target-i386/helper2.c

   1 /*
   2  *  i386 helpers (without register variable usage)
   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., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  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 #include <sys/mman.h>
  28
  29 #include "cpu.h"
  30 #include "exec-all.h"
  31
  32 //#define DEBUG_MMU
  33
  34 CPUX86State *cpu_x86_init(void)
  35 {
  36     CPUX86State *env;
  37     int i;
  38     static int inited;
  39
  40     cpu_exec_init();
  41
  42     env = malloc(sizeof(CPUX86State));
  43     if (!env)
  44         return NULL;
  45     memset(env, 0, sizeof(CPUX86State));
  46     /* basic FPU init */
  47     for(i = 0;i < 8; i++)
  48         env->fptags[i] = 1;
  49     env->fpuc = 0x37f;
  50     /* flags setup : we activate the IRQs by default as in user mode */
  51     env->eflags = 0x2 | IF_MASK;
  52
  53     tlb_flush(env);
  54 #ifdef CONFIG_SOFTMMU
  55     env->hflags |= HF_SOFTMMU_MASK;
  56 #endif
  57     /* init various static tables */
  58     if (!inited) {
  59         inited = 1;
  60         optimize_flags_init();
  61     }
  62     return env;
  63 }
  64
  65 void cpu_x86_close(CPUX86State *env)
  66 {
  67     free(env);
  68 }
  69
  70 /***********************************************************/
  71 /* x86 debug */
  72
  73 static const char *cc_op_str[] = {
  74     "DYNAMIC",
  75     "EFLAGS",
  76     "MULB",
  77     "MULW",
  78     "MULL",
  79     "ADDB",
  80     "ADDW",
  81     "ADDL",
  82     "ADCB",
  83     "ADCW",
  84     "ADCL",
  85     "SUBB",
  86     "SUBW",
  87     "SUBL",
  88     "SBBB",
  89     "SBBW",
  90     "SBBL",
  91     "LOGICB",
  92     "LOGICW",
  93     "LOGICL",
  94     "INCB",
  95     "INCW",
  96     "INCL",
  97     "DECB",
  98     "DECW",
  99     "DECL",
 100     "SHLB",
 101     "SHLW",
 102     "SHLL",
 103     "SARB",
 104     "SARW",
 105     "SARL",
 106 };
 107
 108 void cpu_x86_dump_state(CPUX86State *env, FILE *f, int flags)
 109 {
 110     int eflags, i;
 111     char cc_op_name[32];
 112     static const char *seg_name[6] = { "ES", "CS", "SS", "DS", "FS", "GS" };
 113
 114     eflags = env->eflags;
 115     fprintf(f, "EAX=%08x EBX=%08x ECX=%08x EDX=%08x\n"
 116             "ESI=%08x EDI=%08x EBP=%08x ESP=%08x\n"
 117             "EIP=%08x EFL=%08x [%c%c%c%c%c%c%c]    CPL=%d II=%d\n",
 118             env->regs[R_EAX], env->regs[R_EBX], env->regs[R_ECX], env->regs[R_EDX],
 119             env->regs[R_ESI], env->regs[R_EDI], env->regs[R_EBP], env->regs[R_ESP],
 120             env->eip, eflags,
 121             eflags & DF_MASK ? 'D' : '-',
 122             eflags & CC_O ? 'O' : '-',
 123             eflags & CC_S ? 'S' : '-',
 124             eflags & CC_Z ? 'Z' : '-',
 125             eflags & CC_A ? 'A' : '-',
 126             eflags & CC_P ? 'P' : '-',
 127             eflags & CC_C ? 'C' : '-',
 128             env->hflags & HF_CPL_MASK,
 129             (env->hflags >> HF_INHIBIT_IRQ_SHIFT) & 1);
 130     for(i = 0; i < 6; i++) {
 131         SegmentCache *sc = &env->segs[i];
 132         fprintf(f, "%s =%04x %08x %08x %08x\n",
 133                 seg_name[i],
 134                 sc->selector,
 135                 (int)sc->base,
 136                 sc->limit,
 137                 sc->flags);
 138     }
 139     fprintf(f, "LDT=%04x %08x %08x %08x\n",
 140             env->ldt.selector,
 141             (int)env->ldt.base,
 142             env->ldt.limit,
 143             env->ldt.flags);
 144     fprintf(f, "TR =%04x %08x %08x %08x\n",
 145             env->tr.selector,
 146             (int)env->tr.base,
 147             env->tr.limit,
 148             env->tr.flags);
 149     fprintf(f, "GDT=     %08x %08x\n",
 150             (int)env->gdt.base, env->gdt.limit);
 151     fprintf(f, "IDT=     %08x %08x\n",
 152             (int)env->idt.base, env->idt.limit);
 153     fprintf(f, "CR0=%08x CR2=%08x CR3=%08x CR4=%08x\n",
 154             env->cr[0], env->cr[2], env->cr[3], env->cr[4]);
 155
 156     if (flags & X86_DUMP_CCOP) {
 157         if ((unsigned)env->cc_op < CC_OP_NB)
 158             strcpy(cc_op_name, cc_op_str[env->cc_op]);
 159         else
 160             snprintf(cc_op_name, sizeof(cc_op_name), "[%d]", env->cc_op);
 161         fprintf(f, "CCS=%08x CCD=%08x CCO=%-8s\n",
 162                 env->cc_src, env->cc_dst, cc_op_name);
 163     }
 164     if (flags & X86_DUMP_FPU) {
 165         fprintf(f, "ST0=%f ST1=%f ST2=%f ST3=%f\n",
 166                 (double)env->fpregs[0],
 167                 (double)env->fpregs[1],
 168                 (double)env->fpregs[2],
 169                 (double)env->fpregs[3]);
 170         fprintf(f, "ST4=%f ST5=%f ST6=%f ST7=%f\n",
 171                 (double)env->fpregs[4],
 172                 (double)env->fpregs[5],
 173                 (double)env->fpregs[7],
 174                 (double)env->fpregs[8]);
 175     }
 176 }
 177
 178 /***********************************************************/
 179 /* x86 mmu */
 180 /* XXX: add PGE support */
 181
 182 /* called when cr3 or PG bit are modified */
 183 static int last_pg_state = -1;
 184 static uint32_t a20_mask;
 185 int a20_enabled;
 186
 187 void cpu_x86_set_a20(CPUX86State *env, int a20_state)
 188 {
 189     a20_state = (a20_state != 0);
 190     if (a20_state != a20_enabled) {
 191 #if defined(DEBUG_MMU)
 192         printf("A20 update: a20=%d\n", a20_state);
 193 #endif
 194         /* if the cpu is currently executing code, we must unlink it and
 195            all the potentially executing TB */
 196         cpu_interrupt(env, 0);
 197
 198         /* when a20 is changed, all the MMU mappings are invalid, so
 199            we must flush everything */
 200         tlb_flush(env);
 201         a20_enabled = a20_state;
 202         if (a20_enabled)
 203             a20_mask = 0xffffffff;
 204         else
 205             a20_mask = 0xffefffff;
 206     }
 207 }
 208
 209 void cpu_x86_update_cr0(CPUX86State *env)
 210 {
 211     int pg_state, pe_state;
 212
 213 #if defined(DEBUG_MMU)
 214     printf("CR0 update: CR0=0x%08x\n", env->cr[0]);
 215 #endif
 216     pg_state = env->cr[0] & CR0_PG_MASK;
 217     if (pg_state != last_pg_state) {
 218         tlb_flush(env);
 219         last_pg_state = pg_state;
 220     }
 221     /* update PE flag in hidden flags */
 222     pe_state = (env->cr[0] & CR0_PE_MASK);
 223     env->hflags = (env->hflags & ~HF_PE_MASK) | (pe_state << HF_PE_SHIFT);
 224     /* ensure that ADDSEG is always set in real mode */
 225     env->hflags |= ((pe_state ^ 1) << HF_ADDSEG_SHIFT);
 226 }
 227
 228 void cpu_x86_update_cr3(CPUX86State *env)
 229 {
 230     if (env->cr[0] & CR0_PG_MASK) {
 231 #if defined(DEBUG_MMU)
 232         printf("CR3 update: CR3=%08x\n", env->cr[3]);
 233 #endif
 234         tlb_flush(env);
 235     }
 236 }
 237
 238 void cpu_x86_init_mmu(CPUX86State *env)
 239 {
 240     a20_enabled = 1;
 241     a20_mask = 0xffffffff;
 242
 243     last_pg_state = -1;
 244     cpu_x86_update_cr0(env);
 245 }
 246
 247 /* XXX: also flush 4MB pages */
 248 void cpu_x86_flush_tlb(CPUX86State *env, uint32_t addr)
 249 {
 250     tlb_flush_page(env, addr);
 251 }
 252
 253 /* return value:
 254    -1 = cannot handle fault
 255    0  = nothing more to do
 256    1  = generate PF fault
 257    2  = soft MMU activation required for this block
 258 */
 259 int cpu_x86_handle_mmu_fault(CPUX86State *env, uint32_t addr,
 260                              int is_write, int is_user, int is_softmmu)
 261 {
 262     uint8_t *pde_ptr, *pte_ptr;
 263     uint32_t pde, pte, virt_addr;
 264     int error_code, is_dirty, prot, page_size, ret;
 265     unsigned long paddr, vaddr, page_offset;
 266
 267 #if defined(DEBUG_MMU)
 268     printf("MMU fault: addr=0x%08x w=%d u=%d eip=%08x\n",
 269            addr, is_write, is_user, env->eip);
 270 #endif
 271
 272     if (env->user_mode_only) {
 273         /* user mode only emulation */
 274         error_code = 0;
 275         goto do_fault;
 276     }
 277
 278     if (!(env->cr[0] & CR0_PG_MASK)) {
 279         pte = addr;
 280         virt_addr = addr & TARGET_PAGE_MASK;
 281         prot = PROT_READ | PROT_WRITE;
 282         page_size = 4096;
 283         goto do_mapping;
 284     }
 285
 286     /* page directory entry */
 287     pde_ptr = phys_ram_base +
 288         (((env->cr[3] & ~0xfff) + ((addr >> 20) & ~3)) & a20_mask);
 289     pde = ldl_raw(pde_ptr);
 290     if (!(pde & PG_PRESENT_MASK)) {
 291         error_code = 0;
 292         goto do_fault;
 293     }
 294     if (is_user) {
 295         if (!(pde & PG_USER_MASK))
 296             goto do_fault_protect;
 297         if (is_write && !(pde & PG_RW_MASK))
 298             goto do_fault_protect;
 299     } else {
 300         if ((env->cr[0] & CR0_WP_MASK) && (pde & PG_USER_MASK) &&
 301             is_write && !(pde & PG_RW_MASK))
 302             goto do_fault_protect;
 303     }
 304     /* if PSE bit is set, then we use a 4MB page */
 305     if ((pde & PG_PSE_MASK) && (env->cr[4] & CR4_PSE_MASK)) {
 306         is_dirty = is_write && !(pde & PG_DIRTY_MASK);
 307         if (!(pde & PG_ACCESSED_MASK)) {
 308             pde |= PG_ACCESSED_MASK;
 309             if (is_dirty)
 310                 pde |= PG_DIRTY_MASK;
 311             stl_raw(pde_ptr, pde);
 312         }
 313
 314         pte = pde & ~0x003ff000; /* align to 4MB */
 315         page_size = 4096 * 1024;
 316         virt_addr = addr & ~0x003fffff;
 317     } else {
 318         if (!(pde & PG_ACCESSED_MASK)) {
 319             pde |= PG_ACCESSED_MASK;
 320             stl_raw(pde_ptr, pde);
 321         }
 322
 323         /* page directory entry */
 324         pte_ptr = phys_ram_base +
 325             (((pde & ~0xfff) + ((addr >> 10) & 0xffc)) & a20_mask);
 326         pte = ldl_raw(pte_ptr);
 327         if (!(pte & PG_PRESENT_MASK)) {
 328             error_code = 0;
 329             goto do_fault;
 330         }
 331         if (is_user) {
 332             if (!(pte & PG_USER_MASK))
 333                 goto do_fault_protect;
 334             if (is_write && !(pte & PG_RW_MASK))
 335                 goto do_fault_protect;
 336         } else {
 337             if ((env->cr[0] & CR0_WP_MASK) && (pte & PG_USER_MASK) &&
 338                 is_write && !(pte & PG_RW_MASK))
 339                 goto do_fault_protect;
 340         }
 341         is_dirty = is_write && !(pte & PG_DIRTY_MASK);
 342         if (!(pte & PG_ACCESSED_MASK) || is_dirty) {
 343             pte |= PG_ACCESSED_MASK;
 344             if (is_dirty)
 345                 pte |= PG_DIRTY_MASK;
 346             stl_raw(pte_ptr, pte);
 347         }
 348         page_size = 4096;
 349         virt_addr = addr & ~0xfff;
 350     }
 351
 352     /* the page can be put in the TLB */
 353     prot = PROT_READ;
 354     if (pte & PG_DIRTY_MASK) {
 355         /* only set write access if already dirty... otherwise wait
 356            for dirty access */
 357         if (is_user) {
 358             if (pte & PG_RW_MASK)
 359                 prot |= PROT_WRITE;
 360         } else {
 361             if (!(env->cr[0] & CR0_WP_MASK) || !(pte & PG_USER_MASK) ||
 362                 (pte & PG_RW_MASK))
 363                 prot |= PROT_WRITE;
 364         }
 365     }
 366
 367  do_mapping:
 368     pte = pte & a20_mask;
 369
 370     /* Even if 4MB pages, we map only one 4KB page in the cache to
 371        avoid filling it too fast */
 372     page_offset = (addr & TARGET_PAGE_MASK) & (page_size - 1);
 373     paddr = (pte & TARGET_PAGE_MASK) + page_offset;
 374     vaddr = virt_addr + page_offset;
 375
 376     ret = tlb_set_page(env, vaddr, paddr, prot, is_user, is_softmmu);
 377     return ret;
 378  do_fault_protect:
 379     error_code = PG_ERROR_P_MASK;
 380  do_fault:
 381     env->cr[2] = addr;
 382     env->error_code = (is_write << PG_ERROR_W_BIT) | error_code;
 383     if (is_user)
 384         env->error_code |= PG_ERROR_U_MASK;
 385     return 1;
 386 }