Reuse the ebreak constants in encoding.h.
[riscv-isa-sim.git] / riscv / gdbserver.cc
index f2dd6af566890f039dfef6f85dbc0e435adfa826..dda120add8504b2a4e31f094005c178bbcc4b096 100644 (file)
@@ -9,6 +9,7 @@
 
 #include <algorithm>
 #include <cassert>
+#include <cinttypes>
 #include <cstdio>
 #include <vector>
 
 #include "sim.h"
 #include "gdbserver.h"
 #include "mmu.h"
-
-#define C_EBREAK        0x9002
-#define EBREAK          0x00100073
+#include "encoding.h"
 
 //////////////////////////////////////// Utility Functions
 
+#undef DEBUG
+#ifdef DEBUG
+#  define D(x) x
+#else
+#  define D(x)
+#endif // DEBUG
+
 void die(const char* msg)
 {
   fprintf(stderr, "gdbserver code died: %s\n", msg);
@@ -37,14 +43,16 @@ enum {
   REG_FPR0 = 33,
   REG_FPR31 = 64,
   REG_CSR0 = 65,
+  REG_MSTATUS = CSR_MSTATUS + REG_CSR0,
   REG_CSR4095 = 4160,
-  REG_END = 4161
+  REG_PRIV = 4161
 };
 
 //////////////////////////////////////// Functions to generate RISC-V opcodes.
 
 // TODO: Does this already exist somewhere?
 
+#define ZERO    0
 // Using regnames.cc as source. The RVG Calling Convention of the 2.0 RISC-V
 // spec says it should be 2 and 3.
 #define S0      8
@@ -66,13 +74,13 @@ static uint32_t jal(unsigned int rd, uint32_t imm) {
     MATCH_JAL;
 }
 
-static uint32_t csrsi(unsigned int csr, uint8_t imm) {
+static uint32_t csrsi(unsigned int csr, uint16_t imm) {
   return (csr << 20) |
     (bits(imm, 4, 0) << 15) |
     MATCH_CSRRSI;
 }
 
-static uint32_t csrci(unsigned int csr, uint8_t imm) {
+static uint32_t csrci(unsigned int csr, uint16_t imm) {
   return (csr << 20) |
     (bits(imm, 4, 0) << 15) |
     MATCH_CSRRCI;
@@ -82,6 +90,33 @@ static uint32_t csrr(unsigned int rd, unsigned int csr) {
   return (csr << 20) | (rd << 7) | MATCH_CSRRS;
 }
 
+static uint32_t csrw(unsigned int source, unsigned int csr) {
+  return (csr << 20) | (source << 15) | MATCH_CSRRW;
+}
+
+static uint32_t fence_i()
+{
+  return MATCH_FENCE_I;
+}
+
+static uint32_t sb(unsigned int src, unsigned int base, uint16_t offset)
+{
+  return (bits(offset, 11, 5) << 25) |
+    (src << 20) |
+    (base << 15) |
+    (bits(offset, 4, 0) << 7) |
+    MATCH_SB;
+}
+
+static uint32_t sh(unsigned int src, unsigned int base, uint16_t offset)
+{
+  return (bits(offset, 11, 5) << 25) |
+    (src << 20) |
+    (base << 15) |
+    (bits(offset, 4, 0) << 7) |
+    MATCH_SH;
+}
+
 static uint32_t sw(unsigned int src, unsigned int base, uint16_t offset)
 {
   return (bits(offset, 11, 5) << 25) |
@@ -100,6 +135,72 @@ static uint32_t sd(unsigned int src, unsigned int base, uint16_t offset)
     MATCH_SD;
 }
 
+static uint32_t sq(unsigned int src, unsigned int base, uint16_t offset)
+{
+#if 0
+  return (bits(offset, 11, 5) << 25) |
+    (bits(src, 4, 0) << 20) |
+    (base << 15) |
+    (bits(offset, 4, 0) << 7) |
+    MATCH_SQ;
+#else
+  abort();
+#endif
+}
+
+static uint32_t lq(unsigned int rd, unsigned int base, uint16_t offset)
+{
+#if 0
+  return (bits(offset, 11, 0) << 20) |
+    (base << 15) |
+    (bits(rd, 4, 0) << 7) |
+    MATCH_LQ;
+#else
+  abort();
+#endif
+}
+
+static uint32_t ld(unsigned int rd, unsigned int base, uint16_t offset)
+{
+  return (bits(offset, 11, 0) << 20) |
+    (base << 15) |
+    (bits(rd, 4, 0) << 7) |
+    MATCH_LD;
+}
+
+static uint32_t lw(unsigned int rd, unsigned int base, uint16_t offset)
+{
+  return (bits(offset, 11, 0) << 20) |
+    (base << 15) |
+    (bits(rd, 4, 0) << 7) |
+    MATCH_LW;
+}
+
+static uint32_t lh(unsigned int rd, unsigned int base, uint16_t offset)
+{
+  return (bits(offset, 11, 0) << 20) |
+    (base << 15) |
+    (bits(rd, 4, 0) << 7) |
+    MATCH_LH;
+}
+
+static uint32_t lb(unsigned int rd, unsigned int base, uint16_t offset)
+{
+  return (bits(offset, 11, 0) << 20) |
+    (base << 15) |
+    (bits(rd, 4, 0) << 7) |
+    MATCH_LB;
+}
+
+static uint32_t fsw(unsigned int src, unsigned int base, uint16_t offset)
+{
+  return (bits(offset, 11, 5) << 25) |
+    (bits(src, 4, 0) << 20) |
+    (base << 15) |
+    (bits(offset, 4, 0) << 7) |
+    MATCH_FSW;
+}
+
 static uint32_t fsd(unsigned int src, unsigned int base, uint16_t offset)
 {
   return (bits(offset, 11, 5) << 25) |
@@ -109,6 +210,22 @@ static uint32_t fsd(unsigned int src, unsigned int base, uint16_t offset)
     MATCH_FSD;
 }
 
+static uint32_t flw(unsigned int dest, unsigned int base, uint16_t offset)
+{
+  return (bits(offset, 11, 0) << 20) |
+    (base << 15) |
+    (bits(dest, 4, 0) << 7) |
+    MATCH_FLW;
+}
+
+static uint32_t fld(unsigned int dest, unsigned int base, uint16_t offset)
+{
+  return (bits(offset, 11, 0) << 20) |
+    (base << 15) |
+    (bits(dest, 4, 0) << 7) |
+    MATCH_FLD;
+}
+
 static uint32_t addi(unsigned int dest, unsigned int src, uint16_t imm)
 {
   return (bits(imm, 11, 0) << 20) |
@@ -117,6 +234,31 @@ static uint32_t addi(unsigned int dest, unsigned int src, uint16_t imm)
     MATCH_ADDI;
 }
 
+static uint32_t ori(unsigned int dest, unsigned int src, uint16_t imm)
+{
+  return (bits(imm, 11, 0) << 20) |
+    (src << 15) |
+    (dest << 7) |
+    MATCH_ORI;
+}
+
+static uint32_t xori(unsigned int dest, unsigned int src, uint16_t imm)
+{
+  return (bits(imm, 11, 0) << 20) |
+    (src << 15) |
+    (dest << 7) |
+    MATCH_XORI;
+}
+
+static uint32_t srli(unsigned int dest, unsigned int src, uint8_t shamt)
+{
+  return (bits(shamt, 4, 0) << 20) |
+    (src << 15) |
+    (dest << 7) |
+    MATCH_SRLI;
+}
+
+
 static uint32_t nop()
 {
   return addi(0, 0, 0);
@@ -193,25 +335,177 @@ void circular_buffer_t<T>::append(const T *src, unsigned int count)
 class halt_op_t : public operation_t
 {
   public:
-    halt_op_t(gdbserver_t& gdbserver) : operation_t(gdbserver) {};
-
-    bool start()
-    {
-      // TODO: For now we just assume the target is 64-bit.
-      gs.write_debug_ram(0, csrsi(DCSR_ADDRESS, DCSR_HALT_MASK));
-      gs.write_debug_ram(1, csrr(S0, DPC_ADDRESS));
-      gs.write_debug_ram(2, sd(S0, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START));
-      gs.write_debug_ram(3, csrr(S0, DCSR_ADDRESS));
-      gs.write_debug_ram(4, sd(S0, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 8));
-      gs.write_debug_ram(5, jal(0, (uint32_t) (DEBUG_ROM_RESUME - (DEBUG_RAM_START + 4*5))));
+    halt_op_t(gdbserver_t& gdbserver, bool send_status=false) :
+      operation_t(gdbserver), send_status(send_status),
+      state(ST_ENTER) {};
+
+    void write_dpc_program() {
+      gs.dr_write32(0, csrsi(CSR_DCSR, DCSR_HALT));
+      gs.dr_write32(1, csrr(S0, CSR_DPC));
+      gs.dr_write_store(2, S0, SLOT_DATA0);
+      gs.dr_write_jump(3);
       gs.set_interrupt(0);
-      return false;
     }
 
-    bool step()
-    {
-      return true;
+    bool perform_step(unsigned int step) {
+      switch (state) {
+        gs.tselect_valid = false;
+        case ST_ENTER:
+          if (gs.xlen == 0) {
+            gs.dr_write32(0, xori(S1, ZERO, -1));
+            gs.dr_write32(1, srli(S1, S1, 31));
+            // 0x00000001  0x00000001:ffffffff  0x00000001:ffffffff:ffffffff:ffffffff
+            gs.dr_write32(2, sw(S1, ZERO, DEBUG_RAM_START));
+            gs.dr_write32(3, srli(S1, S1, 31));
+            // 0x00000000  0x00000000:00000003  0x00000000:00000003:ffffffff:ffffffff
+            gs.dr_write32(4, sw(S1, ZERO, DEBUG_RAM_START + 4));
+            gs.dr_write_jump(5);
+            gs.set_interrupt(0);
+            state = ST_XLEN;
+
+          } else {
+            write_dpc_program();
+            state = ST_DPC;
+          }
+          return false;
+
+        case ST_XLEN:
+          {
+            uint32_t word0 = gs.dr_read32(0);
+            uint32_t word1 = gs.dr_read32(1);
+
+            if (word0 == 1 && word1 == 0) {
+              gs.xlen = 32;
+            } else if (word0 == 0xffffffff && word1 == 3) {
+              gs.xlen = 64;
+            } else if (word0 == 0xffffffff && word1 == 0xffffffff) {
+              gs.xlen = 128;
+            }
+
+            write_dpc_program();
+            state = ST_DPC;
+            return false;
+          }
+
+        case ST_DPC:
+          gs.dpc = gs.dr_read(SLOT_DATA0);
+          gs.dr_write32(0, csrr(S0, CSR_MSTATUS));
+          gs.dr_write_store(1, S0, SLOT_DATA0);
+          gs.dr_write_jump(2);
+          gs.set_interrupt(0);
+          state = ST_MSTATUS;
+          return false;
+
+        case ST_MSTATUS:
+          gs.mstatus = gs.dr_read(SLOT_DATA0);
+          gs.mstatus_dirty = false;
+          gs.dr_write32(0, csrr(S0, CSR_DCSR));
+          gs.dr_write32(1, sw(S0, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 16));
+          gs.dr_write_jump(2);
+          gs.set_interrupt(0);
+          state = ST_DCSR;
+          return false;
+
+        case ST_DCSR:
+          gs.dcsr = gs.dr_read32(4);
+
+          gs.sptbr_valid = false;
+          gs.pte_cache.clear();
+
+          if (send_status) {
+            switch (get_field(gs.dcsr, DCSR_CAUSE)) {
+              case DCSR_CAUSE_NONE:
+                fprintf(stderr, "Internal error. Processor halted without reason.\n");
+                abort();
+
+              case DCSR_CAUSE_DEBUGINT:
+                gs.send_packet("S02");   // Pretend program received SIGINT.
+                break;
+
+              case DCSR_CAUSE_HWBP:
+              case DCSR_CAUSE_STEP:
+              case DCSR_CAUSE_HALT:
+                // There's no gdb code for this.
+                gs.send_packet("T05");
+                break;
+              case DCSR_CAUSE_SWBP:
+                gs.send_packet("T05swbreak:;");
+                break;
+            }
+          }
+
+          return true;
+
+        default:
+          assert(0);
+      }
     }
+
+  private:
+    bool send_status;
+    enum {
+      ST_ENTER,
+      ST_XLEN,
+      ST_DPC,
+      ST_MSTATUS,
+      ST_DCSR
+    } state;
+};
+
+class continue_op_t : public operation_t
+{
+  public:
+    continue_op_t(gdbserver_t& gdbserver, bool single_step) :
+      operation_t(gdbserver), single_step(single_step) {};
+
+    bool perform_step(unsigned int step) {
+      D(fprintf(stderr, "continue step %d\n", step));
+      switch (step) {
+        case 0:
+          gs.dr_write_load(0, S0, SLOT_DATA0);
+          gs.dr_write32(1, csrw(S0, CSR_DPC));
+          // TODO: Isn't there a fence.i in Debug ROM already?
+          if (gs.fence_i_required) {
+            gs.dr_write32(2, fence_i());
+            gs.dr_write_jump(3);
+            gs.fence_i_required = false;
+          } else {
+            gs.dr_write_jump(2);
+          }
+          gs.dr_write(SLOT_DATA0, gs.dpc);
+          gs.set_interrupt(0);
+          return false;
+
+        case 1:
+          gs.dr_write_load(0, S0, SLOT_DATA0);
+          gs.dr_write32(1, csrw(S0, CSR_MSTATUS));
+          gs.dr_write_jump(2);
+          gs.dr_write(SLOT_DATA0, gs.mstatus);
+          gs.set_interrupt(0);
+          return false;
+
+        case 2:
+          gs.dr_write32(0, lw(S0, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START+16));
+          gs.dr_write32(1, csrw(S0, CSR_DCSR));
+          gs.dr_write_jump(2);
+
+          reg_t dcsr = set_field(gs.dcsr, DCSR_HALT, 0);
+          dcsr = set_field(dcsr, DCSR_STEP, single_step);
+          // Software breakpoints should go here.
+          dcsr = set_field(dcsr, DCSR_EBREAKM, 1);
+          dcsr = set_field(dcsr, DCSR_EBREAKH, 1);
+          dcsr = set_field(dcsr, DCSR_EBREAKS, 1);
+          dcsr = set_field(dcsr, DCSR_EBREAKU, 1);
+          gs.dr_write32(4, dcsr);
+
+          gs.set_interrupt(0);
+          return true;
+      }
+      return false;
+    }
+
+  private:
+    bool single_step;
 };
 
 class general_registers_read_op_t : public operation_t
@@ -230,46 +524,61 @@ class general_registers_read_op_t : public operation_t
 
   public:
     general_registers_read_op_t(gdbserver_t& gdbserver) :
-      operation_t(gdbserver), current_reg(0) {};
+      operation_t(gdbserver) {};
 
-    bool start()
+    bool perform_step(unsigned int step)
     {
-      gs.start_packet();
-
-      // x0 is always zero.
-      gs.send((reg_t) 0);
+      D(fprintf(stderr, "register_read step %d\n", step));
+      if (step == 0) {
+        gs.start_packet();
+
+        // x0 is always zero.
+        if (gs.xlen == 32) {
+          gs.send((uint32_t) 0);
+        } else {
+          gs.send((uint64_t) 0);
+        }
 
-      gs.write_debug_ram(0, sd(1, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 16));
-      gs.write_debug_ram(1, sd(2, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 0));
-      gs.write_debug_ram(2, jal(0, (uint32_t) (DEBUG_ROM_RESUME - (DEBUG_RAM_START + 4*2))));
-      gs.set_interrupt(0);
-      current_reg = 1;
-      return false;
-    }
+        gs.dr_write_store(0, 1, SLOT_DATA0);
+        gs.dr_write_store(1, 2, SLOT_DATA1);
+        gs.dr_write_jump(2);
+        gs.set_interrupt(0);
+        return false;
+      }
 
-    bool step()
-    {
-      fprintf(stderr, "step %d\n", current_reg);
-      gs.send(((uint64_t) gs.read_debug_ram(5) << 32) | gs.read_debug_ram(4));
-      if (current_reg >= 31) {
+      if (gs.xlen == 32) {
+        gs.send((uint32_t) gs.dr_read(SLOT_DATA0));
+      } else {
+        gs.send((uint64_t) gs.dr_read(SLOT_DATA0));
+      }
+      if (step >= 16) {
         gs.end_packet();
         return true;
       }
 
-      gs.send(((uint64_t) gs.read_debug_ram(1) << 32) | gs.read_debug_ram(0));
+      if (gs.xlen == 32) {
+        gs.send((uint32_t) gs.dr_read(SLOT_DATA1));
+      } else {
+        gs.send((uint64_t) gs.dr_read(SLOT_DATA1));
+      }
 
-      current_reg += 2;
-      // TODO properly read s0 and s1
-      gs.write_debug_ram(0, sd(current_reg, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 16));
-      gs.write_debug_ram(1, sd(current_reg+1, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 0));
-      gs.write_debug_ram(2, jal(0, (uint32_t) (DEBUG_ROM_RESUME - (DEBUG_RAM_START + 4*2))));
+      unsigned int current_reg = 2 * step + 1;
+      unsigned int i = 0;
+      if (current_reg == S1) {
+        gs.dr_write_load(i++, S1, SLOT_DATA_LAST);
+      }
+      gs.dr_write_store(i++, current_reg, SLOT_DATA0);
+      if (current_reg + 1 == S0) {
+        gs.dr_write32(i++, csrr(S0, CSR_DSCRATCH));
+      }
+      if (step < 15) {
+        gs.dr_write_store(i++, current_reg+1, SLOT_DATA1);
+      }
+      gs.dr_write_jump(i);
       gs.set_interrupt(0);
 
       return false;
     }
-
-  private:
-    unsigned int current_reg;
 };
 
 class register_read_op_t : public operation_t
@@ -278,56 +587,721 @@ class register_read_op_t : public operation_t
     register_read_op_t(gdbserver_t& gdbserver, unsigned int reg) :
       operation_t(gdbserver), reg(reg) {};
 
-    bool start()
+    bool perform_step(unsigned int step)
     {
-      if (reg >= REG_XPR0 && reg <= REG_XPR31) {
-        die("handle_register_read");
-        // send(p->state.XPR[reg - REG_XPR0]);
-      } else if (reg == REG_PC) {
-        gs.write_debug_ram(0, csrr(S0, DPC_ADDRESS));
-        gs.write_debug_ram(1, sd(S0, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 16));
-        gs.write_debug_ram(2, jal(0, (uint32_t) (DEBUG_ROM_RESUME - (DEBUG_RAM_START + 4*2))));
-      } else if (reg >= REG_FPR0 && reg <= REG_FPR31) {
-        // send(p->state.FPR[reg - REG_FPR0]);
-        gs.write_debug_ram(0, fsd(reg - REG_FPR0, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 16));
-        gs.write_debug_ram(1, jal(0, (uint32_t) (DEBUG_ROM_RESUME - (DEBUG_RAM_START + 4*1))));
-      } else if (reg >= REG_CSR0 && reg <= REG_CSR4095) {
-        gs.write_debug_ram(0, csrr(S0, reg - REG_CSR0));
-        gs.write_debug_ram(1, sd(S0, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 16));
-        gs.write_debug_ram(2, jal(0, (uint32_t) (DEBUG_ROM_RESUME - (DEBUG_RAM_START + 4*2))));
-        // If we hit an exception reading the CSR, we'll end up returning ~0 as
-        // the register's value, which is what we want. (Right?)
-        gs.write_debug_ram(4, 0xffffffff);
-        gs.write_debug_ram(5, 0xffffffff);
+      switch (step) {
+        case 0:
+          if (reg >= REG_XPR0 && reg <= REG_XPR31) {
+            if (gs.xlen == 32) {
+              gs.dr_write32(0, sw(reg - REG_XPR0, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 16));
+            } else {
+              gs.dr_write32(0, sd(reg - REG_XPR0, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 16));
+            }
+            gs.dr_write_jump(1);
+          } else if (reg == REG_PC) {
+            gs.start_packet();
+            if (gs.xlen == 32) {
+              gs.send((uint32_t) gs.dpc);
+            } else {
+              gs.send(gs.dpc);
+            }
+            gs.end_packet();
+            return true;
+          } else if (reg >= REG_FPR0 && reg <= REG_FPR31) {
+            gs.dr_write_load(0, S0, SLOT_DATA1);
+            gs.dr_write(SLOT_DATA1, set_field(gs.mstatus, MSTATUS_FS, 1));
+            gs.dr_write32(1, csrw(S0, CSR_MSTATUS));
+            gs.mstatus_dirty = true;
+            if (gs.xlen == 32) {
+              gs.dr_write32(2, fsw(reg - REG_FPR0, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 16));
+            } else {
+              gs.dr_write32(2, fsd(reg - REG_FPR0, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 16));
+            }
+            gs.dr_write_jump(3);
+          } else if (reg == REG_MSTATUS) {
+            gs.start_packet();
+            if (gs.xlen == 32) {
+              gs.send((uint32_t) gs.mstatus);
+            } else {
+              gs.send(gs.mstatus);
+            }
+            gs.end_packet();
+            return true;
+          } else if (reg >= REG_CSR0 && reg <= REG_CSR4095) {
+            gs.dr_write32(0, csrr(S0, reg - REG_CSR0));
+            gs.dr_write_store(1, S0, SLOT_DATA0);
+            gs.dr_write_jump(2);
+            // If we hit an exception reading the CSR, we'll end up returning ~0 as
+            // the register's value, which is what we want. (Right?)
+            gs.dr_write(SLOT_DATA0, ~(uint64_t) 0);
+          } else if (reg == REG_PRIV) {
+            gs.start_packet();
+            gs.send((uint8_t) get_field(gs.dcsr, DCSR_PRV));
+            gs.end_packet();
+            return true;
+          } else {
+            gs.send_packet("E02");
+            return true;
+          }
+          gs.set_interrupt(0);
+          return false;
+
+        case 1:
+          {
+            unsigned result = gs.dr_read(SLOT_DATA_LAST);
+            if (result) {
+              gs.send_packet("E03");
+              return true;
+            }
+            gs.start_packet();
+            if (gs.xlen == 32) {
+              gs.send(gs.dr_read32(4));
+            } else {
+              gs.send(gs.dr_read(SLOT_DATA0));
+            }
+            gs.end_packet();
+            return true;
+          }
+      }
+      return false;
+    }
+
+  private:
+    unsigned int reg;
+};
+
+class register_write_op_t : public operation_t
+{
+  public:
+    register_write_op_t(gdbserver_t& gdbserver, unsigned int reg, reg_t value) :
+      operation_t(gdbserver), reg(reg), value(value) {};
+
+    bool perform_step(unsigned int step)
+    {
+      switch (step) {
+        case 0:
+          gs.dr_write_load(0, S0, SLOT_DATA0);
+          gs.dr_write(SLOT_DATA0, value);
+          if (reg == S0) {
+            gs.dr_write32(1, csrw(S0, CSR_DSCRATCH));
+            gs.dr_write_jump(2);
+          } else if (reg == S1) {
+            gs.dr_write_store(1, S0, SLOT_DATA_LAST);
+            gs.dr_write_jump(2);
+          } else if (reg >= REG_XPR0 && reg <= REG_XPR31) {
+            gs.dr_write32(1, addi(reg, S0, 0));
+            gs.dr_write_jump(2);
+          } else if (reg == REG_PC) {
+            gs.dpc = value;
+            return true;
+          } else if (reg >= REG_FPR0 && reg <= REG_FPR31) {
+            gs.dr_write_load(0, S0, SLOT_DATA1);
+            gs.dr_write(SLOT_DATA1, set_field(gs.mstatus, MSTATUS_FS, 1));
+            gs.dr_write32(1, csrw(S0, CSR_MSTATUS));
+            gs.mstatus_dirty = true;
+            if (gs.xlen == 32) {
+              gs.dr_write32(2, flw(reg - REG_FPR0, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 16));
+            } else {
+              gs.dr_write32(2, fld(reg - REG_FPR0, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 16));
+            }
+            gs.dr_write_jump(3);
+          } else if (reg == REG_MSTATUS) {
+            gs.mstatus = value;
+            gs.mstatus_dirty = true;
+            return true;
+          } else if (reg >= REG_CSR0 && reg <= REG_CSR4095) {
+            gs.dr_write32(1, csrw(S0, reg - REG_CSR0));
+            gs.dr_write_jump(2);
+            if (reg == REG_CSR0 + CSR_SPTBR) {
+              gs.sptbr = value;
+              gs.sptbr_valid = true;
+            }
+          } else if (reg == REG_PRIV) {
+            gs.dcsr = set_field(gs.dcsr, DCSR_PRV, value);
+            return true;
+          } else {
+            gs.send_packet("E02");
+            return true;
+          }
+          gs.set_interrupt(0);
+          return false;
+
+        case 1:
+          {
+            unsigned result = gs.dr_read(SLOT_DATA_LAST);
+            if (result) {
+              gs.send_packet("E03");
+              return true;
+            }
+            gs.send_packet("OK");
+            return true;
+          }
+      }
+
+      assert(0);
+    }
+
+  private:
+    unsigned int reg;
+    reg_t value;
+};
+
+class memory_read_op_t : public operation_t
+{
+  public:
+    // Read length bytes from vaddr, storing the result into data.
+    // If data is NULL, send the result straight to gdb.
+    memory_read_op_t(gdbserver_t& gdbserver, reg_t vaddr, unsigned int length,
+        unsigned char *data=NULL) :
+      operation_t(gdbserver), vaddr(vaddr), length(length), data(data), index(0)
+  {
+    buf = new uint8_t[length];
+  };
+
+    ~memory_read_op_t()
+    {
+      delete[] buf;
+    }
+
+    bool perform_step(unsigned int step)
+    {
+      if (step == 0) {
+        // address goes in S0
+        paddr = gs.translate(vaddr);
+        access_size = gs.find_access_size(paddr, length);
+
+        gs.dr_write_load(0, S0, SLOT_DATA0);
+        switch (access_size) {
+          case 1:
+            gs.dr_write32(1, lb(S1, S0, 0));
+            break;
+          case 2:
+            gs.dr_write32(1, lh(S1, S0, 0));
+            break;
+          case 4:
+            gs.dr_write32(1, lw(S1, S0, 0));
+            break;
+          case 8:
+            gs.dr_write32(1, ld(S1, S0, 0));
+            break;
+        }
+        gs.dr_write_store(2, S1, SLOT_DATA1);
+        gs.dr_write_jump(3);
+        gs.dr_write(SLOT_DATA0, paddr);
+        gs.set_interrupt(0);
+
+        return false;
+      }
+
+      if (gs.dr_read32(DEBUG_RAM_SIZE / 4 - 1)) {
+        // Note that OpenOCD doesn't report this error to gdb by default. They
+        // think it can mess up stack tracing. So far I haven't seen any
+        // problems.
+        gs.send_packet("E99");
+        return true;
+      }
+
+      reg_t value = gs.dr_read(SLOT_DATA1);
+      for (unsigned int i = 0; i < access_size; i++) {
+        if (data) {
+          *(data++) = value & 0xff;
+          D(fprintf(stderr, "%02x", (unsigned int) (value & 0xff)));
+        } else {
+          buf[index++] = value & 0xff;
+        }
+        value >>= 8;
+      }
+      if (data) {
+        D(fprintf(stderr, "\n"));
+      }
+      length -= access_size;
+      paddr += access_size;
+
+      if (length == 0) {
+        if (!data) {
+          gs.start_packet();
+          char buffer[3];
+          for (unsigned int i = 0; i < index; i++) {
+            sprintf(buffer, "%02x", (unsigned int) buf[i]);
+            gs.send(buffer);
+          }
+          gs.end_packet();
+        }
+        return true;
       } else {
-        gs.send_packet("E02");
+        gs.dr_write(SLOT_DATA0, paddr);
+        gs.set_interrupt(0);
+        return false;
+      }
+    }
+
+  private:
+    reg_t vaddr;
+    unsigned int length;
+    unsigned char* data;
+    reg_t paddr;
+    unsigned int access_size;
+    unsigned int index;
+    uint8_t *buf;
+};
+
+class memory_write_op_t : public operation_t
+{
+  public:
+    memory_write_op_t(gdbserver_t& gdbserver, reg_t vaddr, unsigned int length,
+        const unsigned char *data) :
+      operation_t(gdbserver), vaddr(vaddr), offset(0), length(length), data(data) {};
+
+    ~memory_write_op_t() {
+      delete[] data;
+    }
+
+    bool perform_step(unsigned int step)
+    {
+      reg_t paddr = gs.translate(vaddr);
+
+      unsigned int data_offset;
+      switch (gs.xlen) {
+        case 32:
+          data_offset = slot_offset32[SLOT_DATA1];
+          break;
+        case 64:
+          data_offset = slot_offset64[SLOT_DATA1];
+          break;
+        case 128:
+          data_offset = slot_offset128[SLOT_DATA1];
+          break;
+        default:
+          abort();
+      }
+
+      if (step == 0) {
+        access_size = gs.find_access_size(paddr, length);
+
+        D(fprintf(stderr, "write to 0x%lx -> 0x%lx (access=%d): ", vaddr, paddr,
+              access_size));
+        for (unsigned int i = 0; i < length; i++) {
+          D(fprintf(stderr, "%02x", data[i]));
+        }
+        D(fprintf(stderr, "\n"));
+
+        // address goes in S0
+        gs.dr_write_load(0, S0, SLOT_DATA0);
+        switch (access_size) {
+          case 1:
+            gs.dr_write32(1, lb(S1, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 4*data_offset));
+            gs.dr_write32(2, sb(S1, S0, 0));
+            gs.dr_write32(data_offset, data[0]);
+            break;
+          case 2:
+            gs.dr_write32(1, lh(S1, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 4*data_offset));
+            gs.dr_write32(2, sh(S1, S0, 0));
+            gs.dr_write32(data_offset, data[0] | (data[1] << 8));
+            break;
+          case 4:
+            gs.dr_write32(1, lw(S1, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 4*data_offset));
+            gs.dr_write32(2, sw(S1, S0, 0));
+            gs.dr_write32(data_offset, data[0] | (data[1] << 8) |
+                (data[2] << 16) | (data[3] << 24));
+            break;
+          case 8:
+            gs.dr_write32(1, ld(S1, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 4*data_offset));
+            gs.dr_write32(2, sd(S1, S0, 0));
+            gs.dr_write32(data_offset, data[0] | (data[1] << 8) |
+                (data[2] << 16) | (data[3] << 24));
+            gs.dr_write32(data_offset+1, data[4] | (data[5] << 8) |
+                (data[6] << 16) | (data[7] << 24));
+            break;
+          default:
+            fprintf(stderr, "gdbserver error: write %d bytes to 0x%016" PRIx64
+                    " -> 0x%016" PRIx64 "; access_size=%d\n",
+                    length, vaddr, paddr, access_size);
+            gs.send_packet("E12");
+            return true;
+        }
+        gs.dr_write_jump(3);
+        gs.dr_write(SLOT_DATA0, paddr);
+        gs.set_interrupt(0);
+
+        return false;
+      }
+
+      if (gs.dr_read32(DEBUG_RAM_SIZE / 4 - 1)) {
+        gs.send_packet("E98");
         return true;
       }
 
-      gs.set_interrupt(0);
+      offset += access_size;
+      if (offset >= length) {
+        gs.send_packet("OK");
+        return true;
+      } else {
+        const unsigned char *d = data + offset;
+        switch (access_size) {
+          case 1:
+            gs.dr_write32(data_offset, d[0]);
+            break;
+          case 2:
+            gs.dr_write32(data_offset, d[0] | (d[1] << 8));
+            break;
+          case 4:
+            gs.dr_write32(data_offset, d[0] | (d[1] << 8) |
+                (d[2] << 16) | (d[3] << 24));
+            break;
+          case 8:
+            gs.dr_write32(data_offset, d[0] | (d[1] << 8) |
+                (d[2] << 16) | (d[3] << 24));
+            gs.dr_write32(data_offset+1, d[4] | (d[5] << 8) |
+                (d[6] << 16) | (d[7] << 24));
+            break;
+          default:
+            gs.send_packet("E13");
+            return true;
+        }
+        gs.dr_write(SLOT_DATA0, paddr + offset);
+        gs.set_interrupt(0);
+        return false;
+      }
+    }
 
-      return false;
+  private:
+    reg_t vaddr;
+    unsigned int offset;
+    unsigned int length;
+    unsigned int access_size;
+    const unsigned char *data;
+};
+
+class collect_translation_info_op_t : public operation_t
+{
+  public:
+    // Read sufficient information from the target into gdbserver structures so
+    // that it's possible to translate vaddr, vaddr+length, and all addresses
+    // in between to physical addresses.
+    collect_translation_info_op_t(gdbserver_t& gdbserver, reg_t vaddr, size_t length) :
+      operation_t(gdbserver), state(STATE_START), vaddr(vaddr), length(length) {};
+
+    bool perform_step(unsigned int step)
+    {
+      unsigned int vm = gs.virtual_memory();
+
+      if (step == 0) {
+        switch (vm) {
+          case VM_MBARE:
+            // Nothing to be done.
+            return true;
+
+          case VM_SV32:
+            levels = 2;
+            ptidxbits = 10;
+            ptesize = 4;
+            break;
+          case VM_SV39:
+            levels = 3;
+            ptidxbits = 9;
+            ptesize = 8;
+            break;
+          case VM_SV48:
+            levels = 4;
+            ptidxbits = 9;
+            ptesize = 8;
+            break;
+
+          default:
+            {
+              char buf[100];
+              sprintf(buf, "VM mode %d is not supported by gdbserver.cc.", vm);
+              die(buf);
+              return true;        // die doesn't return, but gcc doesn't know that.
+            }
+        }
+      }
+
+      // Perform any reads from the just-completed action.
+      switch (state) {
+        case STATE_START:
+          break;
+        case STATE_READ_SPTBR:
+          gs.sptbr = gs.dr_read(SLOT_DATA0);
+          gs.sptbr_valid = true;
+          break;
+        case STATE_READ_PTE:
+          if (ptesize == 4) {
+              gs.pte_cache[pte_addr] = gs.dr_read32(4);
+          } else {
+              gs.pte_cache[pte_addr] = ((uint64_t) gs.dr_read32(5) << 32) |
+                  gs.dr_read32(4);
+          }
+          D(fprintf(stderr, "pte_cache[0x%lx] = 0x%lx\n", pte_addr, gs.pte_cache[pte_addr]));
+          break;
+      }
+
+      // Set up the next action.
+      // We only get here for VM_SV32/39/38.
+
+      if (!gs.sptbr_valid) {
+        state = STATE_READ_SPTBR;
+        gs.dr_write32(0, csrr(S0, CSR_SPTBR));
+        gs.dr_write_store(1, S0, SLOT_DATA0);
+        gs.dr_write_jump(2);
+        gs.set_interrupt(0);
+        return false;
+      }
+
+      reg_t base = gs.sptbr << PGSHIFT;
+      int ptshift = (levels - 1) * ptidxbits;
+      for (unsigned int i = 0; i < levels; i++, ptshift -= ptidxbits) {
+        reg_t idx = (vaddr >> (PGSHIFT + ptshift)) & ((1 << ptidxbits) - 1);
+
+        pte_addr = base + idx * ptesize;
+        auto it = gs.pte_cache.find(pte_addr);
+        if (it == gs.pte_cache.end()) {
+          state = STATE_READ_PTE;
+          if (ptesize == 4) {
+            gs.dr_write32(0, lw(S0, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 16));
+            gs.dr_write32(1, lw(S1, S0, 0));
+            gs.dr_write32(2, sw(S1, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 16));
+          } else {
+            assert(gs.xlen >= 64);
+            gs.dr_write32(0, ld(S0, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 16));
+            gs.dr_write32(1, ld(S1, S0, 0));
+            gs.dr_write32(2, sd(S1, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 16));
+          }
+          gs.dr_write_jump(3);
+          gs.dr_write32(4, pte_addr);
+          gs.dr_write32(5, pte_addr >> 32);
+          gs.set_interrupt(0);
+          return false;
+        }
+
+        reg_t pte = gs.pte_cache[pte_addr];
+        reg_t ppn = pte >> PTE_PPN_SHIFT;
+
+        if (PTE_TABLE(pte)) { // next level of page table
+          base = ppn << PGSHIFT;
+        } else {
+          // We've collected all the data required for the translation.
+          return true;
+        }
+      }
+      fprintf(stderr,
+          "ERROR: gdbserver couldn't find appropriate PTEs to translate 0x%016" PRIx64 "\n",
+          vaddr);
+      return true;
     }
 
-    bool step()
+  private:
+    enum {
+      STATE_START,
+      STATE_READ_SPTBR,
+      STATE_READ_PTE
+    } state;
+    reg_t vaddr;
+    size_t length;
+    unsigned int levels;
+    unsigned int ptidxbits;
+    unsigned int ptesize;
+    reg_t pte_addr;
+};
+
+class hardware_breakpoint_insert_op_t : public operation_t
+{
+  public:
+    hardware_breakpoint_insert_op_t(gdbserver_t& gdbserver,
+        hardware_breakpoint_t bp) :
+      operation_t(gdbserver), state(STATE_START), bp(bp) {};
+
+    void write_new_index_program()
     {
-      gs.start_packet();
-      gs.send(((uint64_t) gs.read_debug_ram(5) << 32) | gs.read_debug_ram(4));
-      gs.end_packet();
+      gs.dr_write_load(0, S0, SLOT_DATA1);
+      gs.dr_write32(1, csrw(S0, CSR_TSELECT));
+      gs.dr_write32(2, csrr(S0, CSR_TSELECT));
+      gs.dr_write_store(3, S0, SLOT_DATA1);
+      gs.dr_write_jump(4);
+      gs.dr_write(SLOT_DATA1, bp.index);
+    }
+
+    bool perform_step(unsigned int step)
+    {
+      switch (state) {
+        case STATE_START:
+          bp.index = 0;
+          write_new_index_program();
+          state = STATE_CHECK_INDEX;
+          break;
+
+        case STATE_CHECK_INDEX:
+          if (gs.dr_read(SLOT_DATA1) != bp.index) {
+            // We've exhausted breakpoints without finding an appropriate one.
+            gs.send_packet("E58");
+            return true;
+          }
+
+          gs.dr_write32(0, csrr(S0, CSR_TDATA1));
+          gs.dr_write_store(1, S0, SLOT_DATA0);
+          gs.dr_write_jump(2);
+          state = STATE_CHECK_MCONTROL;
+          break;
+
+        case STATE_CHECK_MCONTROL:
+          {
+            reg_t mcontrol = gs.dr_read(SLOT_DATA0);
+            unsigned int type = mcontrol >> (gs.xlen - 4);
+            if (type == 0) {
+              // We've exhausted breakpoints without finding an appropriate one.
+              gs.send_packet("E58");
+              return true;
+            }
+
+            if (type == 2 &&
+                !get_field(mcontrol, MCONTROL_EXECUTE) &&
+                !get_field(mcontrol, MCONTROL_LOAD) &&
+                !get_field(mcontrol, MCONTROL_STORE)) {
+              // Found an unused trigger.
+              gs.dr_write_load(0, S0, SLOT_DATA1);
+              gs.dr_write32(1, csrw(S0, CSR_TDATA1));
+              gs.dr_write_jump(2);
+              mcontrol = set_field(0, MCONTROL_ACTION, MCONTROL_ACTION_DEBUG_MODE);
+              mcontrol = set_field(mcontrol, MCONTROL_DMODE(gs.xlen), 1);
+              mcontrol = set_field(mcontrol, MCONTROL_MATCH, MCONTROL_MATCH_EQUAL);
+              mcontrol = set_field(mcontrol, MCONTROL_M, 1);
+              mcontrol = set_field(mcontrol, MCONTROL_H, 1);
+              mcontrol = set_field(mcontrol, MCONTROL_S, 1);
+              mcontrol = set_field(mcontrol, MCONTROL_U, 1);
+              mcontrol = set_field(mcontrol, MCONTROL_EXECUTE, bp.execute);
+              mcontrol = set_field(mcontrol, MCONTROL_LOAD, bp.load);
+              mcontrol = set_field(mcontrol, MCONTROL_STORE, bp.store);
+              // For store triggers it's nicer to fire just before the
+              // instruction than just after. However, gdb doesn't clear the
+              // breakpoints and step before resuming from a store trigger.
+              // That means that without extra code, you'll keep hitting the
+              // same watchpoint over and over again. That's not useful at all.
+              // Instead of fixing this the right way, just set timing=1 for
+              // those triggers.
+              if (bp.load || bp.store)
+                mcontrol = set_field(mcontrol, MCONTROL_TIMING, 1);
+
+              gs.dr_write(SLOT_DATA1, mcontrol);
+              state = STATE_WRITE_ADDRESS;
+            } else {
+              bp.index++;
+              write_new_index_program();
+              state = STATE_CHECK_INDEX;
+            }
+          }
+          break;
+
+        case STATE_WRITE_ADDRESS:
+          {
+            gs.dr_write_load(0, S0, SLOT_DATA1);
+            gs.dr_write32(1, csrw(S0, CSR_TDATA2));
+            gs.dr_write_jump(2);
+            gs.dr_write(SLOT_DATA1, bp.vaddr);
+            gs.set_interrupt(0);
+            gs.send_packet("OK");
+
+            gs.hardware_breakpoints.insert(bp);
+
+            return true;
+          }
+      }
+
+      gs.set_interrupt(0);
+      return false;
+    }
+
+  private:
+    enum {
+      STATE_START,
+      STATE_CHECK_INDEX,
+      STATE_CHECK_MCONTROL,
+      STATE_WRITE_ADDRESS
+    } state;
+    hardware_breakpoint_t bp;
+};
+
+class maybe_save_tselect_op_t : public operation_t
+{
+  public:
+    maybe_save_tselect_op_t(gdbserver_t& gdbserver) : operation_t(gdbserver) {};
+    bool perform_step(unsigned int step) {
+      if (gs.tselect_valid)
+        return true;
+
+      switch (step) {
+        case 0:
+          gs.dr_write32(0, csrr(S0, CSR_TDATA1));
+          gs.dr_write_store(1, S0, SLOT_DATA0);
+          gs.dr_write_jump(2);
+          gs.set_interrupt(0);
+          return false;
+        case 1:
+          gs.tselect = gs.dr_read(SLOT_DATA0);
+          gs.tselect_valid = true;
+          break;
+      }
+      return true;
+    }
+};
+
+class maybe_restore_tselect_op_t : public operation_t
+{
+  public:
+    maybe_restore_tselect_op_t(gdbserver_t& gdbserver) : operation_t(gdbserver) {};
+    bool perform_step(unsigned int step) {
+      if (gs.tselect_valid) {
+        gs.dr_write_load(0, S0, SLOT_DATA1);
+        gs.dr_write32(1, csrw(S0, CSR_TSELECT));
+        gs.dr_write_jump(2);
+        gs.dr_write(SLOT_DATA1, gs.tselect);
+      }
+      return true;
+    }
+};
+
+class maybe_restore_mstatus_op_t : public operation_t
+{
+  public:
+    maybe_restore_mstatus_op_t(gdbserver_t& gdbserver) : operation_t(gdbserver) {};
+    bool perform_step(unsigned int step) {
+      if (gs.mstatus_dirty) {
+        gs.dr_write_load(0, S0, SLOT_DATA1);
+        gs.dr_write32(1, csrw(S0, CSR_MSTATUS));
+        gs.dr_write_jump(2);
+        gs.dr_write(SLOT_DATA1, gs.mstatus);
+      }
+      return true;
+    }
+};
+
+class hardware_breakpoint_remove_op_t : public operation_t
+{
+  public:
+    hardware_breakpoint_remove_op_t(gdbserver_t& gdbserver,
+        hardware_breakpoint_t bp) :
+      operation_t(gdbserver), bp(bp) {};
+
+    bool perform_step(unsigned int step) {
+      gs.dr_write32(0, addi(S0, ZERO, bp.index));
+      gs.dr_write32(1, csrw(S0, CSR_TSELECT));
+      gs.dr_write32(2, csrw(ZERO, CSR_TDATA1));
+      gs.dr_write_jump(3);
+      gs.set_interrupt(0);
       return true;
     }
 
   private:
-    unsigned int reg;
+    hardware_breakpoint_t bp;
 };
 
 ////////////////////////////// gdbserver itself
 
 gdbserver_t::gdbserver_t(uint16_t port, sim_t *sim) :
+  xlen(0),
   sim(sim),
   client_fd(0),
-  recv_buf(64 * 1024), send_buf(64 * 1024),
-  operation(NULL)
+  // gdb likes to send 0x100000 bytes at once when downloading.
+  recv_buf(0x180000), send_buf(64 * 1024)
 {
   socket_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
   if (socket_fd == -1) {
@@ -360,26 +1334,205 @@ gdbserver_t::gdbserver_t(uint16_t port, sim_t *sim) :
   }
 }
 
-void gdbserver_t::write_debug_ram(unsigned int index, uint32_t value)
+unsigned int gdbserver_t::find_access_size(reg_t address, int length)
+{
+  reg_t composite = address | length;
+  if ((composite & 0x7) == 0 && xlen >= 64)
+    return 8;
+  if ((composite & 0x3) == 0)
+    return 4;
+  return 1;
+}
+
+reg_t gdbserver_t::translate(reg_t vaddr)
+{
+  unsigned int vm = virtual_memory();
+  unsigned int levels, ptidxbits, ptesize;
+
+  switch (vm) {
+    case VM_MBARE:
+      return vaddr;
+
+    case VM_SV32:
+      levels = 2;
+      ptidxbits = 10;
+      ptesize = 4;
+      break;
+    case VM_SV39:
+      levels = 3;
+      ptidxbits = 9;
+      ptesize = 8;
+      break;
+    case VM_SV48:
+      levels = 4;
+      ptidxbits = 9;
+      ptesize = 8;
+      break;
+
+    default:
+      {
+        char buf[100];
+        sprintf(buf, "VM mode %d is not supported by gdbserver.cc.", vm);
+        die(buf);
+        return true;        // die doesn't return, but gcc doesn't know that.
+      }
+  }
+
+  // Handle page tables here. There's a bunch of duplicated code with
+  // collect_translation_info_op_t. :-(
+  reg_t base = sptbr << PGSHIFT;
+  int ptshift = (levels - 1) * ptidxbits;
+  for (unsigned int i = 0; i < levels; i++, ptshift -= ptidxbits) {
+    reg_t idx = (vaddr >> (PGSHIFT + ptshift)) & ((1 << ptidxbits) - 1);
+
+    reg_t pte_addr = base + idx * ptesize;
+    auto it = pte_cache.find(pte_addr);
+    if (it == pte_cache.end()) {
+      fprintf(stderr, "ERROR: gdbserver tried to translate 0x%016" PRIx64
+          " without first collecting the relevant PTEs.\n", vaddr);
+      die("gdbserver_t::translate()");
+    }
+
+    reg_t pte = pte_cache[pte_addr];
+    reg_t ppn = pte >> PTE_PPN_SHIFT;
+
+    if (PTE_TABLE(pte)) { // next level of page table
+      base = ppn << PGSHIFT;
+    } else {
+      // We've collected all the data required for the translation.
+      reg_t vpn = vaddr >> PGSHIFT;
+      reg_t paddr = (ppn | (vpn & ((reg_t(1) << ptshift) - 1))) << PGSHIFT;
+      paddr += vaddr & (PGSIZE-1);
+      D(fprintf(stderr, "gdbserver translate 0x%lx -> 0x%lx\n", vaddr, paddr));
+      return paddr;
+    }
+  }
+
+  fprintf(stderr, "ERROR: gdbserver tried to translate 0x%016" PRIx64
+          " but the relevant PTEs are invalid.\n", vaddr);
+  // TODO: Is it better to throw an exception here?
+  return -1;
+}
+
+unsigned int gdbserver_t::privilege_mode()
+{
+  unsigned int mode = get_field(dcsr, DCSR_PRV);
+  if (get_field(mstatus, MSTATUS_MPRV))
+    mode = get_field(mstatus, MSTATUS_MPP);
+  return mode;
+}
+
+unsigned int gdbserver_t::virtual_memory()
+{
+  unsigned int mode = privilege_mode();
+  if (mode == PRV_M)
+    return VM_MBARE;
+  return get_field(mstatus, MSTATUS_VM);
+}
+
+void gdbserver_t::dr_write32(unsigned int index, uint32_t value)
 {
   sim->debug_module.ram_write32(index, value);
 }
 
-uint32_t gdbserver_t::read_debug_ram(unsigned int index)
+void gdbserver_t::dr_write64(unsigned int index, uint64_t value)
 {
-  return sim->debug_module.ram_read32(index);
+  dr_write32(index, value);
+  dr_write32(index+1, value >> 32);
 }
 
-void gdbserver_t::set_operation(operation_t* operation)
+void gdbserver_t::dr_write(enum slot slot, uint64_t value)
 {
-  assert(this->operation == NULL || operation == NULL);
-  if (operation && operation->start()) {
-    delete operation;
-  } else {
-    this->operation = operation;
+  switch (xlen) {
+    case 32:
+      dr_write32(slot_offset32[slot], value);
+      break;
+    case 64:
+      dr_write64(slot_offset64[slot], value);
+      break;
+    case 128:
+    default:
+      abort();
   }
 }
 
+void gdbserver_t::dr_write_jump(unsigned int index)
+{
+  dr_write32(index, jal(0,
+        (uint32_t) (DEBUG_ROM_RESUME - (DEBUG_RAM_START + 4*index))));
+}
+
+void gdbserver_t::dr_write_store(unsigned int index, unsigned int reg, enum slot slot)
+{
+  assert(slot != SLOT_INST0 || index > 2);
+  assert(slot != SLOT_DATA0 || index < 4 || index > 6);
+  assert(slot != SLOT_DATA1 || index < 5 || index > 10);
+  assert(slot != SLOT_DATA_LAST || index < 6 || index > 14);
+  switch (xlen) {
+    case 32:
+      return dr_write32(index,
+          sw(reg, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 4 * slot_offset32[slot]));
+    case 64:
+      return dr_write32(index,
+          sd(reg, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 4 * slot_offset64[slot]));
+    case 128:
+      return dr_write32(index,
+          sq(reg, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 4 * slot_offset128[slot]));
+    default:
+      fprintf(stderr, "xlen is %d!\n", xlen);
+      abort();
+  }
+}
+
+void gdbserver_t::dr_write_load(unsigned int index, unsigned int reg, enum slot slot)
+{
+  switch (xlen) {
+    case 32:
+      return dr_write32(index,
+          lw(reg, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 4 * slot_offset32[slot]));
+    case 64:
+      return dr_write32(index,
+          ld(reg, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 4 * slot_offset64[slot]));
+    case 128:
+      return dr_write32(index,
+          lq(reg, 0, (uint16_t) DEBUG_RAM_START + 4 * slot_offset128[slot]));
+    default:
+      fprintf(stderr, "xlen is %d!\n", xlen);
+      abort();
+  }
+}
+
+uint32_t gdbserver_t::dr_read32(unsigned int index)
+{
+  uint32_t value = sim->debug_module.ram_read32(index);
+  D(fprintf(stderr, "read32(%d) -> 0x%x\n", index, value));
+  return value;
+}
+
+uint64_t gdbserver_t::dr_read64(unsigned int index)
+{
+  return ((uint64_t) dr_read32(index+1) << 32) | dr_read32(index);
+}
+
+uint64_t gdbserver_t::dr_read(enum slot slot)
+{
+  switch (xlen) {
+    case 32:
+      return dr_read32(slot_offset32[slot]);
+    case 64:
+      return dr_read64(slot_offset64[slot]);
+    case 128:
+      abort();
+    default:
+      abort();
+  }
+}
+
+void gdbserver_t::add_operation(operation_t* operation)
+{
+  operation_queue.push(operation);
+}
+
 void gdbserver_t::accept()
 {
   client_fd = ::accept(socket_fd, NULL, NULL);
@@ -398,7 +1551,7 @@ void gdbserver_t::accept()
     extended_mode = false;
 
     // gdb wants the core to be halted when it attaches.
-    set_operation(new halt_op_t(*this));
+    add_operation(new halt_op_t(*this));
   }
 }
 
@@ -408,7 +1561,6 @@ void gdbserver_t::read()
   // available.
 
   size_t count = recv_buf.contiguous_empty_size();
-  assert(count > 0);
   ssize_t bytes = ::read(client_fd, recv_buf.contiguous_empty(), count);
   if (bytes == -1) {
     if (errno == EAGAIN) {
@@ -445,11 +1597,11 @@ void gdbserver_t::write()
       // Client can't take any more data right now.
       break;
     } else {
-      fprintf(stderr, "wrote %ld bytes: ", bytes);
+      D(fprintf(stderr, "wrote %ld bytes: ", bytes));
       for (unsigned int i = 0; i < bytes; i++) {
-        fprintf(stderr, "%c", send_buf[i]);
+        D(fprintf(stderr, "%c", send_buf[i]));
       }
-      fprintf(stderr, "\n");
+      D(fprintf(stderr, "\n"));
       send_buf.consume(bytes);
     }
   }
@@ -461,7 +1613,7 @@ void print_packet(const std::vector<uint8_t> &packet)
     if (c >= ' ' and c <= '~')
       fprintf(stderr, "%c", c);
     else
-      fprintf(stderr, "\\x%x", c);
+      fprintf(stderr, "\\x%02x", c);
   }
   fprintf(stderr, "\n");
 }
@@ -507,7 +1659,7 @@ void gdbserver_t::process_requests()
       }
 
       if (packet.empty() && b == 3) {
-        fprintf(stderr, "Received interrupt\n");
+        D(fprintf(stderr, "Received interrupt\n"));
         recv_buf.consume(1);
         handle_interrupt();
         break;
@@ -541,6 +1693,25 @@ void gdbserver_t::process_requests()
       break;
     }
   }
+
+  if (recv_buf.full()) {
+    fprintf(stderr,
+        "Receive buffer is full, but no complete packet was found!\n");
+    for (unsigned line = 0; line < 8; line++) {
+      for (unsigned i = 0; i < 16; i++) {
+        fprintf(stderr, "%02x ", recv_buf.entry(line * 16 + i));
+      }
+      for (unsigned i = 0; i < 16; i++) {
+        uint8_t e = recv_buf.entry(line * 16 + i);
+        if (e >= ' ' && e <= '~')
+          fprintf(stderr, "%c", e);
+        else
+          fprintf(stderr, ".");
+      }
+      fprintf(stderr, "\n");
+    }
+    assert(!recv_buf.full());
+  }
 }
 
 void gdbserver_t::handle_halt_reason(const std::vector<uint8_t> &packet)
@@ -550,7 +1721,7 @@ void gdbserver_t::handle_halt_reason(const std::vector<uint8_t> &packet)
 
 void gdbserver_t::handle_general_registers_read(const std::vector<uint8_t> &packet)
 {
-  set_operation(new general_registers_read_op_t(*this));
+  add_operation(new general_registers_read_op_t(*this));
 }
 
 void gdbserver_t::set_interrupt(uint32_t hartid) {
@@ -578,7 +1749,8 @@ uint64_t consume_hex_number(std::vector<uint8_t>::const_iterator &iter,
 
 // First byte is the least-significant one.
 // Eg. "08675309" becomes 0x09536708
-uint64_t consume_hex_number_le(std::vector<uint8_t>::const_iterator &iter,
+uint64_t gdbserver_t::consume_hex_number_le(
+    std::vector<uint8_t>::const_iterator &iter,
     std::vector<uint8_t>::const_iterator end)
 {
   uint64_t value = 0;
@@ -596,6 +1768,12 @@ uint64_t consume_hex_number_le(std::vector<uint8_t>::const_iterator &iter,
     else
       shift -= 4;
   }
+  if (shift > (xlen+4)) {
+    fprintf(stderr,
+        "gdb sent too many data bytes. That means it thinks XLEN is greater "
+        "than %d.\nTo fix that, tell gdb: set arch riscv:rv%d\n",
+        xlen, xlen);
+  }
   return value;
 }
 
@@ -617,7 +1795,7 @@ void gdbserver_t::handle_register_read(const std::vector<uint8_t> &packet)
   if (*iter != '#')
     return send_packet("E01");
 
-  set_operation(new register_read_op_t(*this, n));
+  add_operation(new register_read_op_t(*this, n));
 }
 
 void gdbserver_t::handle_register_write(const std::vector<uint8_t> &packet)
@@ -636,24 +1814,7 @@ void gdbserver_t::handle_register_write(const std::vector<uint8_t> &packet)
 
   processor_t *p = sim->get_core(0);
 
-  die("handle_register_write");
-  /*
-  if (n >= REG_XPR0 && n <= REG_XPR31) {
-    p->state.XPR.write(n - REG_XPR0, value);
-  } else if (n == REG_PC) {
-    p->state.pc = value;
-  } else if (n >= REG_FPR0 && n <= REG_FPR31) {
-    p->state.FPR.write(n - REG_FPR0, value);
-  } else if (n >= REG_CSR0 && n <= REG_CSR4095) {
-    try {
-      p->set_csr(n - REG_CSR0, value);
-    } catch(trap_t& t) {
-      return send_packet("EFF");
-    }
-  } else {
-    return send_packet("E07");
-  }
-  */
+  add_operation(new register_write_op_t(*this, n, value));
 
   return send_packet("OK");
 }
@@ -670,16 +1831,8 @@ void gdbserver_t::handle_memory_read(const std::vector<uint8_t> &packet)
   if (*iter != '#')
     return send_packet("E11");
 
-  start_packet();
-  char buffer[3];
-  processor_t *p = sim->get_core(0);
-  mmu_t* mmu = sim->debug_mmu;
-
-  for (reg_t i = 0; i < length; i++) {
-    sprintf(buffer, "%02x", mmu->load_uint8(address + i));
-    send(buffer);
-  }
-  end_packet();
+  add_operation(new collect_translation_info_op_t(*this, address, length));
+  add_operation(new memory_read_op_t(*this, address, length));
 }
 
 void gdbserver_t::handle_memory_binary_write(const std::vector<uint8_t> &packet)
@@ -695,19 +1848,37 @@ void gdbserver_t::handle_memory_binary_write(const std::vector<uint8_t> &packet)
     return send_packet("E21");
   iter++;
 
-  processor_t *p = sim->get_core(0);
-  mmu_t* mmu = sim->debug_mmu;
+  if (length == 0) {
+    return send_packet("OK");
+  }
+
+  unsigned char *data = new unsigned char[length];
   for (unsigned int i = 0; i < length; i++) {
     if (iter == packet.end()) {
       return send_packet("E22");
     }
-    mmu->store_uint8(address + i, *iter);
+    uint8_t c = *iter;
     iter++;
+    if (c == '}') {
+      // The binary data representation uses 7d (ascii ‘}’) as an escape
+      // character. Any escaped byte is transmitted as the escape character
+      // followed by the original character XORed with 0x20. For example, the
+      // byte 0x7d would be transmitted as the two bytes 0x7d 0x5d. The bytes
+      // 0x23 (ascii ‘#’), 0x24 (ascii ‘$’), and 0x7d (ascii ‘}’) must always
+      // be escaped.
+      if (iter == packet.end()) {
+        return send_packet("E23");
+      }
+      c = (*iter) ^ 0x20;
+      iter++;
+    }
+    data[i] = c;
   }
   if (*iter != '#')
     return send_packet("E4b"); // EOVERFLOW
 
-  send_packet("OK");
+  add_operation(new collect_translation_info_op_t(*this, address, length));
+  add_operation(new memory_write_op_t(*this, address, length, data));
 }
 
 void gdbserver_t::handle_continue(const std::vector<uint8_t> &packet)
@@ -716,24 +1887,19 @@ void gdbserver_t::handle_continue(const std::vector<uint8_t> &packet)
   processor_t *p = sim->get_core(0);
   if (packet[2] != '#') {
     std::vector<uint8_t>::const_iterator iter = packet.begin() + 2;
-    die("handle_continue");
-    // p->state.pc = consume_hex_number(iter, packet.end());
+    dpc = consume_hex_number(iter, packet.end());
     if (*iter != '#')
       return send_packet("E30");
   }
 
-  write_debug_ram(0, csrci(DCSR_ADDRESS, DCSR_HALT_MASK));
-  write_debug_ram(1, jal(0, (uint32_t) (DEBUG_ROM_RESUME - (DEBUG_RAM_START + 1*5))));
-  set_interrupt(0);
-
-  // TODO p->set_halted(false, HR_NONE);
-  // TODO running = true;
+  add_operation(new maybe_restore_tselect_op_t(*this));
+  add_operation(new maybe_restore_mstatus_op_t(*this));
+  add_operation(new continue_op_t(*this, false));
 }
 
 void gdbserver_t::handle_step(const std::vector<uint8_t> &packet)
 {
   // s [addr]
-  processor_t *p = sim->get_core(0);
   if (packet[2] != '#') {
     std::vector<uint8_t>::const_iterator iter = packet.begin() + 2;
     die("handle_step");
@@ -742,8 +1908,8 @@ void gdbserver_t::handle_step(const std::vector<uint8_t> &packet)
       return send_packet("E40");
   }
 
-  // TODO: p->set_single_step(true);
-  // TODO running = true;
+  add_operation(new maybe_restore_tselect_op_t(*this));
+  add_operation(new continue_op_t(*this, true));
 }
 
 void gdbserver_t::handle_kill(const std::vector<uint8_t> &packet)
@@ -762,69 +1928,125 @@ void gdbserver_t::handle_extended(const std::vector<uint8_t> &packet)
   extended_mode = true;
 }
 
-void software_breakpoint_t::insert(mmu_t* mmu)
+void gdbserver_t::software_breakpoint_insert(reg_t vaddr, unsigned int size)
 {
+  fence_i_required = true;
+  add_operation(new collect_translation_info_op_t(*this, vaddr, size));
+  unsigned char* inst = new unsigned char[4];
   if (size == 2) {
-    instruction = mmu->load_uint16(address);
-    mmu->store_uint16(address, C_EBREAK);
+    inst[0] = MATCH_C_EBREAK & 0xff;
+    inst[1] = (MATCH_C_EBREAK >> 8) & 0xff;
   } else {
-    instruction = mmu->load_uint32(address);
-    mmu->store_uint32(address, EBREAK);
+    inst[0] = MATCH_EBREAK & 0xff;
+    inst[1] = (MATCH_EBREAK >> 8) & 0xff;
+    inst[2] = (MATCH_EBREAK >> 16) & 0xff;
+    inst[3] = (MATCH_EBREAK >> 24) & 0xff;
   }
-  fprintf(stderr, ">>> Read %x from %lx\n", instruction, address);
+
+  software_breakpoint_t bp = {
+    .vaddr = vaddr,
+    .size = size
+  };
+  software_breakpoints[vaddr] = bp;
+  add_operation(new memory_read_op_t(*this, bp.vaddr, bp.size,
+        software_breakpoints[bp.vaddr].instruction));
+  add_operation(new memory_write_op_t(*this, bp.vaddr, bp.size, inst));
 }
 
-void software_breakpoint_t::remove(mmu_t* mmu)
+void gdbserver_t::software_breakpoint_remove(reg_t vaddr, unsigned int size)
 {
-  fprintf(stderr, ">>> write %x to %lx\n", instruction, address);
-  if (size == 2) {
-    mmu->store_uint16(address, instruction);
-  } else {
-    mmu->store_uint32(address, instruction);
-  }
+  fence_i_required = true;
+  add_operation(new collect_translation_info_op_t(*this, vaddr, size));
+
+  software_breakpoint_t found_bp = software_breakpoints[vaddr];
+  unsigned char* instruction = new unsigned char[4];
+  memcpy(instruction, found_bp.instruction, 4);
+  add_operation(new memory_write_op_t(*this, found_bp.vaddr,
+        found_bp.size, instruction));
+  software_breakpoints.erase(vaddr);
+}
+
+void gdbserver_t::hardware_breakpoint_insert(const hardware_breakpoint_t &bp)
+{
+  add_operation(new maybe_save_tselect_op_t(*this));
+  add_operation(new hardware_breakpoint_insert_op_t(*this, bp));
+}
+
+void gdbserver_t::hardware_breakpoint_remove(const hardware_breakpoint_t &bp)
+{
+  add_operation(new maybe_save_tselect_op_t(*this));
+  hardware_breakpoint_t found = *hardware_breakpoints.find(bp);
+  add_operation(new hardware_breakpoint_remove_op_t(*this, found));
 }
 
 void gdbserver_t::handle_breakpoint(const std::vector<uint8_t> &packet)
 {
-  // insert: Z type,addr,kind
-  // remove: z type,addr,kind
+  // insert: Z type,addr,length
+  // remove: z type,addr,length
+
+  // type: 0 - software breakpoint, 1 - hardware breakpoint, 2 - write
+  // watchpoint, 3 - read watchpoint, 4 - access watchpoint; addr is address;
+  // length is in bytes. For a software breakpoint, length specifies the size
+  // of the instruction to be patched. For hardware breakpoints and watchpoints
+  // length specifies the memory region to be monitored. To avoid potential
+  // problems with duplicate packets, the operations should be implemented in
+  // an idempotent way.
 
-  software_breakpoint_t bp;
   bool insert = (packet[1] == 'Z');
   std::vector<uint8_t>::const_iterator iter = packet.begin() + 2;
-  int type = consume_hex_number(iter, packet.end());
+  gdb_breakpoint_type_t type = static_cast<gdb_breakpoint_type_t>(
+      consume_hex_number(iter, packet.end()));
   if (*iter != ',')
     return send_packet("E50");
   iter++;
-  bp.address = consume_hex_number(iter, packet.end());
+  reg_t address = consume_hex_number(iter, packet.end());
   if (*iter != ',')
     return send_packet("E51");
   iter++;
-  bp.size = consume_hex_number(iter, packet.end());
+  unsigned int size = consume_hex_number(iter, packet.end());
   // There may be more options after a ; here, but we don't support that.
   if (*iter != '#')
     return send_packet("E52");
 
-  if (bp.size != 2 && bp.size != 4) {
-    return send_packet("E53");
-  }
+  switch (type) {
+    case GB_SOFTWARE:
+      if (size != 2 && size != 4) {
+        return send_packet("E53");
+      }
+      if (insert) {
+        software_breakpoint_insert(address, size);
+      } else {
+        software_breakpoint_remove(address, size);
+      }
+      break;
 
-  processor_t *p = sim->get_core(0);
-  die("handle_breakpoint");
-  /*
-  mmu_t* mmu = p->mmu;
-  if (insert) {
-    bp.insert(mmu);
-    breakpoints[bp.address] = bp;
+    case GB_HARDWARE:
+    case GB_WRITE:
+    case GB_READ:
+    case GB_ACCESS:
+      {
+        hardware_breakpoint_t bp = {
+          .vaddr = address,
+          .size = size
+        };
+        bp.load = (type == GB_READ || type == GB_ACCESS);
+        bp.store = (type == GB_WRITE || type == GB_ACCESS);
+        bp.execute = (type == GB_HARDWARE || type == GB_ACCESS);
+        if (insert) {
+          hardware_breakpoint_insert(bp);
+          // Insert might fail if there's no space, so the insert operation will
+          // send its own OK (or not).
+          return;
+        } else {
+          hardware_breakpoint_remove(bp);
+        }
+      }
+      break;
 
-  } else {
-    bp = breakpoints[bp.address];
-    bp.remove(mmu);
-    breakpoints.erase(bp.address);
+    default:
+      return send_packet("E56");
   }
-  mmu->flush_icache();
-  sim->debug_mmu->flush_icache();
-  */
+
   return send_packet("OK");
 }
 
@@ -847,10 +2069,11 @@ void gdbserver_t::handle_query(const std::vector<uint8_t> &packet)
         send("swbreak+;");
       }
     }
+    send("PacketSize=131072;");
     return end_packet();
   }
 
-  fprintf(stderr, "Unsupported query %s\n", name.c_str());
+  D(fprintf(stderr, "Unsupported query %s\n", name.c_str()));
   return send_packet("");
 }
 
@@ -864,8 +2087,8 @@ void gdbserver_t::handle_packet(const std::vector<uint8_t> &packet)
     return;
   }
 
-  fprintf(stderr, "Received %ld-byte packet from debug client: ", packet.size());
-  print_packet(packet);
+  D(fprintf(stderr, "Received %ld-byte packet from debug client: ", packet.size()));
+  D(print_packet(packet));
   send("+");
 
   switch (packet[1]) {
@@ -875,8 +2098,8 @@ void gdbserver_t::handle_packet(const std::vector<uint8_t> &packet)
       return handle_halt_reason(packet);
     case 'g':
       return handle_general_registers_read(packet);
-    case 'k':
-      return handle_kill(packet);
+//    case 'k':
+//      return handle_kill(packet);
     case 'm':
       return handle_memory_read(packet);
 //    case 'M':
@@ -900,17 +2123,15 @@ void gdbserver_t::handle_packet(const std::vector<uint8_t> &packet)
   }
 
   // Not supported.
-  fprintf(stderr, "** Unsupported packet: ");
-  print_packet(packet);
+  D(fprintf(stderr, "** Unsupported packet: "));
+  D(print_packet(packet));
   send_packet("");
 }
 
 void gdbserver_t::handle_interrupt()
 {
   processor_t *p = sim->get_core(0);
-  // TODO p->set_halted(true, HR_INTERRUPT);
-  send_packet("S02");   // Pretend program received SIGINT.
-  // TODO running = false;
+  add_operation(new halt_op_t(*this, true));
 }
 
 void gdbserver_t::handle()
@@ -920,48 +2141,19 @@ void gdbserver_t::handle()
 
     bool interrupt = sim->debug_module.get_interrupt(0);
 
-    if (!interrupt) {
-      if (operation && operation->step()) {
+    if (!interrupt && !operation_queue.empty()) {
+      operation_t *operation = operation_queue.front();
+      if (operation->step()) {
+        operation_queue.pop();
         delete operation;
-        set_operation(NULL);
       }
-
-      /*
-      switch (state) {
-        case STATE_HALTING:
-          // gdb requested a halt and now it's done.
-          send_packet("T05");
-          fprintf(stderr, "DPC: 0x%x\n", read_debug_ram(0));
-          fprintf(stderr, "DCSR: 0x%x\n", read_debug_ram(2));
-          state = STATE_HALTED;
-          break;
-      }
-      */
     }
 
-    /* TODO
-    if (running && p->halted) {
-      // The core was running, but now it's halted. Better tell gdb.
-      switch (p->halt_reason) {
-        case HR_NONE:
-          fprintf(stderr, "Internal error. Processor halted without reason.\n");
-          abort();
-        case HR_STEPPED:
-        case HR_INTERRUPT:
-        case HR_CMDLINE:
-        case HR_ATTACHED:
-          // There's no gdb code for this.
-          send_packet("T05");
-          break;
-        case HR_SWBP:
-          send_packet("T05swbreak:;");
-          break;
-      }
-      send_packet("T00");
-      // TODO: Actually include register values here
-      running = false;
+    bool halt_notification = sim->debug_module.get_halt_notification(0);
+    if (halt_notification) {
+      sim->debug_module.clear_halt_notification(0);
+      add_operation(new halt_op_t(*this, true));
     }
-      */
 
     this->read();
     this->write();
@@ -970,7 +2162,7 @@ void gdbserver_t::handle()
     this->accept();
   }
 
-  if (!operation) {
+  if (operation_queue.empty()) {
     this->process_requests();
   }
 }
@@ -1003,6 +2195,13 @@ void gdbserver_t::send(uint32_t value)
   }
 }
 
+void gdbserver_t::send(uint8_t value)
+{
+  char buffer[3];
+  sprintf(buffer, "%02x", (int) value);
+  send(buffer);
+}
+
 void gdbserver_t::send_packet(const char* data)
 {
   start_packet();