init(const char *cpu_model);
 213 void arm_translate_init(void);
 214 int cpu_arm_exec(CPUARMState *s);
 215 void cpu_arm_close(CPUARMState *s);
 216 void do_interrupt(CPUARMState *);
 217 void switch_mode(CPUARMState *, int);
 218 uint32_t do_arm_semihosting(CPUARMState *env);
 219
 220 /* you can call this signal handler from your SIGBUS and SIGSEGV
 221    signal handlers to inform the virtual CPU of exceptions. non zero
 222    is returned if the signal was handled by the virtual CPU.  */
 223 int cpu_arm_signal_handler(int host_signum, void *pinfo,
 224                            void *puc);
 225 int cpu_arm_handle_mmu_fault (CPUARMState *env, target_ulong address, int rw,
 226                               int mmu_idx, int is_softmuu);
 227
 228 void cpu_lock(void);
 229 void cpu_unlock(void);
 230 static inline void cpu_set_tls(CPUARMState *env, target_ulong newtls)
 231 {
 232   env->cp15.c13_tls2 = newtls;
 233 }
 234
 235 #define CPSR_M (0x1f)
 236 #define CPSR_T (1 << 5)
 237 #define CPSR_F (1 << 6)
 238 #define CPSR_I (1 << 7)
 239 #define CPSR_A (1 << 8)
 240 #define CPSR_E (1 << 9)
 241 #define CPSR_IT_2_7 (0xfc00)
 242 #define CPSR_GE (0xf << 16)
 243 #define CPSR_RESERVED (0xf << 20)
 244 #define CPSR_J (1 << 24)
 245 #define CPSR_IT_0_1 (3 << 25)
 246 #define CPSR_Q (1 << 27)
 247 #define CPSR_V (1 << 28)
 248 #define CPSR_C (1 << 29)
 249 #define CPSR_Z (1 << 30)
 250 #define CPSR_N (1 << 31)
 251 #define CPSR_NZCV (CPSR_N | CPSR_Z | CPSR_C | CPSR_V)
 252
 253 #define CPSR_IT (CPSR_IT_0_1 | CPSR_IT_2_7)
 254 #define CACHED_CPSR_BITS (CPSR_T | CPSR_GE | CPSR_IT | CPSR_Q | CPSR_NZCV)
 255 /* Bits writable in user mode.  */
 256 #define CPSR_USER (CPSR_NZCV | CPSR_Q | CPSR_GE)
 257 /* Execution state bits.  MRS read as zero, MSR writes ignored.  */
 258 #define CPSR_EXEC (CPSR_T | CPSR_IT | CPSR_J)
 259
 260 /* Return the current CPSR value.  */
 261 uint32_t cpsr_read(CPUARMState *env);
 262 /* Set the CPSR.  Note that some bits of mask must be all-set or all-clear.  */
 263 void cpsr_write(CPUARMState *env, uint32_t val, uint32_t mask);
 264
 265 /* Return the current xPSR value.  */
 266 static inline uint32_t xpsr_read(CPUARMState *env)
 267 {
 268     int ZF;
 269     ZF = (env->ZF == 0);
 270     return (env->NF & 0x80000000) | (ZF << 30)
 271         | (env->CF << 29) | ((env->VF & 0x80000000) >> 3) | (env->QF << 27)
 272         | (env->thumb << 24) | ((env->condexec_bits & 3) << 25)
 273         | ((env->condexec_bits & 0xfc) << 8)
 274         | env->v7m.exception;
 275 }
 276
 277 /* Set the xPSR.  Note that some bits of mask must be all-set or all-clear.  */
 278 static inline void xpsr_write(CPUARMState *env, uint32_t val, uint32_t mask)
 279 {
 280     if (mask & CPSR_NZCV) {
 281         env->ZF = (~val) & CPSR_Z;
 282         env->NF = val;
 283         env->CF = (val >> 29) & 1;
 284         env->VF = (val << 3) & 0x80000000;
 285     }
 286     if (mask & CPSR_Q)
 287         env->QF = ((val & CPSR_Q) != 0);
 288     if (mask & (1 << 24))
 289         env->thumb = ((val & (1 << 24)) != 0);
 290     if (mask & CPSR_IT_0_1) {
 291         env->condexec_bits &= ~3;
 292         env->condexec_bits |= (val >> 25) & 3;
 293     }
 294     if (mask & CPSR_IT_2_7) {
 295         env->condexec_bits &= 3;
 296         env->condexec_bits |= (val >> 8) & 0xfc;
 297     }
 298     if (mask & 0x1ff) {
 299         env->v7m.exception = val & 0x1ff;
 300     }
 301 }
 302
 303 enum arm_cpu_mode {
 304   ARM_CPU_MODE_USR = 0x10,
 305   ARM_CPU_MODE_FIQ = 0x11,
 306   ARM_CPU_MODE_IRQ = 0x12,
 307   ARM_CPU_MODE_SVC = 0x13,
 308   ARM_CPU_MODE_ABT = 0x17,
 309   ARM_CPU_MODE_UND = 0x1b,
 310   ARM_CPU_MODE_SYS = 0x1f
 311 };
 312
 313 /* VFP system registers.  */
 314 #define ARM_VFP_FPSID   0
 315 #define ARM_VFP_FPSCR   1
 316 #define ARM_VFP_MVFR1   6
 317 #define ARM_VFP_MVFR0   7
 318 #define ARM_VFP_FPEXC   8
 319 #define ARM_VFP_FPINST  9
 320 #define ARM_VFP_FPINST2 10
 321
 322 /* iwMMXt coprocessor control registers.  */
 323 #define ARM_IWMMXT_wCID         0
 324 #define ARM_IWMMXT_wCon         1
 325 #define ARM_IWMMXT_wCSSF        2
 326 #define ARM_IWMMXT_wCASF        3
 327 #define ARM_IWMMXT_wCGR0        8
 328 #define ARM_IWMMXT_wCGR1        9
 329 #define ARM_IWMMXT_wCGR2        10
 330 #define ARM_IWMMXT_wCGR3        11
 331
 332 enum arm_features {
 333     ARM_FEATURE_VFP,
 334     ARM_FEATURE_AUXCR,  /* ARM1026 Auxiliary control register.  */
 335     ARM_FEATURE_XSCALE, /* Intel XScale extensions.  */
 336     ARM_FEATURE_IWMMXT, /* Intel iwMMXt extension.  */
 337     ARM_FEATURE_V6,
 338     ARM_FEATURE_V6K,
 339     ARM_FEATURE_V7,
 340     ARM_FEATURE_THUMB2,
 341     ARM_FEATURE_MPU,    /* Only has Memory Protection Unit, not full MMU.  */
 342     ARM_FEATURE_VFP3,
 343     ARM_FEATURE_NEON,
 344     ARM_FEATURE_DIV,
 345     ARM_FEATURE_M, /* Microcontroller profile.  */
 346     ARM_FEATURE_OMAPCP, /* OMAP specific CP15 ops handling.  */
 347     ARM_FEATURE_THUMB2EE,
 348         ARM_FEATURE_TRUSTZONE /* TrustZone Security Extensions. */
 349 };
 350
 351 static inline int arm_feature(CPUARMState *env, int feature)
 352 {
 353     return (env->features & (1u << feature)) != 0;
 354 }
 355
 356 void arm_cpu_list(FILE *f, int (*cpu_fprintf)(FILE *f, const char *fmt, ...));
 357
 358 /* Interface between CPU and Interrupt controller.  */
 359 void armv7m_nvic_set_pending(void *opaque, int irq);
 360 int armv7m_nvic_acknowledge_irq(void *opaque);
 361 void armv7m_nvic_complete_irq(void *opaque, int irq);
 362
 363 void cpu_arm_set_cp_io(CPUARMState *env, int cpnum,
 364                        ARMReadCPFunc *cp_read, ARMWriteCPFunc *cp_write,
 365                        void *opaque);
 366
 367 /* Does the core conform to the the "MicroController" profile. e.g. Cortex-M3.
 368    Note the M in older cores (eg. ARM7TDMI) stands for Multiply. These are
 369    conventional cores (ie. Application or Realtime profile).  */
 370
 371 #define IS_M(env) arm_feature(env, ARM_FEATURE_M)
 372 #define ARM_CPUID(env) (env->cp15.c0_cpuid)
 373
 374 #define ARM_CPUID_ARM1026       0x4106a262
 375 #define ARM_CPUID_ARM926        0x41069265
 376 #define ARM_CPUID_ARM946        0x41059461
 377 #define ARM_CPUID_TI915T        0x54029152
 378 #define ARM_CPUID_TI925T        0x54029252
 379 #define ARM_CPUID_PXA250        0x69052100
 380 #define ARM_CPUID_PXA255        0x69052d00
 381 #define ARM_CPUID_PXA260        0x69052903
 382 #define ARM_CPUID_PXA261        0x69052d05
 383 #define ARM_CPUID_PXA262        0x69052d06
 384 #define ARM_CPUID_PXA270        0x69054110
 385 #define ARM_CPUID_PXA270_A0     0x69054110
 386 #define ARM_CPUID_PXA270_A1     0x69054111
 387 #define ARM_CPUID_PXA270_B0     0x69054112
 388 #define ARM_CPUID_PXA270_B1     0x69054113
 389 #define ARM_CPUID_PXA270_C0     0x69054114
 390 #define ARM_CPUID_PXA270_C5     0x69054117
 391 #define ARM_CPUID_ARM1136       0x4117b363
 392 #define ARM_CPUID_ARM1136_R2    0x4107b362
 393 #define ARM_CPUID_ARM11MPCORE   0x410fb022
 394 #define ARM_CPUID_CORTEXA8      0x411fc081
 395 #define ARM_CPUID_CORTEXA8_R2   0x412fc083
 396 #define ARM_CPUID_CORTEXM3      0x410fc231
 397 #define ARM_CPUID_ANY           0xffffffff
 398
 399 #if defined(CONFIG_USER_ONLY)
 400 #define TARGET_PAGE_BITS 12
 401 #else
 402 /* The ARM MMU allows 1k pages.  */
 403 /* ??? Linux doesn't actually use these, and they're deprecated in recent
 404    architecture revisions.  Maybe a configure option to disable them.  */
 405 #define TARGET_PAGE_BITS 10
 406 #endif
 407
 408 #define cpu_init cpu_arm_init
 409 #define cpu_exec cpu_arm_exec
 410 #define cpu_gen_code cpu_arm_gen_code
 411 #define cpu_signal_handler cpu_arm_signal_handler
 412 #define cpu_list arm_cpu_list
 413
 414 #define CPU_SAVE_VERSION 1
 415
 416 /* MMU modes definitions */
 417 #define MMU_MODE0_SUFFIX _kernel
 418 #define MMU_MODE1_SUFFIX _user
 419 #define MMU_USER_IDX 1
 420 static inline int cpu_mmu_index (CPUState *env)
 421 {
 422     return (env->uncached_cpsr & CPSR_M) == ARM_CPU_MODE_USR ? 1 : 0;
 423 }
 424
 425 #if defined(CONFIG_USER_ONLY)
 426 static inline void cpu_clone_regs(CPUState *env, target_ulong newsp)
 427 {
 428     if (newsp)
 429         env->regs[13] = newsp;
 430     env->regs[0] = 0;
 431 }
 432 #endif
 433
 434 #include "cpu-all.h"
 435 #include "exec-all.h"
 436
 437 static inline void cpu_pc_from_tb(CPUState *env, TranslationBlock *tb)
 438 {
 439     env->regs[15] = tb->pc;
 440 }
 441
 442 static inline void cpu_get_tb_cpu_state(CPUState *env, target_ulong *pc,
 443                                         target_ulong *cs_base, int *flags)
 444 {
 445     *pc = env->regs[15];
 446     *cs_base = 0;
 447     *flags = env->thumb | (env->vfp.vec_len << 1)
 448             | (env->vfp.vec_stride << 4) | (env->condexec_bits << 8);
 449     if ((env->uncached_cpsr & CPSR_M) != ARM_CPU_MODE_USR)
 450         *flags |= (1 << 6);
 451     if (env->vfp.xregs[ARM_VFP_FPEXC] & (1 << 30))
 452         *flags |= (1 << 7);
 453 }
 454
 455 #endif