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