mem-cache: Add multiple eviction stats
[gem5.git] / src / arch / x86 / system.cc
index 0b770fc83c674585c78f8762b72feebf5d14867b..096f10f5e2153273ca122aa6e679e91198f2cb5d 100644 (file)
@@ -1,44 +1,27 @@
 /*
  * Copyright (c) 2007 The Hewlett-Packard Development Company
+ * Copyright (c) 2018 TU Dresden
  * All rights reserved.
  *
- * Redistribution and use of this software in source and binary forms,
- * with or without modification, are permitted provided that the
- * following conditions are met:
+ * The license below extends only to copyright in the software and shall
+ * not be construed as granting a license to any other intellectual
+ * property including but not limited to intellectual property relating
+ * to a hardware implementation of the functionality of the software
+ * licensed hereunder.  You may use the software subject to the license
+ * terms below provided that you ensure that this notice is replicated
+ * unmodified and in its entirety in all distributions of the software,
+ * modified or unmodified, in source code or in binary form.
  *
- * The software must be used only for Non-Commercial Use which means any
- * use which is NOT directed to receiving any direct monetary
- * compensation for, or commercial advantage from such use.  Illustrative
- * examples of non-commercial use are academic research, personal study,
- * teaching, education and corporate research & development.
- * Illustrative examples of commercial use are distributing products for
- * commercial advantage and providing services using the software for
- * commercial advantage.
- *
- * If you wish to use this software or functionality therein that may be
- * covered by patents for commercial use, please contact:
- *     Director of Intellectual Property Licensing
- *     Office of Strategy and Technology
- *     Hewlett-Packard Company
- *     1501 Page Mill Road
- *     Palo Alto, California  94304
- *
- * Redistributions of source code must retain the above copyright notice,
- * this list of conditions and the following disclaimer.  Redistributions
- * in binary form must reproduce the above copyright notice, this list of
- * conditions and the following disclaimer in the documentation and/or
- * other materials provided with the distribution.  Neither the name of
- * the COPYRIGHT HOLDER(s), HEWLETT-PACKARD COMPANY, nor the names of its
+ * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
+ * modification, are permitted provided that the following conditions are
+ * met: redistributions of source code must retain the above copyright
+ * notice, this list of conditions and the following disclaimer;
+ * redistributions in binary form must reproduce the above copyright
+ * notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
+ * documentation and/or other materials provided with the distribution;
+ * neither the name of the copyright holders nor the names of its
  * contributors may be used to endorse or promote products derived from
- * this software without specific prior written permission.  No right of
- * sublicense is granted herewith.  Derivatives of the software and
- * output created using the software may be prepared, but only for
- * Non-Commercial Uses.  Derivatives of the software may be shared with
- * others provided: (i) the others agree to abide by the list of
- * conditions herein which includes the Non-Commercial Use restrictions;
- * and (ii) such Derivatives of the software include the above copyright
- * notice to acknowledge the contribution from this software where
- * applicable, this list of conditions and the disclaimer below.
+ * this software without specific prior written permission.
  *
  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  * "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  * OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  *
  * Authors: Gabe Black
+ *          Maximilian Stein
  */
 
 #include "arch/x86/system.hh"
-#include "arch/vtophys.hh"
-#include "base/remote_gdb.hh"
+
+#include "arch/x86/bios/intelmp.hh"
+#include "arch/x86/bios/smbios.hh"
+#include "arch/x86/isa_traits.hh"
 #include "base/loader/object_file.hh"
-#include "base/loader/symtab.hh"
-#include "base/trace.hh"
-#include "mem/physical.hh"
+#include "cpu/thread_context.hh"
 #include "params/X86System.hh"
-#include "sim/byteswap.hh"
-
 
-using namespace BigEndianGuest;
+using namespace X86ISA;
 
-X86System::X86System(Params *p)
-    : System(p)
+X86System::X86System(Params *p) :
+    System(p), smbiosTable(p->smbios_table),
+    mpFloatingPointer(p->intel_mp_pointer),
+    mpConfigTable(p->intel_mp_table),
+    rsdp(p->acpi_description_table_pointer)
 {
 }
 
-X86System::~X86System()
+void
+X86ISA::installSegDesc(ThreadContext *tc, SegmentRegIndex seg,
+        SegDescriptor desc, bool longmode)
 {
+    bool honorBase = !longmode || seg == SEGMENT_REG_FS ||
+                                  seg == SEGMENT_REG_GS ||
+                                  seg == SEGMENT_REG_TSL ||
+                                  seg == SYS_SEGMENT_REG_TR;
+
+    SegAttr attr = 0;
+
+    attr.dpl = desc.dpl;
+    attr.unusable = 0;
+    attr.defaultSize = desc.d;
+    attr.longMode = desc.l;
+    attr.avl = desc.avl;
+    attr.granularity = desc.g;
+    attr.present = desc.p;
+    attr.system = desc.s;
+    attr.type = desc.type;
+    if (desc.s) {
+        if (desc.type.codeOrData) {
+            // Code segment
+            attr.expandDown = 0;
+            attr.readable = desc.type.r;
+            attr.writable = 0;
+        } else {
+            // Data segment
+            attr.expandDown = desc.type.e;
+            attr.readable = 1;
+            attr.writable = desc.type.w;
+        }
+    } else {
+        attr.readable = 1;
+        attr.writable = 1;
+        attr.expandDown = 0;
+    }
+
+    tc->setMiscReg(MISCREG_SEG_BASE(seg), desc.base);
+    tc->setMiscReg(MISCREG_SEG_EFF_BASE(seg), honorBase ? desc.base : 0);
+    tc->setMiscReg(MISCREG_SEG_LIMIT(seg), desc.limit);
+    tc->setMiscReg(MISCREG_SEG_ATTR(seg), (RegVal)attr);
 }
 
 void
-X86System::serialize(std::ostream &os)
+X86System::initState()
 {
-    System::serialize(os);
+    System::initState();
+
+    if (!kernel)
+        fatal("No kernel to load.\n");
+
+    if (kernel->getArch() == ObjectFile::I386)
+        fatal("Loading a 32 bit x86 kernel is not supported.\n");
+
+    ThreadContext *tc = threadContexts[0];
+    // This is the boot strap processor (BSP). Initialize it to look like
+    // the boot loader has just turned control over to the 64 bit OS. We
+    // won't actually set up real mode or legacy protected mode descriptor
+    // tables because we aren't executing any code that would require
+    // them. We do, however toggle the control bits in the correct order
+    // while allowing consistency checks and the underlying mechansims
+    // just to be safe.
+
+    const int NumPDTs = 4;
+
+    const Addr PageMapLevel4 = 0x70000;
+    const Addr PageDirPtrTable = 0x71000;
+    const Addr PageDirTable[NumPDTs] =
+        {0x72000, 0x73000, 0x74000, 0x75000};
+    const Addr GDTBase = 0x76000;
+
+    const int PML4Bits = 9;
+    const int PDPTBits = 9;
+    const int PDTBits = 9;
+
+    /*
+     * Set up the gdt.
+     */
+    uint8_t numGDTEntries = 0;
+    // Place holder at selector 0
+    uint64_t nullDescriptor = 0;
+    physProxy.writeBlob(GDTBase + numGDTEntries * 8, &nullDescriptor, 8);
+    numGDTEntries++;
+
+    SegDescriptor initDesc = 0;
+    initDesc.type.codeOrData = 0; // code or data type
+    initDesc.type.c = 0;          // conforming
+    initDesc.type.r = 1;          // readable
+    initDesc.dpl = 0;             // privilege
+    initDesc.p = 1;               // present
+    initDesc.l = 1;               // longmode - 64 bit
+    initDesc.d = 0;               // operand size
+    initDesc.g = 1;               // granularity
+    initDesc.s = 1;               // system segment
+    initDesc.limit = 0xFFFFFFFF;
+    initDesc.base = 0;
+
+    // 64 bit code segment
+    SegDescriptor csDesc = initDesc;
+    csDesc.type.codeOrData = 1;
+    csDesc.dpl = 0;
+    // Because we're dealing with a pointer and I don't think it's
+    // guaranteed that there isn't anything in a nonvirtual class between
+    // it's beginning in memory and it's actual data, we'll use an
+    // intermediary.
+    uint64_t csDescVal = csDesc;
+    physProxy.writeBlob(GDTBase + numGDTEntries * 8, (&csDescVal), 8);
+
+    numGDTEntries++;
+
+    SegSelector cs = 0;
+    cs.si = numGDTEntries - 1;
+
+    tc->setMiscReg(MISCREG_CS, (RegVal)cs);
+
+    // 32 bit data segment
+    SegDescriptor dsDesc = initDesc;
+    uint64_t dsDescVal = dsDesc;
+    physProxy.writeBlob(GDTBase + numGDTEntries * 8, (&dsDescVal), 8);
+
+    numGDTEntries++;
+
+    SegSelector ds = 0;
+    ds.si = numGDTEntries - 1;
+
+    tc->setMiscReg(MISCREG_DS, (RegVal)ds);
+    tc->setMiscReg(MISCREG_ES, (RegVal)ds);
+    tc->setMiscReg(MISCREG_FS, (RegVal)ds);
+    tc->setMiscReg(MISCREG_GS, (RegVal)ds);
+    tc->setMiscReg(MISCREG_SS, (RegVal)ds);
+
+    tc->setMiscReg(MISCREG_TSL, 0);
+    tc->setMiscReg(MISCREG_TSG_BASE, GDTBase);
+    tc->setMiscReg(MISCREG_TSG_LIMIT, 8 * numGDTEntries - 1);
+
+    SegDescriptor tssDesc = initDesc;
+    uint64_t tssDescVal = tssDesc;
+    physProxy.writeBlob(GDTBase + numGDTEntries * 8, (&tssDescVal), 8);
+
+    numGDTEntries++;
+
+    SegSelector tss = 0;
+    tss.si = numGDTEntries - 1;
+
+    tc->setMiscReg(MISCREG_TR, (RegVal)tss);
+    installSegDesc(tc, SYS_SEGMENT_REG_TR, tssDesc, true);
+
+    /*
+     * Identity map the first 4GB of memory. In order to map this region
+     * of memory in long mode, there needs to be one actual page map level
+     * 4 entry which points to one page directory pointer table which
+     * points to 4 different page directory tables which are full of two
+     * megabyte pages. All of the other entries in valid tables are set
+     * to indicate that they don't pertain to anything valid and will
+     * cause a fault if used.
+     */
+
+    // Put valid values in all of the various table entries which indicate
+    // that those entries don't point to further tables or pages. Then
+    // set the values of those entries which are needed.
+
+    // Page Map Level 4
+
+    // read/write, user, not present
+    uint64_t pml4e = htole<uint64_t>(0x6);
+    for (int offset = 0; offset < (1 << PML4Bits) * 8; offset += 8) {
+        physProxy.writeBlob(PageMapLevel4 + offset, (&pml4e), 8);
+    }
+    // Point to the only PDPT
+    pml4e = htole<uint64_t>(0x7 | PageDirPtrTable);
+    physProxy.writeBlob(PageMapLevel4, (&pml4e), 8);
+
+    // Page Directory Pointer Table
+
+    // read/write, user, not present
+    uint64_t pdpe = htole<uint64_t>(0x6);
+    for (int offset = 0; offset < (1 << PDPTBits) * 8; offset += 8)
+        physProxy.writeBlob(PageDirPtrTable + offset, &pdpe, 8);
+    // Point to the PDTs
+    for (int table = 0; table < NumPDTs; table++) {
+        pdpe = htole<uint64_t>(0x7 | PageDirTable[table]);
+        physProxy.writeBlob(PageDirPtrTable + table * 8, &pdpe, 8);
+    }
+
+    // Page Directory Tables
+
+    Addr base = 0;
+    const Addr pageSize = 2 << 20;
+    for (int table = 0; table < NumPDTs; table++) {
+        for (int offset = 0; offset < (1 << PDTBits) * 8; offset += 8) {
+            // read/write, user, present, 4MB
+            uint64_t pdte = htole(0x87 | base);
+            physProxy.writeBlob(PageDirTable[table] + offset, &pdte, 8);
+            base += pageSize;
+        }
+    }
+
+    /*
+     * Transition from real mode all the way up to Long mode
+     */
+    CR0 cr0 = tc->readMiscRegNoEffect(MISCREG_CR0);
+    // Turn off paging.
+    cr0.pg = 0;
+    tc->setMiscReg(MISCREG_CR0, cr0);
+    // Turn on protected mode.
+    cr0.pe = 1;
+    tc->setMiscReg(MISCREG_CR0, cr0);
+
+    CR4 cr4 = tc->readMiscRegNoEffect(MISCREG_CR4);
+    // Turn on pae.
+    cr4.pae = 1;
+    tc->setMiscReg(MISCREG_CR4, cr4);
+
+    // Point to the page tables.
+    tc->setMiscReg(MISCREG_CR3, PageMapLevel4);
+
+    Efer efer = tc->readMiscRegNoEffect(MISCREG_EFER);
+    // Enable long mode.
+    efer.lme = 1;
+    tc->setMiscReg(MISCREG_EFER, efer);
+
+    // Start using longmode segments.
+    installSegDesc(tc, SEGMENT_REG_CS, csDesc, true);
+    installSegDesc(tc, SEGMENT_REG_DS, dsDesc, true);
+    installSegDesc(tc, SEGMENT_REG_ES, dsDesc, true);
+    installSegDesc(tc, SEGMENT_REG_FS, dsDesc, true);
+    installSegDesc(tc, SEGMENT_REG_GS, dsDesc, true);
+    installSegDesc(tc, SEGMENT_REG_SS, dsDesc, true);
+
+    // Activate long mode.
+    cr0.pg = 1;
+    tc->setMiscReg(MISCREG_CR0, cr0);
+
+    tc->pcState(tc->getSystemPtr()->kernelEntry);
+
+    // We should now be in long mode. Yay!
+
+    Addr ebdaPos = 0xF0000;
+    Addr fixed, table;
+
+    // Write out the SMBios/DMI table.
+    writeOutSMBiosTable(ebdaPos, fixed, table);
+    ebdaPos += (fixed + table);
+    ebdaPos = roundUp(ebdaPos, 16);
+
+    // Write out the Intel MP Specification configuration table.
+    writeOutMPTable(ebdaPos, fixed, table);
+    ebdaPos += (fixed + table);
 }
 
+void
+X86System::writeOutSMBiosTable(Addr header,
+        Addr &headerSize, Addr &structSize, Addr table)
+{
+    // If the table location isn't specified, just put it after the header.
+    // The header size as of the 2.5 SMBios specification is 0x1F bytes.
+    if (!table)
+        table = header + 0x1F;
+    smbiosTable->setTableAddr(table);
+
+    smbiosTable->writeOut(physProxy, header, headerSize, structSize);
+
+    // Do some bounds checking to make sure we at least didn't step on
+    // ourselves.
+    assert(header > table || header + headerSize <= table);
+    assert(table > header || table + structSize <= header);
+}
 
 void
-X86System::unserialize(Checkpoint *cp, const std::string &section)
+X86System::writeOutMPTable(Addr fp,
+        Addr &fpSize, Addr &tableSize, Addr table)
+{
+    // If the table location isn't specified and it exists, just put
+    // it after the floating pointer. The fp size as of the 1.4 Intel MP
+    // specification is 0x10 bytes.
+    if (mpConfigTable) {
+        if (!table)
+            table = fp + 0x10;
+        mpFloatingPointer->setTableAddr(table);
+    }
+
+    fpSize = mpFloatingPointer->writeOut(physProxy, fp);
+    if (mpConfigTable)
+        tableSize = mpConfigTable->writeOut(physProxy, table);
+    else
+        tableSize = 0;
+
+    // Do some bounds checking to make sure we at least didn't step on
+    // ourselves and the fp structure was the size we thought it was.
+    assert(fp > table || fp + fpSize <= table);
+    assert(table > fp || table + tableSize <= fp);
+    assert(fpSize == 0x10);
+}
+
+
+X86System::~X86System()
 {
-    System::unserialize(cp,section);
+    delete smbiosTable;
 }
 
 X86System *