mem-cache: Add multiple eviction stats
[gem5.git] / src / arch / arm / tlb.hh
index 0be569fecc0aecf7904162c98d225e8ce85087fe..ea78a21b5dcceb0c6ce16fd1d9b8cdf1a4baf9bf 100644 (file)
@@ -1,5 +1,5 @@
 /*
- * Copyright (c) 2010-2013 ARM Limited
+ * Copyright (c) 2010-2013, 2016, 2019 ARM Limited
  * All rights reserved
  *
  * The license below extends only to copyright in the software and shall
@@ -50,7 +50,6 @@
 #include "arch/arm/vtophys.hh"
 #include "arch/generic/tlb.hh"
 #include "base/statistics.hh"
-#include "dev/dma_device.hh"
 #include "mem/request.hh"
 #include "params/ArmTLB.hh"
 #include "sim/probe/pmu.hh"
@@ -62,6 +61,43 @@ namespace ArmISA {
 class TableWalker;
 class Stage2LookUp;
 class Stage2MMU;
+class TLB;
+
+class TlbTestInterface
+{
+  public:
+    TlbTestInterface() {}
+    virtual ~TlbTestInterface() {}
+
+    /**
+     * Check if a TLB translation should be forced to fail.
+     *
+     * @param req Request requiring a translation.
+     * @param is_priv Access from a privileged mode (i.e., not EL0)
+     * @param mode Access type
+     * @param domain Domain type
+     */
+    virtual Fault translationCheck(const RequestPtr &req, bool is_priv,
+                                   BaseTLB::Mode mode,
+                                   TlbEntry::DomainType domain) = 0;
+
+    /**
+     * Check if a page table walker access should be forced to fail.
+     *
+     * @param pa Physical address the walker is accessing
+     * @param size Walker access size
+     * @param va Virtual address that initiated the walk
+     * @param is_secure Access from secure state
+     * @param is_priv Access from a privileged mode (i.e., not EL0)
+     * @param mode Access type
+     * @param domain Domain type
+     * @param lookup_level Page table walker level
+     */
+    virtual Fault walkCheck(Addr pa, Addr size, Addr va, bool is_secure,
+                            Addr is_priv, BaseTLB::Mode mode,
+                            TlbEntry::DomainType domain,
+                            LookupLevel lookup_level) = 0;
+};
 
 class TLB : public BaseTLB
 {
@@ -91,13 +127,35 @@ class TLB : public BaseTLB
         HypMode = 0x2,
         // Secure code operating as if it wasn't (required by some Address
         // Translate operations)
-        S1S2NsTran = 0x4
+        S1S2NsTran = 0x4,
+        // Address translation instructions (eg AT S1E0R_Xt) need to be handled
+        // in special ways during translation because they could need to act
+        // like a different EL than the current EL. The following flags are
+        // for these instructions
+        S1E0Tran = 0x8,
+        S1E1Tran = 0x10,
+        S1E2Tran = 0x20,
+        S1E3Tran = 0x40,
+        S12E0Tran = 0x80,
+        S12E1Tran = 0x100
     };
+
+    /**
+     * Determine the EL to use for the purpose of a translation given
+     * a specific translation type. If the translation type doesn't
+     * specify an EL, we use the current EL.
+     */
+    static ExceptionLevel tranTypeEL(CPSR cpsr, ArmTranslationType type);
+
   protected:
     TlbEntry* table;     // the Page Table
     int size;            // TLB Size
     bool isStage2;       // Indicates this TLB is part of the second stage MMU
     bool stage2Req;      // Indicates whether a stage 2 lookup is also required
+    // Indicates whether a stage 2 lookup of the table descriptors is required.
+    // Certain address translation instructions will intercept the IPA but the
+    // table descriptors still need to be translated by the stage2.
+    bool stage2DescReq;
     uint64_t _attr;      // Memory attributes for last accessed TLB entry
     bool directToStage2; // Indicates whether all translation requests should
                          // be routed directly to the stage 2 TLB
@@ -106,6 +164,8 @@ class TLB : public BaseTLB
     TLB *stage2Tlb;
     Stage2MMU *stage2Mmu;
 
+    TlbTestInterface *test;
+
     // Access Stats
     mutable Stats::Scalar instHits;
     mutable Stats::Scalar instMisses;
@@ -136,8 +196,6 @@ class TLB : public BaseTLB
 
     int rangeMRU; //On lookup, only move entries ahead when outside rangeMRU
 
-    bool bootUncacheability;
-
   public:
     TLB(const ArmTLBParams *p);
     TLB(const Params *p, int _size, TableWalker *_walker);
@@ -154,54 +212,61 @@ class TLB : public BaseTLB
      */
     TlbEntry *lookup(Addr vpn, uint16_t asn, uint8_t vmid, bool hyp,
                      bool secure, bool functional,
-                     bool ignore_asn, uint8_t target_el);
+                     bool ignore_asn, ExceptionLevel target_el);
 
     virtual ~TLB();
 
-    void takeOverFrom(BaseTLB *otlb);
+    void takeOverFrom(BaseTLB *otlb) override;
 
     /// setup all the back pointers
-    virtual void init();
+    void init() override;
+
+    void setTestInterface(SimObject *ti);
 
-    void setMMU(Stage2MMU *m);
+    TableWalker *getTableWalker() { return tableWalker; }
+
+    void setMMU(Stage2MMU *m, MasterID master_id);
 
     int getsize() const { return size; }
 
     void insert(Addr vaddr, TlbEntry &pte);
 
-    Fault getTE(TlbEntry **te, RequestPtr req, ThreadContext *tc, Mode mode,
+    Fault getTE(TlbEntry **te, const RequestPtr &req,
+                ThreadContext *tc, Mode mode,
                 Translation *translation, bool timing, bool functional,
                 bool is_secure, ArmTranslationType tranType);
 
-    Fault getResultTe(TlbEntry **te, RequestPtr req, ThreadContext *tc,
-                      Mode mode, Translation *translation, bool timing,
+    Fault getResultTe(TlbEntry **te, const RequestPtr &req,
+                      ThreadContext *tc, Mode mode,
+                      Translation *translation, bool timing,
                       bool functional, TlbEntry *mergeTe);
 
-    Fault checkPermissions(TlbEntry *te, RequestPtr req, Mode mode);
-    Fault checkPermissions64(TlbEntry *te, RequestPtr req, Mode mode,
+    Fault checkPermissions(TlbEntry *te, const RequestPtr &req, Mode mode);
+    Fault checkPermissions64(TlbEntry *te, const RequestPtr &req, Mode mode,
                              ThreadContext *tc);
+    bool checkPAN(ThreadContext *tc, uint8_t ap, const RequestPtr &req,
+                  Mode mode);
 
 
     /** Reset the entire TLB
      * @param secure_lookup if the operation affects the secure world
      */
-    void flushAllSecurity(bool secure_lookup, uint8_t target_el,
+    void flushAllSecurity(bool secure_lookup, ExceptionLevel target_el,
                           bool ignore_el = false);
 
     /** Remove all entries in the non secure world, depending on whether they
      *  were allocated in hyp mode or not
-     * @param hyp if the opperation affects hyp mode
      */
-    void flushAllNs(bool hyp, uint8_t target_el, bool ignore_el = false);
+    void flushAllNs(ExceptionLevel target_el, bool ignore_el = false);
 
 
     /** Reset the entire TLB. Used for CPU switching to prevent stale
      * translations after multiple switches
      */
-    void flushAll()
+    void flushAll() override
     {
-        flushAllSecurity(false, 0, true);
-        flushAllSecurity(true, 0, true);
+        flushAllSecurity(false, EL0, true);
+        flushAllSecurity(true, EL0, true);
     }
 
     /** Remove any entries that match both a va and asn
@@ -210,36 +275,45 @@ class TLB : public BaseTLB
      * @param secure_lookup if the operation affects the secure world
      */
     void flushMvaAsid(Addr mva, uint64_t asn, bool secure_lookup,
-                      uint8_t target_el);
+                      ExceptionLevel target_el);
 
     /** Remove any entries that match the asn
      * @param asn contextid/asn to flush on match
      * @param secure_lookup if the operation affects the secure world
      */
-    void flushAsid(uint64_t asn, bool secure_lookup, uint8_t target_el);
+    void flushAsid(uint64_t asn, bool secure_lookup,
+                   ExceptionLevel target_el);
 
     /** Remove all entries that match the va regardless of asn
      * @param mva address to flush from cache
      * @param secure_lookup if the operation affects the secure world
-     * @param hyp if the operation affects hyp mode
      */
-    void flushMva(Addr mva, bool secure_lookup, bool hyp, uint8_t target_el);
+    void flushMva(Addr mva, bool secure_lookup, ExceptionLevel target_el);
+
+    /**
+     * Invalidate all entries in the stage 2 TLB that match the given ipa
+     * and the current VMID
+     * @param ipa the address to invalidate
+     * @param secure_lookup if the operation affects the secure world
+     */
+    void flushIpaVmid(Addr ipa, bool secure_lookup, ExceptionLevel target_el);
 
-    Fault trickBoxCheck(RequestPtr req, Mode mode, TlbEntry::DomainType domain);
-    Fault walkTrickBoxCheck(Addr pa, bool is_secure, Addr va, Addr sz, bool is_exec,
-            bool is_write, TlbEntry::DomainType domain, LookupLevel lookup_level);
+    Fault trickBoxCheck(const RequestPtr &req, Mode mode,
+                        TlbEntry::DomainType domain);
+
+    Fault walkTrickBoxCheck(Addr pa, bool is_secure, Addr va, Addr sz,
+                            bool is_exec, bool is_write,
+                            TlbEntry::DomainType domain,
+                            LookupLevel lookup_level);
 
     void printTlb() const;
 
-    void allCpusCaching() { bootUncacheability = true; }
-    void demapPage(Addr vaddr, uint64_t asn)
+    void demapPage(Addr vaddr, uint64_t asn) override
     {
         // needed for x86 only
         panic("demapPage() is not implemented.\n");
     }
 
-    static bool validVirtualAddress(Addr vaddr);
-
     /**
      * Do a functional lookup on the TLB (for debugging)
      * and don't modify any internal state
@@ -254,8 +328,14 @@ class TLB : public BaseTLB
      * Do a functional lookup on the TLB (for checker cpu) that
      * behaves like a normal lookup without modifying any page table state.
      */
-    Fault translateFunctional(RequestPtr req, ThreadContext *tc, Mode mode,
-            ArmTranslationType tranType = NormalTran);
+    Fault translateFunctional(const RequestPtr &req, ThreadContext *tc,
+            Mode mode, ArmTranslationType tranType);
+    Fault
+    translateFunctional(const RequestPtr &req,
+                        ThreadContext *tc, Mode mode) override
+    {
+        return translateFunctional(req, tc, mode, NormalTran);
+    }
 
     /** Accessor functions for memory attributes for last accessed TLB entry
      */
@@ -271,33 +351,48 @@ class TLB : public BaseTLB
         return _attr;
     }
 
-    Fault translateFs(RequestPtr req, ThreadContext *tc, Mode mode,
+    Fault translateFs(const RequestPtr &req, ThreadContext *tc, Mode mode,
             Translation *translation, bool &delay,
             bool timing, ArmTranslationType tranType, bool functional = false);
-    Fault translateSe(RequestPtr req, ThreadContext *tc, Mode mode,
+    Fault translateSe(const RequestPtr &req, ThreadContext *tc, Mode mode,
             Translation *translation, bool &delay, bool timing);
-    Fault translateAtomic(RequestPtr req, ThreadContext *tc, Mode mode,
-            ArmTranslationType tranType = NormalTran);
-    Fault translateTiming(RequestPtr req, ThreadContext *tc,
+    Fault translateAtomic(const RequestPtr &req, ThreadContext *tc, Mode mode,
+            ArmTranslationType tranType);
+    Fault
+    translateAtomic(const RequestPtr &req,
+                    ThreadContext *tc, Mode mode) override
+    {
+        return translateAtomic(req, tc, mode, NormalTran);
+    }
+    void translateTiming(
+            const RequestPtr &req, ThreadContext *tc,
             Translation *translation, Mode mode,
-            ArmTranslationType tranType = NormalTran);
-    Fault translateComplete(RequestPtr req, ThreadContext *tc,
+            ArmTranslationType tranType);
+    void
+    translateTiming(const RequestPtr &req, ThreadContext *tc,
+                    Translation *translation, Mode mode) override
+    {
+        translateTiming(req, tc, translation, mode, NormalTran);
+    }
+    Fault translateComplete(const RequestPtr &req, ThreadContext *tc,
             Translation *translation, Mode mode, ArmTranslationType tranType,
             bool callFromS2);
-    Fault finalizePhysical(RequestPtr req, ThreadContext *tc, Mode mode) const;
+    Fault finalizePhysical(
+            const RequestPtr &req,
+            ThreadContext *tc, Mode mode) const override;
 
-    void drainResume();
+    void drainResume() override;
 
     // Checkpointing
-    void serialize(std::ostream &os);
-    void unserialize(Checkpoint *cp, const std::string &section);
+    void serialize(CheckpointOut &cp) const override;
+    void unserialize(CheckpointIn &cp) override;
 
-    void regStats();
+    void regStats() override;
 
-    void regProbePoints() M5_ATTR_OVERRIDE;
+    void regProbePoints() override;
 
     /**
-     * Get the table walker master port. This is used for migrating
+     * Get the table walker port. This is used for migrating
      * port connections during a CPU takeOverFrom() call. For
      * architectures that do not have a table walker, NULL is
      * returned, hence the use of a pointer rather than a
@@ -306,22 +401,14 @@ class TLB : public BaseTLB
      *
      * @return A pointer to the walker master port
      */
-    virtual BaseMasterPort* getMasterPort();
-
-    /**
-     * Allow the MMU (overseeing both stage 1 and stage 2 TLBs) to
-     * access the table walker port of this TLB so that it can
-     * orchestrate staged translations.
-     *
-     * @return The table walker DMA port
-     */
-    DmaPort& getWalkerPort();
+    Port *getTableWalkerPort() override;
 
     // Caching misc register values here.
     // Writing to misc registers needs to invalidate them.
     // translateFunctional/translateSe/translateFs checks if they are
     // invalid and call updateMiscReg if necessary.
 protected:
+    CPSR cpsr;
     bool aarch64;
     ExceptionLevel aarch64EL;
     SCTLR sctlr;
@@ -337,6 +424,7 @@ protected:
     HCR hcr;
     uint32_t dacr;
     bool miscRegValid;
+    ContextID miscRegContext;
     ArmTranslationType curTranType;
 
     // Cached copies of system-level properties
@@ -344,6 +432,8 @@ protected:
     bool haveVirtualization;
     bool haveLargeAsid64;
 
+    AddrRange m5opRange;
+
     void updateMiscReg(ThreadContext *tc,
                        ArmTranslationType tranType = NormalTran);
 
@@ -360,15 +450,37 @@ private:
      * @param mva virtual address to flush
      * @param asn contextid/asn to flush on match
      * @param secure_lookup if the operation affects the secure world
-     * @param hyp if the operation affects hyp mode
      * @param ignore_asn if the flush should ignore the asn
      */
     void _flushMva(Addr mva, uint64_t asn, bool secure_lookup,
-                   bool hyp, bool ignore_asn, uint8_t target_el);
-
-    bool checkELMatch(uint8_t target_el, uint8_t tentry_el, bool ignore_el);
+                   bool ignore_asn, ExceptionLevel target_el);
+
+  public: /* Testing */
+    Fault testTranslation(const RequestPtr &req, Mode mode,
+                          TlbEntry::DomainType domain);
+    Fault testWalk(Addr pa, Addr size, Addr va, bool is_secure, Mode mode,
+                   TlbEntry::DomainType domain,
+                   LookupLevel lookup_level);
 };
 
+template<typename T>
+TLB *
+getITBPtr(T *tc)
+{
+    auto tlb = static_cast<TLB *>(tc->getITBPtr());
+    assert(tlb);
+    return tlb;
+}
+
+template<typename T>
+TLB *
+getDTBPtr(T *tc)
+{
+    auto tlb = static_cast<TLB *>(tc->getDTBPtr());
+    assert(tlb);
+    return tlb;
+}
+
 } // namespace ArmISA
 
 #endif // __ARCH_ARM_TLB_HH__