linux-user: fix ppc target_stat64 st_blocks layout
[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, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18  */
19 #include <stdarg.h>
20 #include <stdlib.h>
21 #include <stdio.h>
22 #include <string.h>
23 #include <inttypes.h>
24 #include <signal.h>
25
26 #include "cpu.h"
27 #include "exec-all.h"
28 #include "hw/sh_intc.h"
29
30 #if defined(CONFIG_USER_ONLY)
31
32 void do_interrupt (CPUState *env)
33 {
34   env->exception_index = -1;
35 }
36
37 int cpu_sh4_handle_mmu_fault(CPUState * env, target_ulong address, int rw,
38                              int mmu_idx, int is_softmmu)
39 {
40     env->tea = address;
41     env->exception_index = 0;
42     switch (rw) {
43     case 0:
44         env->exception_index = 0x0a0;
45         break;
46     case 1:
47         env->exception_index = 0x0c0;
48         break;
49     case 2:
50         env->exception_index = 0x0a0;
51         break;
52     }
53     return 1;
54 }
55
56 target_phys_addr_t cpu_get_phys_page_debug(CPUState * env, target_ulong addr)
57 {
58     return addr;
59 }
60
61 int cpu_sh4_is_cached(CPUSH4State * env, target_ulong addr)
62 {
63     /* For user mode, only U0 area is cachable. */
64     return !(addr & 0x80000000);
65 }
66
67 #else /* !CONFIG_USER_ONLY */
68
69 #define MMU_OK                   0
70 #define MMU_ITLB_MISS            (-1)
71 #define MMU_ITLB_MULTIPLE        (-2)
72 #define MMU_ITLB_VIOLATION       (-3)
73 #define MMU_DTLB_MISS_READ       (-4)
74 #define MMU_DTLB_MISS_WRITE      (-5)
75 #define MMU_DTLB_INITIAL_WRITE   (-6)
76 #define MMU_DTLB_VIOLATION_READ  (-7)
77 #define MMU_DTLB_VIOLATION_WRITE (-8)
78 #define MMU_DTLB_MULTIPLE        (-9)
79 #define MMU_DTLB_MISS            (-10)
80 #define MMU_IADDR_ERROR          (-11)
81 #define MMU_DADDR_ERROR_READ     (-12)
82 #define MMU_DADDR_ERROR_WRITE    (-13)
83
84 void do_interrupt(CPUState * env)
85 {
86     int do_irq = env->interrupt_request & CPU_INTERRUPT_HARD;
87     int do_exp, irq_vector = env->exception_index;
88
89     /* prioritize exceptions over interrupts */
90
91     do_exp = env->exception_index != -1;
92     do_irq = do_irq && (env->exception_index == -1);
93
94     if (env->sr & SR_BL) {
95         if (do_exp && env->exception_index != 0x1e0) {
96             env->exception_index = 0x000; /* masked exception -> reset */
97         }
98         if (do_irq && !env->intr_at_halt) {
99             return; /* masked */
100         }
101         env->intr_at_halt = 0;
102     }
103
104     if (do_irq) {
105         irq_vector = sh_intc_get_pending_vector(env->intc_handle,
106                                                 (env->sr >> 4) & 0xf);
107         if (irq_vector == -1) {
108             return; /* masked */
109         }
110     }
111
112     if (qemu_loglevel_mask(CPU_LOG_INT)) {
113         const char *expname;
114         switch (env->exception_index) {
115         case 0x0e0:
116             expname = "addr_error";
117             break;
118         case 0x040:
119             expname = "tlb_miss";
120             break;
121         case 0x0a0:
122             expname = "tlb_violation";
123             break;
124         case 0x180:
125             expname = "illegal_instruction";
126             break;
127         case 0x1a0:
128             expname = "slot_illegal_instruction";
129             break;
130         case 0x800:
131             expname = "fpu_disable";
132             break;
133         case 0x820:
134             expname = "slot_fpu";
135             break;
136         case 0x100:
137             expname = "data_write";
138             break;
139         case 0x060:
140             expname = "dtlb_miss_write";
141             break;
142         case 0x0c0:
143             expname = "dtlb_violation_write";
144             break;
145         case 0x120:
146             expname = "fpu_exception";
147             break;
148         case 0x080:
149             expname = "initial_page_write";
150             break;
151         case 0x160:
152             expname = "trapa";
153             break;
154         default:
155             expname = do_irq ? "interrupt" : "???";
156             break;
157         }
158         qemu_log("exception 0x%03x [%s] raised\n",
159                   irq_vector, expname);
160         log_cpu_state(env, 0);
161     }
162
163     env->ssr = env->sr;
164     env->spc = env->pc;
165     env->sgr = env->gregs[15];
166     env->sr |= SR_BL | SR_MD | SR_RB;
167
168     if (env->flags & (DELAY_SLOT | DELAY_SLOT_CONDITIONAL)) {
169         /* Branch instruction should be executed again before delay slot. */
170         env->spc -= 2;
171         /* Clear flags for exception/interrupt routine. */
172         env->flags &= ~(DELAY_SLOT | DELAY_SLOT_CONDITIONAL | DELAY_SLOT_TRUE);
173     }
174     if (env->flags & DELAY_SLOT_CLEARME)
175         env->flags = 0;
176
177     if (do_exp) {
178         env->expevt = env->exception_index;
179         switch (env->exception_index) {
180         case 0x000:
181         case 0x020:
182         case 0x140:
183             env->sr &= ~SR_FD;
184             env->sr |= 0xf << 4; /* IMASK */
185             env->pc = 0xa0000000;
186             break;
187         case 0x040:
188         case 0x060:
189             env->pc = env->vbr + 0x400;
190             break;
191         case 0x160:
192             env->spc += 2; /* special case for TRAPA */
193             /* fall through */
194         default:
195             env->pc = env->vbr + 0x100;
196             break;
197         }
198         return;
199     }
200
201     if (do_irq) {
202         env->intevt = irq_vector;
203         env->pc = env->vbr + 0x600;
204         return;
205     }
206 }
207
208 static void update_itlb_use(CPUState * env, int itlbnb)
209 {
210     uint8_t or_mask = 0, and_mask = (uint8_t) - 1;
211
212     switch (itlbnb) {
213     case 0:
214         and_mask = 0x1f;
215         break;
216     case 1:
217         and_mask = 0xe7;
218         or_mask = 0x80;
219         break;
220     case 2:
221         and_mask = 0xfb;
222         or_mask = 0x50;
223         break;
224     case 3:
225         or_mask = 0x2c;
226         break;
227     }
228
229     env->mmucr &= (and_mask << 24) | 0x00ffffff;
230     env->mmucr |= (or_mask << 24);
231 }
232
233 static int itlb_replacement(CPUState * env)
234 {
235     if ((env->mmucr & 0xe0000000) == 0xe0000000)
236         return 0;
237     if ((env->mmucr & 0x98000000) == 0x18000000)
238         return 1;
239     if ((env->mmucr & 0x54000000) == 0x04000000)
240         return 2;
241     if ((env->mmucr & 0x2c000000) == 0x00000000)
242         return 3;
243     assert(0);
244 }
245
246 /* Find the corresponding entry in the right TLB
247    Return entry, MMU_DTLB_MISS or MMU_DTLB_MULTIPLE
248 */
249 static int find_tlb_entry(CPUState * env, target_ulong address,
250                           tlb_t * entries, uint8_t nbtlb, int use_asid)
251 {
252     int match = MMU_DTLB_MISS;
253     uint32_t start, end;
254     uint8_t asid;
255     int i;
256
257     asid = env->pteh & 0xff;
258
259     for (i = 0; i < nbtlb; i++) {
260         if (!entries[i].v)
261             continue;           /* Invalid entry */
262         if (!entries[i].sh && use_asid && entries[i].asid != asid)
263             continue;           /* Bad ASID */
264 #if 0
265         switch (entries[i].sz) {
266         case 0:
267             size = 1024;        /* 1kB */
268             break;
269         case 1:
270             size = 4 * 1024;    /* 4kB */
271             break;
272         case 2:
273             size = 64 * 1024;   /* 64kB */
274             break;
275         case 3:
276             size = 1024 * 1024; /* 1MB */
277             break;
278         default:
279             assert(0);
280         }
281 #endif
282         start = (entries[i].vpn << 10) & ~(entries[i].size - 1);
283         end = start + entries[i].size - 1;
284         if (address >= start && address <= end) {       /* Match */
285             if (match != MMU_DTLB_MISS)
286                 return MMU_DTLB_MULTIPLE;       /* Multiple match */
287             match = i;
288         }
289     }
290     return match;
291 }
292
293 static int same_tlb_entry_exists(const tlb_t * haystack, uint8_t nbtlb,
294                                  const tlb_t * needle)
295 {
296     int i;
297     for (i = 0; i < nbtlb; i++)
298         if (!memcmp(&haystack[i], needle, sizeof(tlb_t)))
299             return 1;
300     return 0;
301 }
302
303 static void increment_urc(CPUState * env)
304 {
305     uint8_t urb, urc;
306
307     /* Increment URC */
308     urb = ((env->mmucr) >> 18) & 0x3f;
309     urc = ((env->mmucr) >> 10) & 0x3f;
310     urc++;
311     if ((urb > 0 && urc > urb) || urc > (UTLB_SIZE - 1))
312         urc = 0;
313     env->mmucr = (env->mmucr & 0xffff03ff) | (urc << 10);
314 }
315
316 /* Find itlb entry - update itlb from utlb if necessary and asked for
317    Return entry, MMU_ITLB_MISS, MMU_ITLB_MULTIPLE or MMU_DTLB_MULTIPLE
318    Update the itlb from utlb if update is not 0
319 */
320 static int find_itlb_entry(CPUState * env, target_ulong address,
321                            int use_asid, int update)
322 {
323     int e, n;
324
325     e = find_tlb_entry(env, address, env->itlb, ITLB_SIZE, use_asid);
326     if (e == MMU_DTLB_MULTIPLE)
327         e = MMU_ITLB_MULTIPLE;
328     else if (e == MMU_DTLB_MISS && update) {
329         e = find_tlb_entry(env, address, env->utlb, UTLB_SIZE, use_asid);
330         if (e >= 0) {
331             tlb_t * ientry;
332             n = itlb_replacement(env);
333             ientry = &env->itlb[n];
334             if (ientry->v) {
335                 if (!same_tlb_entry_exists(env->utlb, UTLB_SIZE, ientry))
336                     tlb_flush_page(env, ientry->vpn << 10);
337             }
338             *ientry = env->utlb[e];
339             e = n;
340         } else if (e == MMU_DTLB_MISS)
341             e = MMU_ITLB_MISS;
342     } else if (e == MMU_DTLB_MISS)
343         e = MMU_ITLB_MISS;
344     if (e >= 0)
345         update_itlb_use(env, e);
346     return e;
347 }
348
349 /* Find utlb entry
350    Return entry, MMU_DTLB_MISS, MMU_DTLB_MULTIPLE */
351 static int find_utlb_entry(CPUState * env, target_ulong address, int use_asid)
352 {
353     /* per utlb access */
354     increment_urc(env);
355
356     /* Return entry */
357     return find_tlb_entry(env, address, env->utlb, UTLB_SIZE, use_asid);
358 }
359
360 /* Match address against MMU
361    Return MMU_OK, MMU_DTLB_MISS_READ, MMU_DTLB_MISS_WRITE,
362    MMU_DTLB_INITIAL_WRITE, MMU_DTLB_VIOLATION_READ,
363    MMU_DTLB_VIOLATION_WRITE, MMU_ITLB_MISS,
364    MMU_ITLB_MULTIPLE, MMU_ITLB_VIOLATION,
365    MMU_IADDR_ERROR, MMU_DADDR_ERROR_READ, MMU_DADDR_ERROR_WRITE.
366 */
367 static int get_mmu_address(CPUState * env, target_ulong * physical,
368                            int *prot, target_ulong address,
369                            int rw, int access_type)
370 {
371     int use_asid, n;
372     tlb_t *matching = NULL;
373
374     use_asid = (env->mmucr & MMUCR_SV) == 0 || (env->sr & SR_MD) == 0;
375
376     if (rw == 2) {
377         n = find_itlb_entry(env, address, use_asid, 1);
378         if (n >= 0) {
379             matching = &env->itlb[n];
380             if ((env->sr & SR_MD) & !(matching->pr & 2))
381                 n = MMU_ITLB_VIOLATION;
382             else
383                 *prot = PAGE_READ;
384         }
385     } else {
386         n = find_utlb_entry(env, address, use_asid);
387         if (n >= 0) {
388             matching = &env->utlb[n];
389             switch ((matching->pr << 1) | ((env->sr & SR_MD) ? 1 : 0)) {
390             case 0:             /* 000 */
391             case 2:             /* 010 */
392                 n = (rw == 1) ? MMU_DTLB_VIOLATION_WRITE :
393                     MMU_DTLB_VIOLATION_READ;
394                 break;
395             case 1:             /* 001 */
396             case 4:             /* 100 */
397             case 5:             /* 101 */
398                 if (rw == 1)
399                     n = MMU_DTLB_VIOLATION_WRITE;
400                 else
401                     *prot = PAGE_READ;
402                 break;
403             case 3:             /* 011 */
404             case 6:             /* 110 */
405             case 7:             /* 111 */
406                 *prot = (rw == 1)? PAGE_WRITE : PAGE_READ;
407                 break;
408             }
409         } else if (n == MMU_DTLB_MISS) {
410             n = (rw == 1) ? MMU_DTLB_MISS_WRITE :
411                 MMU_DTLB_MISS_READ;
412         }
413     }
414     if (n >= 0) {
415         *physical = ((matching->ppn << 10) & ~(matching->size - 1)) |
416             (address & (matching->size - 1));
417         if ((rw == 1) & !matching->d)
418             n = MMU_DTLB_INITIAL_WRITE;
419         else
420             n = MMU_OK;
421     }
422     return n;
423 }
424
425 static int get_physical_address(CPUState * env, target_ulong * physical,
426                                 int *prot, target_ulong address,
427                                 int rw, int access_type)
428 {
429     /* P1, P2 and P4 areas do not use translation */
430     if ((address >= 0x80000000 && address < 0xc0000000) ||
431         address >= 0xe0000000) {
432         if (!(env->sr & SR_MD)
433             && (address < 0xe0000000 || address > 0xe4000000)) {
434             /* Unauthorized access in user mode (only store queues are available) */
435             fprintf(stderr, "Unauthorized access\n");
436             if (rw == 0)
437                 return MMU_DADDR_ERROR_READ;
438             else if (rw == 1)
439                 return MMU_DADDR_ERROR_WRITE;
440             else
441                 return MMU_IADDR_ERROR;
442         }
443         if (address >= 0x80000000 && address < 0xc0000000) {
444             /* Mask upper 3 bits for P1 and P2 areas */
445             *physical = address & 0x1fffffff;
446         } else {
447             *physical = address;
448         }
449         *prot = PAGE_READ | PAGE_WRITE;
450         return MMU_OK;
451     }
452
453     /* If MMU is disabled, return the corresponding physical page */
454     if (!env->mmucr & MMUCR_AT) {
455         *physical = address & 0x1FFFFFFF;
456         *prot = PAGE_READ | PAGE_WRITE;
457         return MMU_OK;
458     }
459
460     /* We need to resort to the MMU */
461     return get_mmu_address(env, physical, prot, address, rw, access_type);
462 }
463
464 int cpu_sh4_handle_mmu_fault(CPUState * env, target_ulong address, int rw,
465                              int mmu_idx, int is_softmmu)
466 {
467     target_ulong physical, page_offset, page_size;
468     int prot, ret, access_type;
469
470     access_type = ACCESS_INT;
471     ret =
472         get_physical_address(env, &physical, &prot, address, rw,
473                              access_type);
474
475     if (ret != MMU_OK) {
476         env->tea = address;
477         switch (ret) {
478         case MMU_ITLB_MISS:
479         case MMU_DTLB_MISS_READ:
480             env->exception_index = 0x040;
481             break;
482         case MMU_DTLB_MULTIPLE:
483         case MMU_ITLB_MULTIPLE:
484             env->exception_index = 0x140;
485             break;
486         case MMU_ITLB_VIOLATION:
487             env->exception_index = 0x0a0;
488             break;
489         case MMU_DTLB_MISS_WRITE:
490             env->exception_index = 0x060;
491             break;
492         case MMU_DTLB_INITIAL_WRITE:
493             env->exception_index = 0x080;
494             break;
495         case MMU_DTLB_VIOLATION_READ:
496             env->exception_index = 0x0a0;
497             break;
498         case MMU_DTLB_VIOLATION_WRITE:
499             env->exception_index = 0x0c0;
500             break;
501         case MMU_IADDR_ERROR:
502         case MMU_DADDR_ERROR_READ:
503             env->exception_index = 0x0c0;
504             break;
505         case MMU_DADDR_ERROR_WRITE:
506             env->exception_index = 0x100;
507             break;
508         default:
509             assert(0);
510         }
511         return 1;
512     }
513
514     page_size = TARGET_PAGE_SIZE;
515     page_offset =
516         (address - (address & TARGET_PAGE_MASK)) & ~(page_size - 1);
517     address = (address & TARGET_PAGE_MASK) + page_offset;
518     physical = (physical & TARGET_PAGE_MASK) + page_offset;
519
520     return tlb_set_page(env, address, physical, prot, mmu_idx, is_softmmu);
521 }
522
523 target_phys_addr_t cpu_get_phys_page_debug(CPUState * env, target_ulong addr)
524 {
525     target_ulong physical;
526     int prot;
527
528     get_physical_address(env, &physical, &prot, addr, 0, 0);
529     return physical;
530 }
531
532 void cpu_load_tlb(CPUSH4State * env)
533 {
534     int n = cpu_mmucr_urc(env->mmucr);
535     tlb_t * entry = &env->utlb[n];
536
537     if (entry->v) {
538         /* Overwriting valid entry in utlb. */
539         target_ulong address = entry->vpn << 10;
540         if (!same_tlb_entry_exists(env->itlb, ITLB_SIZE, entry)) {
541             tlb_flush_page(env, address);
542         }
543     }
544
545     /* Take values into cpu status from registers. */
546     entry->asid = (uint8_t)cpu_pteh_asid(env->pteh);
547     entry->vpn  = cpu_pteh_vpn(env->pteh);
548     entry->v    = (uint8_t)cpu_ptel_v(env->ptel);
549     entry->ppn  = cpu_ptel_ppn(env->ptel);
550     entry->sz   = (uint8_t)cpu_ptel_sz(env->ptel);
551     switch (entry->sz) {
552     case 0: /* 00 */
553         entry->size = 1024; /* 1K */
554         break;
555     case 1: /* 01 */
556         entry->size = 1024 * 4; /* 4K */
557         break;
558     case 2: /* 10 */
559         entry->size = 1024 * 64; /* 64K */
560         break;
561     case 3: /* 11 */
562         entry->size = 1024 * 1024; /* 1M */
563         break;
564     default:
565         assert(0);
566         break;
567     }
568     entry->sh   = (uint8_t)cpu_ptel_sh(env->ptel);
569     entry->c    = (uint8_t)cpu_ptel_c(env->ptel);
570     entry->pr   = (uint8_t)cpu_ptel_pr(env->ptel);
571     entry->d    = (uint8_t)cpu_ptel_d(env->ptel);
572     entry->wt   = (uint8_t)cpu_ptel_wt(env->ptel);
573     entry->sa   = (uint8_t)cpu_ptea_sa(env->ptea);
574     entry->tc   = (uint8_t)cpu_ptea_tc(env->ptea);
575 }
576
577 void cpu_sh4_write_mmaped_utlb_addr(CPUSH4State *s, target_phys_addr_t addr,
578                                     uint32_t mem_value)
579 {
580     int associate = addr & 0x0000080;
581     uint32_t vpn = (mem_value & 0xfffffc00) >> 10;
582     uint8_t d = (uint8_t)((mem_value & 0x00000200) >> 9);
583     uint8_t v = (uint8_t)((mem_value & 0x00000100) >> 8);
584     uint8_t asid = (uint8_t)(mem_value & 0x000000ff);
585     int use_asid = (s->mmucr & MMUCR_SV) == 0 || (s->sr & SR_MD) == 0;
586
587     if (associate) {
588         int i;
589         tlb_t * utlb_match_entry = NULL;
590         int needs_tlb_flush = 0;
591
592         /* search UTLB */
593         for (i = 0; i < UTLB_SIZE; i++) {
594             tlb_t * entry = &s->utlb[i];
595             if (!entry->v)
596                 continue;
597
598             if (entry->vpn == vpn
599                 && (!use_asid || entry->asid == asid || entry->sh)) {
600                 if (utlb_match_entry) {
601                     /* Multiple TLB Exception */
602                     s->exception_index = 0x140;
603                     s->tea = addr;
604                     break;
605                 }
606                 if (entry->v && !v)
607                     needs_tlb_flush = 1;
608                 entry->v = v;
609                 entry->d = d;
610                 utlb_match_entry = entry;
611             }
612             increment_urc(s); /* per utlb access */
613         }
614
615         /* search ITLB */
616         for (i = 0; i < ITLB_SIZE; i++) {
617             tlb_t * entry = &s->itlb[i];
618             if (entry->vpn == vpn
619                 && (!use_asid || entry->asid == asid || entry->sh)) {
620                 if (entry->v && !v)
621                     needs_tlb_flush = 1;
622                 if (utlb_match_entry)
623                     *entry = *utlb_match_entry;
624                 else
625                     entry->v = v;
626                 break;
627             }
628         }
629
630         if (needs_tlb_flush)
631             tlb_flush_page(s, vpn << 10);
632         
633     } else {
634         int index = (addr & 0x00003f00) >> 8;
635         tlb_t * entry = &s->utlb[index];
636         if (entry->v) {
637             /* Overwriting valid entry in utlb. */
638             target_ulong address = entry->vpn << 10;
639             if (!same_tlb_entry_exists(s->itlb, ITLB_SIZE, entry)) {
640                 tlb_flush_page(s, address);
641             }
642         }
643         entry->asid = asid;
644         entry->vpn = vpn;
645         entry->d = d;
646         entry->v = v;
647         increment_urc(s);
648     }
649 }
650
651 int cpu_sh4_is_cached(CPUSH4State * env, target_ulong addr)
652 {
653     int n;
654     int use_asid = (env->mmucr & MMUCR_SV) == 0 || (env->sr & SR_MD) == 0;
655
656     /* check area */
657     if (env->sr & SR_MD) {
658         /* For previledged mode, P2 and P4 area is not cachable. */
659         if ((0xA0000000 <= addr && addr < 0xC0000000) || 0xE0000000 <= addr)
660             return 0;
661     } else {
662         /* For user mode, only U0 area is cachable. */
663         if (0x80000000 <= addr)
664             return 0;
665     }
666
667     /*
668      * TODO : Evaluate CCR and check if the cache is on or off.
669      *        Now CCR is not in CPUSH4State, but in SH7750State.
670      *        When you move the ccr inot CPUSH4State, the code will be
671      *        as follows.
672      */
673 #if 0
674     /* check if operand cache is enabled or not. */
675     if (!(env->ccr & 1))
676         return 0;
677 #endif
678
679     /* if MMU is off, no check for TLB. */
680     if (env->mmucr & MMUCR_AT)
681         return 1;
682
683     /* check TLB */
684     n = find_tlb_entry(env, addr, env->itlb, ITLB_SIZE, use_asid);
685     if (n >= 0)
686         return env->itlb[n].c;
687
688     n = find_tlb_entry(env, addr, env->utlb, UTLB_SIZE, use_asid);
689     if (n >= 0)
690         return env->utlb[n].c;
691
692     return 0;
693 }
694
695 #endif